Im Dachgeschoss des Institutes für Geowissenschaft der Universität Tübingen hat Dr. Anita Roth-Nebelsick ihr Büro. Die Biologin hat untersucht, wie Pflanzen Wasser transportieren. Die schaffen das nämlich ohne Pumpen und über große Strecken. Der Auslöser dafür sind Vorgänge im Blatt:
"Aus Sonnenlicht und Wasser machen die Kohlenhydrate. Und das passiert halt in den grünen Blättern. Und um das eben stattfinden zu lassen, muss Kohlendioxid irgendwie in die Blätter rein. Und zu diesem Zweck gibt es auf den Blättern Poren, die das CO2, das Kohlendioxid, in das Blattgewebe rein diffundieren lassen."
Diese Poren sind so winzig, dass man sie nur unter dem Mikroskop sehen kann. Aber da sie groß genug sind Gase einzulassen, sind sie auch groß genug für Wasser. Roth-Nebelsick:
"Unglückseligerweise diffundiert über denselben Weg Wasser hinaus. Das heißt also, während Pflanzen sich praktisch etwas zu Essen besorgen, verlieren sie gleichzeitig Wasser. Und so kommt der ganze Wassertransport zustande."
Das Verblüffende ist, dass Bäume und auch Lianen Wasser über 100 Meter hoch saugen können, während das nicht funktioniert, wenn man es mit einer Saugpumpe nachzuahmen versucht. Da ist schon bei zehn Metern Schluss. Der Unterdruck, der beim Saugen entsteht, trennt das Wasser und die in ihm gelösten Gase. Das ist wie beim Öffnen einer Sprudel- oder Sektflasche. Da die Gase leichter als das Wasser sind, fördert die Pumpe zunächst sie, statt des Wassers. Weil sich der Vorgang wiederholt, bekommt die Pumpe sozusagen einen Schluckauf und macht Lärm. Pflanzen dagegen verwenden nicht ein großes Rohr zum Wassertransport, sondern viele winzige, Kapillaren genannte, Röhrchen im Holz. Die sind so eng, dass sich darin nur schwer Luftblasen bilden können. Und jetzt kommt der entscheidende Trick. Roth-Nebelsick:
"Pflanzen machen das mit sehr kleinen Kapillaren und mit allerhand Sicherheitsventilen und zwischen geschalteten Zellwänden, die also dafür sorgen, dass das Gas oder die Luft nicht in das System eindringen kann."
Ist das Wasser nämlich völlig frei von Luft oder anderen Gasen, dann kann man an ihm ziehen, als sei es ein fester Körper. Roth-Nebelsick:
"Das Wichtigste bei so einem System ist - und das ist auch das Hauptproblem bei technischen Systemen - es muss vor Luftblaseneinbruch von Außen geschützt werden. Als allererstes ist schon mal die Wurzel sozusagen ‚luftblasenfrei’ gestaltet."
Die Wurzeln nehmen das Wasser nicht über Röhren auf, sondern durch eine Sieb-artige Membran. Die trennt Luft und Wasser. Ähnliche Mechanismen sorgen auch in Stamm, Zweigen und Blättern dafür, dass das Wasser frei von Luft bleibt, selbst, wenn ein Specht ein Loch in den Baum hackt. Deshalb können Bäume Wasser ohne Pumpe bis über 100 Meter hoch transportieren. Um das technisch umzusetzen braucht man Fasern, die innen hohl und in deren Wänden Filter mit so kleinen Löchern sind, dass nur Wasser, aber keine Luft hinein kommt. Fachleute dafür fand Anita Roth-Nebelsick bei den Textilforschern in Denkendorf. Ein Prototyp so einer technischen Faser sieht aus, wie weißer Faden aus dem Nähkästchen, nur ist der Faden starrer. Roth-Nebelsick:
"Das sind also Kunststofffasern. Die sind innen hohl und der Durchmesser dieses Hohlraums, der ist recht klein. Das ist im Mikrometerbereich, also eben in der Größenordnung, in der auch Holzgefäße liegen. Also in sofern sind da schon entsprechende Fasern zur Verfügung."
Die könnte man benutzen, um Pflanzen zu bewässern, indem man eine Matte aus diesen Fäden im Wurzelbereich verlegt. Diese Matte würde die Wurzeln sozusagen mit dem Wasserbehälter verbinden. Es wäre also keine Pumpe nötig. Das wäre ein großer Fortschritt, denn die Landwirtschaft verbraucht 78 Prozent des Trinkwassers, weil ein großer Teil davon ungenutzt verdunstet. Roth-Nebelsick:
"Wenn man also diese technischen Fasern jetzt zu solchen Matten verarbeiten könnte, und auf diesen Matten würden Pflanzen wurzeln, dann sollte es eigentlich kein Problem sein, damit einen sehr effizienten Wassertransport für die Direktbewässerung hin zu bekommen."
Die neuen Fasern könnten aber auch in einer Brennstoffzelle das Wasser abtransportieren, das dort aus Wasserstoff und Sauerstoff entsteht, wenn die Brennstoffzelle Strom erzeugt. Da Wasser Elektrizität leitet, muss es beseitigt werden, um einen Kurzschluss zu verhindern. Wenn man dafür keine Pumpe mehr braucht, steigt die Leistung der Brennstoffzelle.
"Aus Sonnenlicht und Wasser machen die Kohlenhydrate. Und das passiert halt in den grünen Blättern. Und um das eben stattfinden zu lassen, muss Kohlendioxid irgendwie in die Blätter rein. Und zu diesem Zweck gibt es auf den Blättern Poren, die das CO2, das Kohlendioxid, in das Blattgewebe rein diffundieren lassen."
Diese Poren sind so winzig, dass man sie nur unter dem Mikroskop sehen kann. Aber da sie groß genug sind Gase einzulassen, sind sie auch groß genug für Wasser. Roth-Nebelsick:
"Unglückseligerweise diffundiert über denselben Weg Wasser hinaus. Das heißt also, während Pflanzen sich praktisch etwas zu Essen besorgen, verlieren sie gleichzeitig Wasser. Und so kommt der ganze Wassertransport zustande."
Das Verblüffende ist, dass Bäume und auch Lianen Wasser über 100 Meter hoch saugen können, während das nicht funktioniert, wenn man es mit einer Saugpumpe nachzuahmen versucht. Da ist schon bei zehn Metern Schluss. Der Unterdruck, der beim Saugen entsteht, trennt das Wasser und die in ihm gelösten Gase. Das ist wie beim Öffnen einer Sprudel- oder Sektflasche. Da die Gase leichter als das Wasser sind, fördert die Pumpe zunächst sie, statt des Wassers. Weil sich der Vorgang wiederholt, bekommt die Pumpe sozusagen einen Schluckauf und macht Lärm. Pflanzen dagegen verwenden nicht ein großes Rohr zum Wassertransport, sondern viele winzige, Kapillaren genannte, Röhrchen im Holz. Die sind so eng, dass sich darin nur schwer Luftblasen bilden können. Und jetzt kommt der entscheidende Trick. Roth-Nebelsick:
"Pflanzen machen das mit sehr kleinen Kapillaren und mit allerhand Sicherheitsventilen und zwischen geschalteten Zellwänden, die also dafür sorgen, dass das Gas oder die Luft nicht in das System eindringen kann."
Ist das Wasser nämlich völlig frei von Luft oder anderen Gasen, dann kann man an ihm ziehen, als sei es ein fester Körper. Roth-Nebelsick:
"Das Wichtigste bei so einem System ist - und das ist auch das Hauptproblem bei technischen Systemen - es muss vor Luftblaseneinbruch von Außen geschützt werden. Als allererstes ist schon mal die Wurzel sozusagen ‚luftblasenfrei’ gestaltet."
Die Wurzeln nehmen das Wasser nicht über Röhren auf, sondern durch eine Sieb-artige Membran. Die trennt Luft und Wasser. Ähnliche Mechanismen sorgen auch in Stamm, Zweigen und Blättern dafür, dass das Wasser frei von Luft bleibt, selbst, wenn ein Specht ein Loch in den Baum hackt. Deshalb können Bäume Wasser ohne Pumpe bis über 100 Meter hoch transportieren. Um das technisch umzusetzen braucht man Fasern, die innen hohl und in deren Wänden Filter mit so kleinen Löchern sind, dass nur Wasser, aber keine Luft hinein kommt. Fachleute dafür fand Anita Roth-Nebelsick bei den Textilforschern in Denkendorf. Ein Prototyp so einer technischen Faser sieht aus, wie weißer Faden aus dem Nähkästchen, nur ist der Faden starrer. Roth-Nebelsick:
"Das sind also Kunststofffasern. Die sind innen hohl und der Durchmesser dieses Hohlraums, der ist recht klein. Das ist im Mikrometerbereich, also eben in der Größenordnung, in der auch Holzgefäße liegen. Also in sofern sind da schon entsprechende Fasern zur Verfügung."
Die könnte man benutzen, um Pflanzen zu bewässern, indem man eine Matte aus diesen Fäden im Wurzelbereich verlegt. Diese Matte würde die Wurzeln sozusagen mit dem Wasserbehälter verbinden. Es wäre also keine Pumpe nötig. Das wäre ein großer Fortschritt, denn die Landwirtschaft verbraucht 78 Prozent des Trinkwassers, weil ein großer Teil davon ungenutzt verdunstet. Roth-Nebelsick:
"Wenn man also diese technischen Fasern jetzt zu solchen Matten verarbeiten könnte, und auf diesen Matten würden Pflanzen wurzeln, dann sollte es eigentlich kein Problem sein, damit einen sehr effizienten Wassertransport für die Direktbewässerung hin zu bekommen."
Die neuen Fasern könnten aber auch in einer Brennstoffzelle das Wasser abtransportieren, das dort aus Wasserstoff und Sauerstoff entsteht, wenn die Brennstoffzelle Strom erzeugt. Da Wasser Elektrizität leitet, muss es beseitigt werden, um einen Kurzschluss zu verhindern. Wenn man dafür keine Pumpe mehr braucht, steigt die Leistung der Brennstoffzelle.