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Allgemein

Feuer & Flamme

„Brände – Zündeln für die Forschung. Feuerwehr, Versicherungen und Kripo versuchen zu ergründen, wie Feuer entsteht und wie man es schnell erkennen kann. Jeder Technik überlegen: ein Käfer, der Brände kilometerweit „riecht“.“

Wenn der Wald brennt, ist Melanophila Feuer und Flamme: Dann zieht es den fingernagelgroßen Käfer zur Glut, wo er sich mit seinen Artgenossen paart. Nur im verkohlten Holz können die Larven des Insekts überleben. Seine Gier nach dem Feuer ist so groß, daß der Käfer einen Brand noch in 80 Kilometer Entfernung spürt. Wie macht er das? Schon in den sechziger Jahren vermuteten Forscher, daß Melanophila spezielle Sinneszellen für Infrarotstrahlung hat. Doch erst Dr. Helmut Schmitz vom Zoologischen Institut der Universität Bonn hat vor kurzem den Beweis gefunden: Hinter den mittleren Beinen des Insekts befinden sich zwei Gruben mit jeweils 50 bis 100 Sinneszellen, die empfindlich auf Infrarotlicht reagieren. Diese sogenannten Sensilien, die unter dem Mikroskop wie Froschlaich aussehen, sind einzigartig in der Tierwelt. Sie funktionieren nach einem verblüffenden optomechanischen Prinzip: Durch einen kleinen Pfropfen, der von der Außenhaut ins Innere der blasenförmigen Sinneszellen führt, gelangt infrarote Strahlung hinein. Dadurch heizen sich die Kugeln auf und drücken gegen das Ende einer Nervenfaser, die von unten in die Blasen ragt. Die Sensilien von Melanophila sind empfindlicher, als Schmitz und sein Team mit ihren Apparaturen überhaupt messen können. Sicher ist: Die Nervenzellen werden schon bei einem Wärmefluß von fünf Milliwatt pro Quadratzentimeter erregt – das ist etwa so viel, wie unsere Haut an Wärme abstrahlt. Dabei erwärmt sich die Blase um 0,01 Grad und dehnt sich um weniger als ein Nanometer (ein millionstel Millimeter) aus. Damit nicht genug: Die Bonner Forscher fanden heraus, daß der Käfer schon mit seinen Fühlern zuckt, wenn der Infrarotimpuls nur zwei tausendstel Sekunden dauert. Daß die Infrarotstrahlung seine Sensilien so effektiv aufheizt, verdankt Melanophila einem chemisch-physikalischen Trick: Die spezielle Chitinmischung der Blasenhaut besteht aus Molekülen, deren chemische Bindungen bei infraroten Wellenlängen von zwei bis vier Mikrometern besonders stark ins Schwingen geraten – dies entspricht genau der Wellenlänge der Infrarotstrahlung, die bei einem Brand entsteht.

Bei so vielen Superlativen ist es kein Wunder, daß der Käfer Interessenten anlockt, die den „Sensor“ nachbauen wollen. Zu diesem Zweck wird Schmitz von der US Air Force unterstützt. Die amerikanischen Militärs erhoffen sich neue empfindliche Infrarotdetektoren für Nachtsichtgeräte oder automatische Raketen, mit denen sie selbst in finsterer Nacht feindliche Fahrzeuge oder Soldaten meilenweit aufspüren können. Auch in Brandmeldern könnten sich die Biosensoren nützlich machen. Jedes Jahr kommen bei Bränden in Deutschland rund 600 Menschen ums Leben, vom volkswirtschaftlichen Schaden ganz zu schweigen. Doch gerade Wohngebäude sind kaum mit Brandmeldern ausgestattet, obwohl hier ein Drittel aller Brände ausbrechen. Viele fürchten sich weniger vor einem Brand als vor einem peinlichen Fehlalarm, wenn der Branddetektor gemütlichen Kerzenschein mit einer brennenden Gardine verwechselt. Dem perfekten Brandmelder ist Marc Thuillard von der Siemens-Tochter Cerberus in Männedorf bei Zürich auf der Spur. Thuillard hat sich intensiv mit dem Verhalten von Flammen beschäftigt und dabei einen interessanten Zusammenhang gefunden: Das Lodern der Flammen – genauer das rhythmische Auf und Nieder – hängt von der Größe des Brandherdes ab. Bei einer kleinen Flamme mit wenigen Zentimetern Ausdehnung beträgt die Frequenz bis zu 15 Hertz (Schwingungen pro Sekunde), bei einem großen Feuer sinkt sie unter ein Hertz. „Diese Pulsfrequenz ist so genau, daß man eine Uhr danach stellen könnte. Sie würde lediglich um wenige Sekunden pro Stunde abweichen – vorausgesetzt, das Feuer wird nicht durch Luftzug gestört“, versichert Marc Thuillard.

Thuillard hat ein interessantes „Abfallprodukt“ seiner Formeln gefunden: Sie gelten auch für den glühenden Schweif von Sternschnuppen. Die Leuchtspur der außerirdischen Schrotkugeln ist nicht konstant hell, sondern schwankt. Thuillard zeigte, daß die Frequenz dieses Flakkerns direkt mit der Größe der Gesteinsbrocken zusammenhängt. Inzwischen kann Thuillard auch berechnen, wie die Oszillationen der Flamme durch Luftströmungen gestört werden. Das Rechenverfahren, das keiner starren Wenn-Dann-Logik folgt, sondern auf „unscharfen“ Fuzzy-Algorithmen beruht, kommt in neuen, besonders zuverlässigen Flammendetektoren zum Einsatz. Der beste Flammendetektor nützt nichts, wenn das Gebäude wie ein benzingetränkter Schwamm brennt. In Großversuchen rüsten Thuillards Kollegen deshalb ganze Häuser mit Sensoren aus und fackeln sie ab, um optimale Baustoffe und Konstruktionen zu finden. Ein Ergebnis: Selbst Holzhäuser kann man heute so bauen, daß sie den Flammen lange Zeit Widerstand leisten.

Ähnlich aufwendig arbeiten die Fachleute im Allianz Zentrum für Technik in Ismaning bei München, dem größten deutschen Brandlabor. Es klärt die Ursache von Bränden, auch um den Allianz-Mutterkonzern vor Versicherungsbetrügern zu schützen. Die GmbH arbeitet eigenständig und nimmt auch Aufträge von anderen Versicherern an – rund 40 Prozent des Umsatzes werden so erwirtschaftet. Die 80 Mitarbeiter des Labors sehen sich nicht als Ersatz der Kriminalpolizei, die vor allem den Täter im Visier hat, sondern untersuchen als Gutachter die technische Ursache von Bränden. Hartmut Grupp, Leiter der Abteilung Korrosion, Betriebsstoffe, Brände hat viel Erfahrung mit Feuer, bei dem nicht alles mit rechten Dingen zugegangen ist. Zum Beispiel die Brände, die kurz hintereinander die beiden Werke eines deutschen Schuhfabrikanten zerstörten: Während die Versicherung zunächst noch zähneknirschend zahlte, konnte beim zweiten Mal Brandstiftung nachgewiesen werden. Statt der angeblichen 100000 Paar Schuhe waren nur 2000 Schuhpaare verbrannt – ein verlockendes Geschäft für den Firmenchef, der inzwischen hinter Gittern sitzt. Wenn nötig, tritt das Labor auch bei Bränden im Ausland in Aktion. So wurde nach einem Feuer in einem Moskauer Bürogebäude versucht, einem japanischen Fernsehgeräte-Hersteller die Schuld unterzuschieben. Doch das Team von Hartmut Grupp bewies: „Wir konnten den Fernseher noch so malträtieren, er brannte nicht.“ Schnell kam heraus, daß der eigentliche Brandherd woanders in dem Gebäude war. Klarer Fall: Versicherungsbetrug. Das Allianz Zentrum für Technik sieht seine Daseinsberechtigung allerdings nicht nur im Aufdecken von Betrug, es will auch einen Beitrag zur Brandvorbeugung leisten. „Riskmanagement“ heißt der Service, bei dem Gewerbekunden Tips erhalten. Dazu werden im Brandversuchsraum Feuer im Maßstab eins zu eins nachgestellt, zum Beispiel als Test für feuerhemmende Materialien oder neue Löschmittel. Ärgerlich, wenn ein bestimmtes Elektrogerät immer wieder als Auslöser von Bränden auffällt. Grupp: „Es gibt Toaster, die die erste Brotscheibe appetitlich rösten, bei der 15. Scheibe aber regelmäßig in Flammen aufgehen.“

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