Pumpen, die wie ein Herz arbeiten, sparen Energie und schonen Leitungen

Warum pumpt das Herz, so wie es pumpt: pulsierend, immer mit einer kurzen Pause zwischen den Schüben? Forscher auf der Suche nach einem möglichst energieeffizienten Pumpsystem haben sich die Sache einmal genauer angesehen und festgestellt, dass dieses Verfahren erhebliche Vorteile hat. Wieder einmal hat die Biologie die besseren Karten auf der Hand, ohne dass wir bisher hineingelugt haben.

Das Herz legt aus gutem Grund nach jedem Impuls eine kurze Pause ein.

Forscher untersuchten Pumpsysteme in transparenten Rohren

Die Wissenschaftler am Institute of Science and Technoloy Austria (ISTA) in Klosterneuburg widmen ihre Arbeit der optimierten Flüssigkeits- und Gasbeförderung. Sie stellten ein Pumpsystem mit transparenten Rohren auf und untersuchten die Flüssigkeitsdynamik im Inneren. Dafür fügte sie dem Wasser reflektierende Partikel hinzu, deren Bewegungen sie erfassten. Die Forscher wollten vor allem wissen, ob die erzeugten Strömungen turbulent oder laminar sind, ob sich also Wirbel bilden oder nicht.

Bei gleichmäßigem Pumpmechanismus beobachtete das Team chaotische Wirbel, die für viel Reibung an den Leitungswänden sorgten. Diese Reibungen zu überwinden, kostet einige zusätzliche Energie. Pulsierendes Pumpen brachte zunächst keine Besserung, teilweise erhöhte sich sogar der Widerstand. Erst, als sie dem Herzrhythmus ähnliche kurze Pausen zwischen den Pumpimpulsen einschoben, legten sich die Turbulenzen. In den Beschleunigungsphasen verhielt sich das Wasser laminar, die Reibung reduzierte sich.

Mit »Herzpumpen« lassen sich 9 % Energie sparen

Etwa 9 Prozent Energieersparnis brachte die Umstellung auf pulsierendes, herzähnliches Pumpen gegenüber dem gleichmäßigen Mechanismus. Hinzu kommt, dass die Rohrleitungen weniger in Mitleidenschaft gezogen werden, was nicht nur im Herz-Kreislauf-System Sinn macht. Bedenkt man nun, wie viele Pumpen in unserer modernen Welt Tag und Nacht laufen, nicht nur in der Industrie, sondern auch in unseren privaten Häusern, wird eines klar: Eine Umstellung könnte enorme Einsparungen bringen, sowohl bezüglich des Leitungsverschleißes als auch, was den Strombedarf betrifft.

Wie immer müssen die Wissenschaftler nun erst einmal weiter forschen, um das neue und doch uralte Pumpsystem dem vorhandenen technischen Bedarf anzupassen. Die Frage ist nur: Warum haben wir nicht schon viel früher genauer hingeschaut?