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Sascha Heitkam

(c) HZDR / A. Wirsig

Sascha Heitkam ist seit 2020 Leiter einer Emmy Noether Nachwuchsgruppe am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und an der TU Dresden. Emmy Noether Nachwuchsgruppen werden direkt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Sie ermöglichen herausragend qualifizierten Nachwuchsforschenden die Leitung einer Projektgruppe und die Qualifikation für eine Hochschulprofessur. Die Nachwuchsgruppe von Sascha Heitkam untersucht experimentell die Strömungsmechanik von Schäumen. Im Interview erzählt Sascha Heitkam, an was er forscht und was ihn antreibt.

Woran arbeitest du gerade?

Sascha Heitkam: Schäume sind undurchsichtig und sehr instabil. Daher sind die meisten etablierten Messtechniken der Strömungsmechanik für Schäume nicht anwendbar. Entsprechend ist auch das dynamische Verhalten von Schäumen kaum verstanden. Und in industriellen Anlagen fehlen Techniken um Schäume zu analysieren und optimal zu managen.

Aktuell entwickeln und adaptieren wir in meiner Gruppe innovative Messtechniken für Schäume. Dabei kann ich zum Teil auf Eigenentwicklungen des HZDR zurückgreifen. Ich kooperiere aber auch mit internationalen Partnern um alternative Messtechniken wie Neutronenradiographie oder Positronen-Emissions-Tomographie an Schäumen zu erproben.

Mit diesen Messtechniken wollen wir zum einen die Strömungsmechanik von Schäumen besser verstehen. Zum anderen wollen wir kommerziell einsetzbare Sensoren für industrielle Anlagen entwickeln. Dabei zielen wir vor allem auf die Schaumflotation. Diese wird aktuell zur Erzflotation verwendet. Optimierte Flotationstechniken könnten aber auch einen wesentlichen Beitrag im Recycling, z.B. von Elektronikkomponenten leisten.

Was treibt dich persönlich an?

Sascha Heitkam: Mich fasziniert die komplexe Dynamik von Schäumen. Jeder hatte schon mal Schaum in der Hand und man glaubt, man hat ein gewisses Verständnis oder zumindest eine Intuition, wie Schaum sich verhält. Taucht man aber tiefer ein, entdeckt man ein komplexes Zusammenspiel von Mechanismen auf ganz unterschiedlichen Zeit- und Längenskalen. Die Sorption von Tensidmolekülen an den Grenzflächen interagiert mit der Flüssigkeitsverteilung im Schaum, welche wiederum die Dynamik benachbarter Blasen beeinflusst, was dann das Fließverhalten vorgibt. Und das Fließen des Schaums beeinflusst wiederum die Flüssigkeitsverteilung und damit die Tensidkonzentration im Schaum.

Entsprechend sind Schäume auch ein stark interdisziplinäres Thema, an dem Forschende aus der Chemie, Physik, Mathematik und Technik gemeinsam rätseln. Aufgrund der vielen Aspekte gibt es in unserer Community auch kaum Konkurrenzdenken. Stattdessen werden Hypothesen oder Ideen frei kommuniziert und häufig in Kooperation bearbeitet. Das ist insbesondere für Nachwuchsforschende sehr motivierend.

Welche Herausforderungen siehst du für dich in der nächsten Zeit?

Sascha Heitkam: Wir haben sehr gute Fortschritte in der Entwicklung von Messtechnik gemacht. Nun werden wir diese Techniken anwenden, um Schaumströmungen besser zu verstehen. Zum Beispiel möchte ich sehen, ob es so etwas wie Turbulenz in Schaumströmungen gibt. Und falls ja, wie sich kleine Wirbel verhalten, die nur etwas größer als die Blasen sind. Aufgrund der komplexen Dynamik von Schäumen ist es aber sehr schwer, solche Experimente zu planen und reproduzierbar zu gestalten. 

Was würdest du dir für deine Forschung in Zukunft wünschen?

Sascha Heitkam: Nach wie vor habe ich großes Interesse daran, weitere Messtechniken an Schäumen zu erproben. Insbesondere die ortsaufgelöste Messung von Wassergehalten, Geschwindigkeiten, mechanischen Spannungen oder Drücken sind für meine Forschung relevant. Falls also jemand eine spannende Messtechnik besitzt und Interesse hat, diese an Schaum zu erproben, komme ich gerne mit einer mobilen und gut charakterisierten Schaumströmung vorbei.

Wo siehst du deine Disziplin in 5-10 Jahren?

Sascha Heitkam: Ein wichtiges Ziel für mich ist es, die Schaumforschung stärker mit der industriellen Anwendung zu verknüpfen. Das Verhalten von Schäumen ist sehr komplex. Daher ist ein fundiertes Verständnis notwendig, um Schäume in industriellen Anlagen erfolgreich zu bekämpfen oder zu optimieren. Dieses Verständnis existiert zwar, jedoch sind viele Forschende nicht sehr gut mit der Industrie vernetzt. Durch eine bessere Interaktion, beispielsweise in Projekten mit Industriebeteiligung, muss das akademische Wissen besser in die industrielle Praxis überführt werden. Zum Beispiel sind Schäumbarkeit, Fließverhalten, Drainage und Schaumzerfall im akademischen Rahmen relativ gut verstanden. Mit diesem Wissen könnten auch komplexe industrielle Stoffsysteme besser untersucht werden. Ich persönlich möchte hier mit innovativen Schaumsensoren beitragen.

ORCID: 0000-0002-2493-7629