Triton – Warum künstliche Kiemen Betrug sind

Ich war Anfang 20, als ich „James Bond 007 – Stirb an einem anderen Tag“ im Kino sah. Naja, es war wohl nicht der beste James-Bond-Film und sicher auch nicht der beste Film des Jahres… Aber ein Element faszinierte mich: Ein Unterwasser-Atemgerät, das wie Fischkiemen funktionierte. Wow! Erst Jahre später, als ich mit einer Grippe und einem James Bond Marathon zuhause lag, stellte ich fest, dass dieses Gadgets bereits von Q in dem Film „James Bond 007 – Feuerball“ vorgestellt worden war.
 

Eine tolle Vorstellung, die mich lange beschäftigte. Tauchen ohne schwere Flaschen auf dem Rücken wäre ein Traum.
Das fand wohl auch Georg Lucas und gab Qui-Gon Jinn und Obi-Wan Kenobi in „Star Wars – Episode I“ den A99 aquata breather, der ebenfalls Sauerstoff aus dem Wasser filterte und in Miniatur-Kompressionsflaschen bereitstellte (Bilder gibt es hier).

Nur haben viele (wenn auch nicht alle) Erfindungen von Q und aus der Welt von Star Wars ein Problem. Sie funktionieren in der wahren Welt (noch) nicht – und werden es wohl auch teilweise nie.

Künstliche Kiemen – Eine Fantasie wird wahr?

Zum Start meiner Triathlon-Vorbereitung 2016 und Planung für meinen Urlaub bin ich vor einiger Zeit über dieses Crowd-Funding-Projekt gestolpert.

Quelle: Triton / Indiegogo

Ein Unterwasser-Atemgerät, das zumindest für Flachwassertauchgänge geeignet sein soll! Damit wäre dem Team hinter Triton etwas gelungen, woran selbst die Natur gescheitert ist: Einem warmblütigen Säugetier das Atmen unter Wasser zu ermöglichen. Während es Fischen vergönnt ist, erfolgreich auf Kiemen zu setzen und dabei eine nicht unerhebliche Große zu erreichen (man denke an den Walhai), müssen wasserlebende Säugetiere seit 30–40 Millionen Jahren zur Sauerstoffversorgung weiterhin auftauchen.

Warum also atmen Wale und Delphine immer noch Luft, wenn die sich doch ansonsten so drastisch an ihre neue Umgebung angepasst haben::

• Verlust des Haarkleides
• Ausbildung des Blubbers
• Umbildung der vorderen Extremitäten zu Flippern
• Neubildung von Fluke und Finne
• Entwicklung hoher Hämoglobinwerte zur besseren Sauerstoffbindung
• Organe (zeitlich begrenzt) vom Blutkreislauf isolieren
• Herzschlag gezielt verlangsamen
• u.v.m.

Kiemen oder ähnliches sind aber Fehlanzeige und der Grund ist recht einfach: Der Metabolismus von warmblütigen Säugetieren benötigt weit mehr Sauerstoff.

Unterschiedlicher Sauerstoffbedarf nach Spezies

Für einen Vergleich bediene ich mich einfach mal des erstbesten Fisches, den ich bezüglich seiner Sauerstoffaufnahme finden kann. Ich finde ihn in einem Heft über Österreichs Fischerei, in dem über die Speiseforelle zu lesen ist, dass ein 1 Kilogramm schweres Exemplar in 10 Grad warmem Wasser pro Stunde 100 Milligramm Sauerstoff verbraucht. Das ist nicht viel.

Ein Mensch hingegen benötigt etwa 425 Milliliter Sauerstoff pro Minute (siehe TU Braunschweig). Die grobe Rechnung:

• 17x atmen pro Minute
•  0,5 Liter Luftaustausch pro Zug
• 21% Sauerstoff in eingeatmeter und 16% Sauerstoff in ausgeatmeter Luft

Da ein Liter Sauerstoff ein Gewicht von 1,43 Gramm hat, wären das 607,75 Milligramm Sauerstoff pro Minute – also 36,465 Gramm pro Stunde.

Stellen wir also mal Fisch und Mensch gegenüber:

• Eine Speiseforelle von meinem Gewicht bräuchte demnach 7,2 Gramm Sauerstoff pro Stunde.
• Selbst wenn ich davon ausgehe, dass ich beim Schwimmen nur so viele Atemzüge wie im Ruhezustand benötige, benötige ich 36,465 Gramm reinen Sauerstoff pro Stunde.

Da überrascht es, dass der Triton so klein bleiben kann und (relativ betrachtet) weit weniger Raum-Volumen zur Sauerstoffversorgung eines Säugetiers benötigt, als die Kiemen eines kaltblütigen Fisches.

Wie viel Wasser müsste der Triton filtern?

Vermutlich wäre mein Physiklehrer heute sehr stolz auf mich…

Die maximale Löslichkeit von Sauerstoff im Wasser ist temperaturabhängig. Bei 16° C sind 10 Milligramm Sauerstoff je Liter löslich, bei 8°C sind es 12 Milligramm und bei 4° sogar 14 Milligramm. Eine solche Sättigung trifft man auf der Erde jedoch nicht an. Dort liegt die typische Lösung bei etwa 6 Milligramm pro Liter.

Um meinen Sauerstoffvorrat unter Wasser zu decken, müsste ich also minütlich 607,75 Milligramm Sauerstoff isolieren, dazu wären

notwendig oder 6077,5 Liter pro Stunde. Und auch nur dann, wenn es zusätzlich zu einer Sauerstoff-Rückgewinnung bei der ausgeatmeten Luft oder zu einer vollständigen Absorption des eingeatmeten Sauerstoffs käme.

Um ein Gefühl für diese Wassermengen zu bekommen, kann man sich einmal Aquarienfilter oder Strömungspumpen angucken, die 1.000 Liter pro Stunde bewegen und welche Wassermengen das sind – oder vor Augen rufen, dass für solche Wassermengen fast 100 Watt notwendig sind. Oder auch überlegen, dass eine normale handelsübliche Einbau-Badewanne etwa ein Fassungsvermögen von 140 Litern hat. Oder das ein 13 Meter langer Walhai gerade einmal bis zu 6.000 Liter pro Stunde filtert.

Wenn das nicht reicht, dann sollte einem zu denken geben, dass Fische aktiv Wasser durch die Kiemen drücken, während der Triton selbst nicht einmal über eine Pumpe verfügt; der kleine Kompressor presst lediglich den gefilterten Sauerstoff in die Tanks.

Die Rechnung dahinter kann also nicht aufgehen. Die Physik steht einfach dagegen.

Gäbe es alternative Technologien?

Triton verrät nicht genau, wie der Sauerstoff aus dem Wasser extrahiert wird. Wäre es also theoretisch möglich, dass Triton gar nicht gar nicht den Sauerstoff auf dem Wasser herausfiltert, sondern auf einem anderen System basiert? Gibt es nicht weitere Technologien, um Sauerstoff aus Wasser zu extrahieren? Ja, theoretisch schon! Mit Hilfe der Wasserelektrolyse ist es möglich, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen.

Könnte also Triton mit Wasserelektrolyse arbeiten? Nein, denn der Energiebedarf zu hoch, um dies auf so kleinem Raum zu realisieren, denn selbst moderne Wasserelektrolyse-Anlagen benötigen rund 9kWh für 1000 Liter Sauerstoff. Triton gibt an, mit einer Akkuladung Tauschgänge von 45 Minuten ermöglichen zu können zu können. Damit wäre es notwendig, 19,125 Liter Sauerstoff zu erzeugen (bei 425 Milliliter Sauerstoff pro Minute). Erneut unter der Prämisse der vollständigen Sauerstoff-Rückgewinnung aus der ausgeatmeten Luft.

Kurz überschlagen – der Akku müsste also mindestens 172,125 Wattstunden bereitstellen. Das ist mehr, als eine Motorrad-Batterie speichert! Außerdem ist unwahrscheinlich, dass ein so kleines Gerät die Effizienz moderner Industrie-Anlagen erreicht.

Fazit

Leider birgt jedes Crowd-Funding-Projekt das Risiko, dass man nie das Produkt erhält, das man unterstützt hat. Technische Schwierigkeiten, Unstimmigkeiten im Team oder Mangelnde Kompetenz… die Gründe sind vielseitig. In diesem Fall lässt schlicht und einfach die Physik nicht zu, dass ein paar Nanoröhrchen, die durchs Wasser gezogen werden, genug Sauerstoff filtern. Leider! James Bond wäre also erstickt…

Was verkauft das Projekt Triton also? Eine Idee, die wohl auch nur das bleiben wird – anders gesagt: Es ist Abzocke und die Unterstützer werden nie ein funktionierendes Produkt bekommen! Denn wenn ich diese Rechnung in einer halben Stunde aufstellen kann, dann können die Projekt-Spezialisten das auch.

Bitte fallt nicht darauf rein und investiert euer Geld in etwas anderes. Sowas wie den Schwimmschnorchel Powerbreather; der ist zwar auch nicht günstig, aber günstiger als der Triton und funktioniert im Gegensatz dazu auch noch!

Nachtrag

Einige Wochen, nachdem ich den Artikel geschrieben hatte, wurde das Projekt auf Indiegogo beendet und das Projektteam stellte ihr „neues Konzept“ vor, mit dem die Sauerstoffversorgung möglich sein sollte: Die Verwendung von komprimiertem Sauerstoff in einer Miniatur-Gasflasche, die in einer der beiden „Kiemen“ verbaut ist. Auch das ist utopisch, denn auch so lässt sich nicht mal ein ernsthafter Bruchteil der benötigten 19,125 Liter Sauerstoff transportieren!