Pykrete

Pykrete ( / ˈ p aɪ k r iː t / , PIE -creet ) ^{[ 1 ]} ist ein gefrorenes Eisgemisch, das ursprünglich aus etwa 14 % Sägemehl oder einer anderen Form von Zellstoff (wie z. B. Papier) und 86 % Eis (Gewichtsverhältnis 6 zu 1) hergestellt wurde. ^{[ 2 ]}

Während des Zweiten Weltkriegs schlug Geoffrey Pyke Pykrete als mögliches Material für einen überdimensionalen Flugzeugträger der britischen Royal Navy vor . Pykrete weist ungewöhnliche Eigenschaften auf, darunter ein relativ langsames Schmelzverhalten aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit sowie eine deutlich höhere Festigkeit und Zähigkeit im Vergleich zu gewöhnlichem Eis. Diese physikalischen Eigenschaften machen das Material , solange es gefroren bleibt, mit Beton vergleichbar.

Pykrete ist etwas schwieriger zu verarbeiten als Beton, da es sich beim Gefrieren ausdehnt. Es lässt sich jedoch mit Meerwasser als Rohstoff reparieren und instand halten. Die Mischung kann in jede beliebige Form gebracht und eingefroren werden. Solange sie bei oder unter dem Gefrierpunkt gelagert wird, ist sie zäh und widerstandsfähig. Durch weiteres Absenken der Temperatur auf −15 °C (5 °F) wird die Beständigkeit gegen allmähliches Kriechen oder Absacken verbessert.

Geoffrey Pyke gelang es um 1942, Lord Mountbatten vom Potenzial seines Vorschlags zu überzeugen (tatsächlich noch vor der Erfindung von Pykrete). Daraufhin wurden Versuche an zwei Standorten in Alberta , Kanada, durchgeführt. Die Idee eines Eisschiffs beeindruckte die Vereinigten Staaten und Kanada so sehr, dass innerhalb eines Monats ein 18 Meter langes und 1000 Tonnen schweres Schiff auf dem Patricia Lake in den kanadischen Rocky Mountains gebaut wurde . Allerdings wurde dafür normales Eis (aus dem See) verwendet, bevor Pykrete vorgeschlagen wurde. Es dauerte etwas mehr als einen ganzen Sommer, bis es schmolz, doch normales Eis erwies sich als zu schwach. Pyke erfuhr aus einem Bericht von Herman Mark und dessen Assistenten, dass Eis aus mit Holzfasern vermischtem Wasser eine feste Masse bildete – viel fester als reines Wassereis. Max Perutz erinnerte sich später:

Eines Tages übergab mir Pyke einen Bericht, den er, wie er sagte, nur schwer verstand. Er stammte von Herman Mark , meinem ehemaligen Professor für Physikalische Chemie in Wien, der seine Stelle dort verloren hatte, als die Nazis Österreich überrannten, und am Polytechnischen Institut in Brooklyn Zuflucht gefunden hatte . Als Experte für Kunststoffe wusste er, dass viele von ihnen im reinen Zustand spröde waren, aber durch das Einbetten von Fasern wie Zellulose gehärtet werden konnten , ähnlich wie Beton mit Stahldrähten verstärkt werden kann . Mark und sein Assistent Walter P. Hohenstein mischten etwas Watte oder Zellstoff – den Rohstoff für Zeitungspapier – in Wasser, bevor sie es einfroren, und stellten fest, dass diese Zusätze das Eis deutlich verstärkten.

Nachdem ich ihren Bericht gelesen hatte, riet ich meinen Vorgesetzten, unsere Experimente mit reinem Eis einzustellen und ein Labor für die Herstellung und Prüfung von verstärktem Eis einzurichten. Die Combined Operations beschlagnahmte ein großes Fleischlager fünf Stockwerke unter der Erde unter dem Smithfield Market , der in Sichtweite der St. Paul’s Cathedral liegt , und bestellte elektrisch beheizte Anzüge, wie sie auch für Flieger üblich waren, um uns bei Temperaturen unter 0 °C warmzuhalten. Sie stellten einige junge Kommandos als meine Techniker ab, und ich lud Kenneth Pascoe, damals Physikstudent und später Dozent für Ingenieurwesen in Cambridge, ein, mir zu helfen. Wir bauten einen großen Windkanal, um den Brei aus feuchtem Holzschliff zu gefrieren, und sägten das verstärkte Eis in Blöcke. Unsere Tests bestätigten bald die Ergebnisse von Mark und Hohenstein. Eisblöcke mit nur vier Prozent Holzschliff waren, bezogen auf ihr Gewicht, so fest wie Beton; zu Ehren des Initiators des Projekts nannten wir dieses verstärkte Eis „Pykrete“. Als wir eine Gewehrkugel in einen aufrecht stehenden, etwa 60 cm breiten und 30 cm dicken Eisblock feuerten, zersplitterte dieser; im Pykrete hinterließ die Kugel einen kleinen Krater und blieb stecken, ohne Schaden anzurichten. Mein Ehrgeiz stieg, doch niemand wollte mir sagen, wofür Pykrete benötigt wurde, außer dass es für das Projekt Habakkuk war .

Perutz erfuhr später, dass das Projekt Habakkuk den Bau eines riesigen Flugzeugträgers vorsah, der eher einer schwimmenden Insel als einem Schiff im herkömmlichen Sinne glich. Die Experimente von Perutz und seinen Mitarbeitern im Smithfield Meat Market in der City of London fanden unter strengster Geheimhaltung hinter einer Tarnung aus Tierkadavern statt. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} Die Tests bestätigten, dass Pykrete deutlich fester als reines Eis ist und nicht zerbricht, aber auch, dass es bei Temperaturen über −15 °C unter seinem eigenen Gewicht nachgibt. ^{[ 7 ]}

Mountbattens Reaktion auf den Durchbruch wurde von Pykes Biografen David Lampe festgehalten:

Was dann geschah, schilderte Lord Mountbatten einige Jahre nach dem Krieg in einer viel zitierten Rede nach dem Abendessen: „Ich wurde nach Chequers geschickt , um den Premierminister zu treffen, und man sagte mir, er sei in der Badewanne. Ich sagte: ‚Gut, genau da will ich ihn haben.‘ Ich huschte die Treppe hinauf und rief ihm zu: ‚Ich habe einen Block aus einem neuen Material, den ich Ihnen gern in die Badewanne legen würde.‘ Danach schlug er vor, ich solle ihn zur Konferenz von Quebec mitnehmen.“ Die Vorführung in Churchills dampfender Badewanne war höchst eindrucksvoll gewesen. Nachdem die äußere Eisschicht auf dem kleinen Pykrete-Würfel geschmolzen war, verhinderte das freigelegte Holzgewebe, dass der Rest des Blocks weiter auftaute.

Einer anderen Anekdote zufolge brachte Mountbatten zur Konferenz von Quebec 1943 einen Block Pykrete mit, um dessen Potenzial den Admirälen und Generälen, die Winston Churchill und Franklin D. Roosevelt begleiteten, zu demonstrieren . Mountbatten betrat die Projektbesprechung mit zwei Blöcken und stellte sie auf den Boden. Einer war ein normaler Eisblock, der andere aus Pykrete. Dann zog er seine Dienstpistole und schoss auf den ersten Block. Dieser zersplitterte. Anschließend feuerte er auf das Pykrete, um die Widerstandsfähigkeit dieser Eisart gegenüber Geschossen zu verdeutlichen. Die Kugel prallte vom Block ab, streifte das Hosenbein von Admiral Ernest King und blieb in der Wand stecken. Laut Perutz' eigener Aussage ereignete sich der Vorfall, bei dem eine abprallende Kugel einen Admiral traf, jedoch viel früher in London, und der Schuss wurde von einem Projektmitarbeiter abgegeben – nicht von Mountbatten. ^{[ 9 ]}

Trotz dieser Tests wurde das Hauptprojekt Habakkuk aufgrund begrenzter finanzieller Mittel und der Überzeugung, dass sich das Kriegsglück zugunsten der Alliierten mit konventionelleren Methoden zu wenden begann, nie umgesetzt. ^{[ 10 ]}

Laut den Memoiren des britischen Generals Ismay :

Es wurde eingehend, vor allem unter hohem technischen Gesichtspunkt, die Machbarkeit des Baus schwimmender Plattformen geprüft. Diese sollten entweder von Jagdflugzeugen zur Unterstützung feindlicher Landungen genutzt werden, bis Flugplätze an Land verfügbar wären, oder als Zwischenstationen für den Transport von Flugzeugen über weite Strecken dienen. Die ursprüngliche Idee, die von einem Mitglied des Stabs der Combined Operations entwickelt und von Mountbatten vehement unterstützt wurde, sah vor, diese schwimmenden Plattformen aus Eisbergen zu bauen. Sie sollten mit Motoren ausgestattet werden, die es ihnen ermöglichen würden, langsam zu dampfen, und mit Kühlanlagen, um ein Schmelzen zu verhindern. Sie sollten unsinkbar sein. Das Ganze erschien völlig fantastisch, doch die Idee wurde nicht ohne eingehende Untersuchungen verworfen. Die Marinebehörden der Vereinigten Staaten erwogen daraufhin verschiedene alternative Baumethoden, letztendlich herrschte jedoch Einigkeit darüber, dass Flugzeugträger und Hilfsflugzeugträger denselben Zweck effektiver erfüllen würden.

Seit dem Zweiten Weltkrieg blieb Pykrete ein wissenschaftliches Kuriosum, das weder in der Forschung noch im Bauwesen nennenswert Anwendung fand. Gelegentlich tauchen jedoch neue Konzepte für Pykrete unter Architekten, Ingenieuren und Zukunftsforschern auf , meist im Hinblick auf sein Potenzial für gigantische Offshore-Bauprojekte oder seine Verbesserung durch den Einsatz hochfester Materialien wie synthetischer Verbundwerkstoffe oder Kevlar .

1985 wurde Pykrete für einen Kai im Osloer Hafen in Betracht gezogen. Der Plan wurde jedoch später aufgrund der mangelnden Zuverlässigkeit von Pykrete unter realen Bedingungen verworfen. ^{[ 12 ]} Da Pykrete bei oder unter dem Gefrierpunkt gelagert werden muss und bei Temperaturen über −15 °C (5 °F) unter seinem Eigengewicht nachgibt, wurde eine Alternative gesucht, die Wirksamkeit und öffentliche Sicherheit gewährleisten sollte. ^{[ 7 ]}

In 2011, the Vienna University of Technology successfully built a pykrete ice dome, measuring 10 metres (33 ft) in diameter in the Austrian village of Obergurgl. They improved on an original Japanese technique of spraying ice on a balloon by using the natural properties of ice and its strength. This structure managed to stand for three months before sunlight started melting the ice, rendering the structure unreliable.^[13] Researcher Johann Kollegger of Vienna University of Technology thinks his team's alternative new method is easier, avoiding icy sprayback onto the workers. To build their freestanding structure, Kollegger and his colleagues first cut an 8-inch (200 mm) plate of ice into 16 segments. To sculpt the segments to have a dome-like curve, the researchers relied on ice's creep behavior. If pressure is applied to ice, it slowly changes its shape without breaking. One of the mechanisms by which glaciers move, called glacial creep, functions similarly, the researchers say.^[13]

In 2014, the Eindhoven University of Technology worked on a pykrete architecture project in Juuka, Finland, which included an ice dome and a pykrete scale model of the Sagrada Familia.^[14] They attempted to build the largest ice dome in the world. Due to human error, the plug to a compressor that kept the balloon inflated was pulled, leading to the balloon deflating. The team of Dutch students quickly re-inflated the balloon, and resprayed the part of the dome that had collapsed. They continued with their construction, and eventually opened the dome to the public. However within a matter of days the roof caved in; there were no visitors on the site at the time.^[15]

The durability of pykrete is still debated. Perutz has estimated a crushing strength of around 1,100 psi (7.6 MPa).^[10]

A September 1943 proposal for making smaller pykrete vessels included the following table of characteristics:^[16]

In der 115. Folge der Discovery-Channel -Sendung „MythBusters“ aus dem Jahr 2009 wurden die Eigenschaften von Pykrete und die damit verbundenen Mythen untersucht. Die Moderatoren Adam Savage und Jamie Hyneman verglichen die mechanischen Eigenschaften von normalem Eis, Pykrete und einem eigens für die Sendung entwickelten Material namens „Super-Pykrete“, das aus Zeitungspapier statt Zellstoff hergestellt wurde. Beide Pykrete-Varianten erwiesen sich als deutlich stabiler als das herkömmliche Eis und hielten Gewichten von mehreren hundert Kilogramm stand. Das Super-Pykrete war sogar noch wesentlich widerstandsfähiger als die ursprüngliche Version.

Die MythBusters bauten daraufhin ein Boot in Originalgröße aus dem Super-Pykrete, nannten es „ Yesterday’s News“ und setzten es realen Bedingungen aus. Das MythBusters-Boot besaß keine Kühlaggregate, um das Pykrete gefroren zu halten, wie es die ursprünglichen Pläne vorsahen, und war deutlich dünner gebaut als die massiven Schiffe, die im Zweiten Weltkrieg vorgeschlagen worden waren. Obwohl das Boot bei Geschwindigkeiten von bis zu 37 km/h (23 mph) schwimmen und intakt bleiben konnte, traten schnell Lecks auf, da das Material langsam schmolz. Nach 20 Minuten verschlechterte sich der Zustand des Bootes rapide, und das Experiment wurde abgebrochen. Das Boot hielt weitere 10 Minuten durch, während es zurück ans Ufer gesteuert wurde. Obwohl das Boot funktionierte, wurde angemerkt, dass es für den ursprünglichen Vorschlag, einen ganzen Flugzeugträger aus Pykrete zu bauen, höchst unpraktisch wäre. ^{[ 17 ]} Ihre Schlussfolgerung lautete: „Plausibel, aber lächerlich“, da dies den Bau von Schiffen aus zehntausenden Tonnen Material erfordern würde, die ohne Kühlung sinken würden.

Im selben Jahr spielte die Geschichte von Pyke und Pykrete im Zweiten Weltkrieg auch in Giles Fodens Buch „Turbulence“ eine wichtige Rolle . Das Buch handelt von einem (fiktiven) britischen Meteorologen und seinen Beiträgen zur Wettervorhersage am D-Day. Die Hauptfigur ist auch an den Nachkriegsbemühungen zur Entwicklung von Pykrete beteiligt.

In der 26. Folge der BBC -Sendung „Bang Goes the Theory“ aus dem Jahr 2010 wurde ein 6,1 Meter langes und 5 Tonnen schweres Pykrete-Boot getestet, das aus Hanf statt aus Zellstoff gefertigt war. Alle vier Moderatoren, Jem Stansfield , Dallas Campbell , Liz Bonnin und Yan Wong , mussten aus dem Hafen von Portsmouth gerettet werden, nachdem das Boot durch die Motorhalterungen Wasser aufgenommen hatte. Schließlich kenterte es, nachdem es in den für September ungewöhnlich warmen Gewässern viel schneller als erwartet geschmolzen war.

Im Jahr 2013 experimentierte das WDR-Programm „ Kopfball“ mit Pykrete, ersetzte dabei aber den Zellstoff durch Hanffasern. Eine 5 cm dicke Platte hielt sogar über 80 kg stand, ohne zu brechen; sie begann sich lediglich zu verbiegen.

Neal Stephensons Roman „ Seveneves“ aus dem Jahr 2015 beschreibt die fiktive Verwendung von Pykrete zum Bau von Habitaten im erdnahen Orbit und von Raumschiffhüllen. ^{[ 18 ]}

Der dritte Band der Mini-Story-Podcasts von 99% Invisible enthält einen Artikel über das Projekt Habbakuk und die Entwicklung, den Vorschlag und die letztendliche Verwerfung von Pykrete als nützliches Baumaterial während des Zweiten Weltkriegs. ^{[ 19 ]}

Die Folge „Colonizing Ceres“ des YouTube-Kanals „ Science & Futurism with Isaac Arthur “ beschreibt die fiktive Verwendung von Pykrete zum Bau einer Kuppelstation auf einem Asteroiden, der abgebaut werden soll. ^{[ 20 ]}

In der Folge 3 der 11. Staffel von „The Brokenwood Mysteries“ aus dem Jahr 2025 mit dem Titel „All Hallows Eve “ stellt sich heraus, dass die Mordwaffe ein Pykrete-Messer ist.

• Zementgebundene Holzfaser
• Bodengefrieren , eine Bautechnik, die ähnliche Eigenschaften wie gefrorener Boden nutzt

• Pykrete – Eisschiffe in den Rocky Mountains
• Vorgeschlagener Flugzeugträger aus dem Zweiten Weltkrieg ( Archiviert am 12.07.2019 im Internet Archive)
• Pykrete ... oder, Der Mythos, der nicht sterben wollte...