2026-10-292026-10-29https://hdl.handle.net/11420/65637Dieses Projekt, SuperLow, zielt darauf ab, das grundlegende Verhalten von superkritischem Wasser in Nanoconfinement (cSCWs) zu erforschen, wobei der Schwerpunkt auf der Fragestellung liegt, ob sich Pseudosieden- und Pseudokondensationsphänomene unter den extremen Bedingungen des Nanoconfinement beobachten lassen. Die Untersuchung dieses Problemfeldes hat das Potenzial, neue Technologien zur thermischen Energiespeicherung (TES) zu erschließen. Das Besondere an SuperLow ist der wegweisende Ansatz, hochgradig nicht-benetzende Paare aus Wasser und nanoporösem Material in Intrusions-Extrusions-Prozessen einzusetzen. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen, die benetzende Paare in Adsorptions-Desorptions Messungen untersuchen. Jüngste Arbeiten der PIs haben gezeigt, dass diese Methode eine signifikante Senkung der kritischen Temperatur von Wasser um etwa 275 K bewirken kann, wodurch ein überkritisches Verhalten bei nur etwa 100 °C erreicht wird - weit unter dem kritischen Punkt von Bulk-Wasser. Trotz des beträchtlichen wissenschaftlichen Interesses sind viele grundlegende Eigenschaften dieser Flüssigkeit im Nanoconfinement nach wie vor nur unzureichend geklärt. Insbesondere der Einfluss von Größe, Topologie und Oberflächenhydrophobie der Nanoporen auf das Phasenverhalten, die Verschiebung der kritischen Temperatur und des Drucks sowie die mögliche Existenz der Widom-Linie müssen systematisch erforscht werden. Dieses Projekt adressiert diese kritischen Wissenslücken durch die Integration von Hochdruck-Intrusions-Extrusions-Kalorimetrie mit Operando-strukturcharakterisierungstechniken und atomistischen Simulationen. Die Bestätigung oder Widerlegung des Vorhandenseins der Widom-Linie und der damit verbundenen Pseudo-Phasenübergänge in cSCWs schafft nicht nur Erkenntnisgewinne für die grundlegende Thermodynamik, sondern auch die technologischen Grundlage für die Entwicklung von Materialien zur Speicherung thermischer Energie, die für Anwendungen bei niedrigen bis mittleren Temperaturen optimiert sind - ein Temperaturbereich, für den es derzeit keine praktikablen Lösungen gibt. Längerfristig bietet dieser innovative Ansatz einen vielversprechenden Weg zur Verbesserung der Energieeffizienz, indem er die Rückgewinnung von bis zu 468 TWh/Jahr an Abwärme ermöglicht, die allein in Europa unter 100 °C abgeführt wird. Die Verwendung kostengünstiger, reichlich vorhandener nanoporöser Materialien, wie Siliziumdioxid, unterstreicht die Praxistauglichkeit dieses Konzepts. Das Ziel von SuperLow ist es, einen Paradigmenwechsel in der Anwendung superkritischen Wassers durch die Senkung der kritischen Temperaturen mittels Nanoconfinement zu bewirken. Durch die Intrusion von Wasser unter Megapascal Druck - anstelle von Dampfphasenkondensation bei Untersättigungsdruck - wird ein neuartiger experimenteller Rahmen geschaffen, der sowohl für die Grundlagenforschung als auch für nachhaltige Energietechnologien von großer Bedeutung ist.This project, SuperLow, aims to elucidate the fundamental behavior of nanoconfined supercritical water (cSCWs), with a particular focus on investigating whether pseudo-boiling and pseudo-condensation phenomena can manifest under extreme nanoconfinement conditions. Such insights have the potential to unlock novel pathways for thermal energy storage (TES) technologies. Distinctively, SuperLow employs a pioneering approach that leverages highly non-wetting water–nanoporous material pairs during intrusion–extrusion processes, in contrast to the conventional use of wetting pairs in adsorption–desorption studies. Recent work by the principal investigators demonstrated that this methodology can induce an unprecedented reduction in the critical temperature of water by approximately 275 K, achieving supercritical behavior at near 100 °C—far below the bulk critical point. Despite considerable scientific interest, many fundamental properties of nanoconfined water remain poorly understood. In particular, the influence of nanopore size, topology, and surface hydrophobicity on phase behavior, critical temperature and pressure shifts, and the potential existence of the Widom line require systematic exploration. This project addresses these critical knowledge gaps by integrating high-pressure intrusion–extrusion calorimetry with operando structural characterization techniques and atomistic simulations. Confirming or refuting the presence of the Widom line and associated pseudo-phase transitions in cSCWs not only advances fundamental thermodynamics but also establishes a strong technological foundation for developing thermal energy storage materials optimized for low- to medium-temperature applications—an area currently lacking viable solutions. In the longer term, this innovative approach offers a promising route to enhancing energy efficiency by enabling the recovery of up to 468 TWh/year of waste heat dissipated below 100 °C in Europe alone. The use of inexpensive, abundant, and well-characterized nanoporous materials, e.g. silica, underscores the practical viability of this concept. The overarching goal of SuperLow is to stimulate a paradigm shift in supercritical water applications through the strategic lowering of critical temperatures via nanoconfinement. By intruding water in its liquid state under megapascals of pressure—rather than relying on vapor phase condensation at sub-saturation pressures—this work pioneers a novel experimental framework with broad implications for both fundamental science and sustainable energy technologies.