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Überkritisch

In der Thermodynamik ist der kritische Punkt ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes, der sich durch Angleichen der Dichten von flüssiger und Gasphase kennzeichnet. Die Unterschiede zwischen beiden Aggregatzuständen hören an diesem Punkt auf zu existieren. Im Phasendiagramm stellt der Punkt das obere Ende der Dampfdruckkurve dar.

Überkritisches Wasser (auch superkritisches Wasser oder scH₂O, von englisch: "supercritical") ist Wasser in einem fluiden Zustand über seiner kritischen Temperatur und seinem kritischen Druck – also jenseits des kritischen Punktes.

Oberhalb des kritischen Punktes ist eine Unterscheidung, ob ein Stoff flüssig oder gasförmig ist, nicht möglich, er ist dicht wie eine Flüssigkeit, hat aber dieselbe Viskosität wie ein Gas. Um in den überkritischen Zustand zu gelangen, muss das Wasser dazu mindestens eine Temperatur von 374,12 °C und einen Druck von mindestens 221,2 bar - also rund den 221-fachen normalen Luftdruck - haben.

Überkritisches Wasser besitzt deutlich andere Eigenschaften als unter Normbedingungen. Es hat die Dichte des normalen Wassers und die Viskosität des Wasserdampfes.

In etwa 500 Kohlekraftwerken weltweit wird überkritisches Wasser im Dampfprozess verwendet. Dabei erreicht der Frischdampf Temperaturen von bis zu 580 °C und Drücke von etwa 270 bar und somit den überkritischen Zustand. Kraftwerke mit überkritischen Frischdampftemperaturen von 700 °C und -drücken von 350 bar befinden sich in der Entwicklung. Der Einsatz von überkritischem Wasser in Kernkraftwerken ist noch Gegenstand der Forschung, z.B. Überkritischer Leichtwasserreaktor.

Weitere Bedeutungen

Der Begriff überkritisch kann auch in ganz anderen Zusammenhängen Verwendung finden. Ein Beispiel ist die Seismik, wo Reflexionen jenseits des kritischen Winkels (Totalreflexion) als überkritisch bezeichnet werden. Gleiches gilt in der Optik.

Bedeutung in der Geothermie

In der Geothermie spielt überkritisches Wasser insbesondere in zwei unterschiedlichen Bereichen eine Rolle:

Das natürliche Formationswasser kann überkritisch sein (Temperatur von mindestens 374,12 °C und einen Druck von mindestens 221,2 bar). Derartige Lagerstätten wurden noch nicht komerziell entwickelt, bieten aber für Kraftwerke (zumindest theoretisch) besondere Möglichkeiten. Diesbezügliche Experimente finden derzeit (2018) im Rahmen von EU-Projeketen in Island statt.
Das Arbeitsmittel in einem Kraftwerk oder einer anderen technischen Anlage kann überkritisch sein. Beispiel ist eine ORC-Anlage mit einem entsprechenden Arbeitsmittel und entsprechenden p-T-Bedingungen.

Überkritische Systeme haben gegenüber herkömmlichen eine etwa 10-fach höhere Leistung.