Einen Gegenstand zu trocknen, bedeutet meistens, ihm Wasser zu entziehen. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten: Einerseits mit rein mechanischen Verfahren zum Entwässern, wie Schleudern, Abreiben oder Abtropfen – auch Tiere nutzen diese Technik, indem sie sich schütteln, um Wasser von ihren Haaren oder Federn zu entfernen. Andererseits gibt es die eigentliche Trocknung, bei der ein Trocknungsmittel die Flüssigkeit aufnimmt. Hier sind die Fakten.
Trocknungsmethoden: Vom Wäschetrocknen bis zum Dörren von Obst
Eine Flüssigkeit setzt sich aus Molekülen zusammen, die sich kontinuierlich bewegen. Einige von ihnen sind so schnell, dass sie die molekulare Anziehung überwinden, in die Gasphase übergehen und von der Luft aufgenommen werden.
In einem geschlossenen System trocknet diese Verdunstung die Wäsche so lange, bis ein Gleichgewicht zwischen Gasphase und flüssiger Phase erreicht ist, an dem der Druck des Wasserdampfes in der Gasphase einen bestimmten, temperaturabhängigen Dampfdruck erreicht. Die Wäsche wird aber nicht in einem luftdicht abgeschlossenen Raum getrocknet, sondern es wird gelüftet, sodass die mit Wasserdampf gesättigte Luft mit der Zeit entweichen kann und das Wasser allmählich aus dem Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht entfernt wird.
Die wohl älteste Anwendung der Trocknungstechnik in der Produktion ist vermutlich das Dörren von Obst an der Luft. Schon in vorgeschichtlicher Zeit stellten Menschen im alten Orient aus den dort kultivierten Früchten wie Datteln, Feigen oder Trauben Dörrobst her.

Durch Reduzierung des Wassergehalts auf 10 bis 25 % wurde das Obst vor Verfall geschützt und ließ sich auch leichter transportieren. Dazu ist Hitze nicht unbedingt nötig. Auch kalte Winde helfen in Norwegen seit dem 8. Jahrhundert dabei, Stockfisch herzustellen. Wie das Trockenobst stellt auch der haltbar gemachte Fisch eine gut transportierbare Kalorien- und Vitaminquelle dar und ist somit eine wesentliche Hilfe für lange Reisen über Land und Meer.
Prinzipien einzelner Trocknungsmethoden
Durch eine verbesserte Erwärmung – im Phasendiagramm durch höhere Werte auf der x-Achse zu sehen – und verbesserte Belüftung des Trockenguts kann die Verdampfungsrate erhöht werden. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten der Wärmeübertragung:
- Konvektion – durch heiße Luft/Gas oder überhitzten Dampf
- Konduktion – über heiße Kontaktflächen
- Strahlung – durch Sonnenstrahlung, Mikrowellen oder Infrarot
Technische Anwendungen finden sich dementsprechend in Form von Konvektionstrockner, Trockenlufttrockner, Drucklufttrockner, Heißdampftrockner, Kontakttrockner oder Mikrowellentrockner. Viele dieser Geräte kombinieren verschiedene Entwässerungstechniken:
Deutlich werden die Prinzipien einzelner Trocknungsverfahren anhand eines typischen Phasendiagramms. In diesem sind die Aggregatzustände in Abhängigkeit von Druck und Temperatur mit Linien dargestellt, die jeweils die Übergänge zwischen den Phasen markieren.

Trocknungsverfahren in der Übersicht
Vakuumtrocknung
Hohe Temperaturen schaden oft der Qualität der getrockneten Produkte. So können sich bei Temperaturen über +40 °C beispielsweise die in Nahrungsmitteln enthaltenen Vitamine schnell zersetzen.
Aber die Siedetemperatur kann gesenkt werden, indem ein Vakuum angelegt wird. Dadurch wird der Druck in der Kammer niedriger als der Dampfdruck des Wassers, entsprechend niedrigeren Werten auf der y-Achse des Phasendiagramms. So liegt bei einem Druck von circa 50 mbar der Siedepunkt des Wassers bei +33 °C. Normalerweise verdampft Wasser bei +100 °C unter Atmosphärendruck (etwa 1 bar).
Diese schonende Vakuumtrocknung wurde Mitte des 17. Jahrhunderts von dem deutschen Physiker und Erfinder Otto von Guericke (1602 – 1686) konzipiert. Wirtschaftlich angewandt wird das Verfahren aber erst seit Ende des 19. Jahrhunderts, zum Beispiel in der Chemie-, Lebensmittel-, Rohstoff- und Recyclingindustrie. Im Labormaßstab wird die Vakuumtrocknung mit Exsikkatoren und Vakuum-Pumpen durchgeführt.
Mithilfe von beheizten Walzen oder Schaufeln erlaubt es die Vakuumtrocknung, breiige Substanzen im großen Maßstab kontinuierlich zu trocknen. Für empfindlichere und gröbere Nassgüter wie Hülsenfrüchte oder Getreide wird ein Drehtrommeltrockner verwendet. Die verdampften Lösemittel können wieder aufgefangen und nach Reinigung wiederverwendet werden.
Die Vakuumtrocknung kann zusätzlich mit Trocknungsmitteln oder Sorptionsmitteln kombiniert werden, wie etwa Silicagel (Kieselgel), einem hygroskopischen Sorbens mit hohem Wasseraufnahmevermögen.
Gefriertrocknung
Einen alternativen Weg im Phasendiagramm beschreitet die Gefriertrocknung, technisch auch als Lyophilisierung bekannt. Wie der Name schon sagt, findet der Wasserentzug bei dieser Trocknungsmethode unterhalb des Gefrierpunktes statt (links unten im Phasendiagramm).
Das Wasser sublimiert direkt vom Eis- in den Gaszustand, daher ist die Gefriertrocknung schonend für temperaturempfindliche Inhaltsstoffe. Auch diese Methode hat ursprünglich die Wetterelemente benutzt, um Lebensmittel zu trocknen. Seit der Zeit der Inka im 13. Jahrhundert wird die kalte, trockene und dünne Luft der Andenregion genutzt, um die dort beheimateten Kartoffeln durch eine Art Gefriertrocknung zu konservieren. Heute wird diese Technik in Kälteanlagen mit Unterdruck kombiniert und dazu eingesetzt, um Lebensmittel, Pharmazeutika und Biologika zu konservieren.
Überkritische Dampftrocknung
In der oberen rechten Ecke des Phasendiagramms liegt die Region, in der die überkritische Dampftrocknung stattfindet. Hier liegen Druck und Temperatur oberhalb des Kritischen Punktes, also in einem Bereich, in dem die Unterscheidung von Flüssigkeit und Gas nicht mehr möglich ist.

Da die überkritische Trocknung präzise Kontrolle von Druck und Temperatur erfordert, ist sie apparativ aufwendig. Der Vorteil dieser Methode ist aber, dass kein Phasenübergang zwischen Gas und Flüssigkeit an der Oberfläche des Trockengutes stattfinden kann, das daher nicht durch Schrumpfung oder Diffusion der Flüssigkeit von innen nach außen beeinträchtigt wird. Daher ist die überkritische Trocknung schonend für die Feinstruktur und wird gerne für empfindliche Trocknungsgüter verwendet, wie zum Beispiel Proteinpulver oder auch in der Mikroelektronik. Auch Aerogele herzustellen, wäre ohne diese Methode nicht möglich.
Mikrowellentrocknung und hybride Systeme
Mikrowellenstrahlung, wie sie der Mikrowellenherd im Haushalt produziert, regt die Drehbewegung von Wassermolekülen intensiv an, wodurch sich das Wasser stärker als andere Stoffe erhitzt. Daher können Mikrowellen auch zum schnelleren Trocknen genutzt werden.
Diese Technik ist zwar apparativ aufwendig, da aber die Mikrowellenstrahlung tief in bestrahlte Materialien eindringen kann, eignet sich diese Methode insbesondere zur Trocknung dicker Objekte, wie beispielsweise Mauern und Wände im Baubereich. Neuartige Hybridtrockner wenden diese Technologie ebenfalls an, indem die Heißluft- oder Gefriertrocknung mit Mikrowellen-, Ultraschall- oder Infrarotenergie kombiniert wird.
Chemische Trocknungsmittel in der Industrie
Um hochreine Chemikalien industriell herzustellen, kann es erforderlich sein, Wasser vollständig zu entfernen, was mit Destillation allein nicht möglich ist. Für verschiedene Chemikalienklassen gibt es dazu spezielle Trocknungsmittel.
Kohlenwasserstoffe können beispielsweise entwässert werden, indem wasserfreies Calciumchlorid als Trocknungsmittel zugesetzt wird, das mit dem Wasser einen Hexahydrat-Komplex bildet. Granulat von Calciumchlorid und anderen Salzen wird auch zur Luftentfeuchtung eingesetzt. Eine noch stringentere Trocknung von Chemikalien kann erreicht werden, wenn das Wasser redoxchemisch aus dem Gleichgewicht entfernt wird. Bei der industriellen Herstellung von wasserfreiem Diethylether wird hierfür metallisches Natrium eingesetzt, bei der Reinigung von Alkoholen übernimmt Magnesium diese Funktion. Das Metall reduziert den gasförmig entweichenden Wasserstoff, das entstehende Metalloxid oder -hydroxid fällt aus.
Ein nicht nur in der Chemietechnik und in Laboren weitverbreitetes Sorptionsmittel ist Silicagel (Kieselgel). Es ist eine amorphe Form des Siliciumdioxids, die durch saure Behandlung von Natriumsilikat hergestellt wird. Das Trocknungsmittel kann als reines Kieselgel-Granulat oder in Form von Trocknungskissen eingesetzt werden. Bestimmte Formen davon enthalten Poren von wenigen Nanometern Durchmesser, in die sich Wassermoleküle gut anlagern können. Ein Beispiel dafür ist das Blau-Gel-Granulat-Sorbens, das über ein sehr hohes Wasseraufnahmevermögen verfügt.
Wegen seiner Fähigkeit zur Trocknung und Adsorption von Wasser und anderen Stoffen wird Silicagel von der chemischen Trocknung bis zum Katzenklo vielfältig verwendet. Im Alltag ist es sehr häufig verpackter Elektronik oder Lebensmitteln beigelegt, in Form von Antikondensationsbeuteln mit der Beschriftung „Throw away – do not eat”. Obwohl ungefärbtes Silicagel selbst nicht giftig ist, sollte zumindest die zweite Anweisung befolgt werden. Wegwerfen muss man das Trockenmittel aber nicht, denn es kann sinnvoll sein, die Beutel aufzubewahren. Dann sind sie notfalls schnell zur Hand, wenn es darum geht, Schuhe, Papiere oder Handys trockenzulegen.
Bildquellen: Beitragsbild | © Alexej – stock.adobe.com Sonnentrocknung von Aprikosen in Zentralanatolien | © Bjørn Christian Tørrissen, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons Phasendiagramm von Wasser | © author of the original work: Cmglee, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons Verlauf diverser Trocknungsmethoden im Phasendiagramm von Wasser | © Master Uegly, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons