Delfinhaut als Vorbild für umweltneutralen Schiffsanstrich

Selbstreinigungsfähigkeiten der Delfinhaut ebnen den Weg für eine neue Generation von Bewuchsschutzfarben (Antifouling)

Wissenschaftler der Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung untersuchten anhand der Oberflächenbeschaffenheit der Haut von Pilotwalen, wie sich die Natur ohne Gifte gegen Aufwuchs (Biofouling) wehrt. Delfinhaut ist sehr sauber. Sie wird nicht nur regelmäßig erneuert, sondern ist auch extrem glatt und ist zudem leicht durch Bewegungen zu reinigen. Aus diesen Besonderheiten der Delfinhaut (Delfinhaut-Effekt) leiten sich die Grundlagen für umweltneutrale Bewuchsschutzfarben ab.

Der im April zum Patent angemeldete Beschichtungsaufbau für Bewuchsschutzfarben (Antifouling) vereint umweltneutrale Rohstoffe und Nanotechnologie, um Aufwuchs an der Schiffsaußenhaut zu verhindern, und trägt dazu bei, die Betriebskosten für Schiffe niedrig zu halten.

Gefördert wurde die Zusammenarbeit mit dem Institut für Lebensmitteltechnologie, Biotechnologie-Zentrum der TU Berlin und dem Anatomischen Institut der Tierärztlichen Hochschule Hannover von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Für diese Untersuchung wurden Hautproben von Pilotwalen, eine fünf bis sieben Meter lange Delfinart, auf den Färöer-Inseln genommen. Für die praktische Arbeit waren das Naturhistorische Museum und die Universität der Färöer-Inseln eine wichtige Unterstützung.

Mit Hilfe eines speziellen Verfahrens konnten die Forscher erstmalig die bei minus 196 °C konservierten Hautproben studieren und den natürlichen Eindruck der Proben erhalten. Dabei fiel ihnen auf, dass die Hautoberfläche durchschnittliche Unregelmäßigkeiten von nur wenigen Nanometern aufweist (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter). Diese glatte Oberfläche bietet selbst kleinen Biofoulern wenig strömungsgeschützte Nischen. Die Struktur ergibt sich aus dem Muster der 100 Nanometer tiefen Zellverbindungen, die Poren mit einem Durchmesser von etwa 200 Nanometer umschließen. In diesen Poren wurde eine gelartige Substanz gefunden, die reich an Fetten und Enzymen ist.

Viskositätsmessungen dieser Substanz bestätigen, dass die Haut der Pilotwale ein Gel bilden kann. Dieses bildet sich in den Zellzwischenräumen der obersten, verhornten Hautschichten und kann im Gegensatz zu den Schleimen der Bewuchsorganismen, mit denen sie sich festhalten, stärkeren Belastungen widerstehen. Zudem erhöht der Anteil an Enzymen die Wahrscheinlichkeit, Schleime zu zersetzen, bevor sich Organismen festsetzen können.

Die beobachtete geringe Rauhigkeit und der geringe Verschmutzungsgrad der biologischen Oberfläche können mit der Oberfläche gereinigter Quarzgläser verglichen werden. Die beiden Merkmale sind jedoch untypisch für die meisten Schiffsrümpfe oder anderen Unterwasserkonstruktionen. An diesen lassen sich regelmäßig Spuren von Biofouling finden. In Analogie zur Reinigung von Quarzgläsern, die ein Luftblasen durchsetztes flüssiges Medium passieren sollen, könnte auch das Springen der Delfine (neben der kontinuierlichen Hautabschuppung) wesentlich zur Selbstreinigung beitragen, denn während der Sprungphase und dem nachfolgenden Aufprall entwickeln sich im Wasser Luftblasen und erhöhte Scherkräfte.