Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Beschichtung lässt Muscheln abrutschen

18.08.2017

Muschelbewuchs auf Schiffsrümpfen verursacht nicht nur erhebliche Materialschäden, sondern auch erhöhte Treibstoffkosten und damit beträchtliche wirtschaftliche Einbußen. Die Versuche, dies zu verhindern, sind so alt wie die Schifffahrt selbst. Nun hat eine internationale Forschergruppe, an der auch ein Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) maßgeblich beteiligt ist, eine neuartige umweltfreundliche Beschichtung gegen die Anheftung der lästigen Begleiter entwickelt.

Muschelbewuchs: Ein Jahrtausende altes Problem für die Schifffahrt


Muscheln heften sich an Schiffsrümpfe und beschädigen so das Material. FAU-Forscher haben zusammen mit Kollegen aus Singapur und Harvard ein Material entwickelt, das die Muscheln davon abhält. (Bild: Clarinda Sutanto, Nanyang Technological University (NTU), Singapore)

Im Schneckentempo schleichen die Tankerkolosse oft dahin, wenn sie dicke Schichten von Muscheln und Seepocken auf ihrer Rumpfoberfläche mit sich schleppen müssen. Muscheln, vor allem Miesmuscheln, sind die schlimmsten Verursacher dieses „Biofoulings“, die nicht nur an Schiffen, sondern auch an festinstallierten Unterwasserstrukturen, wie Rohren, Booten, Hafenbecken oder Docks auftreten. Die schwere Last treibt den Treibstoffverbrauch in die Höhe.

Auch ökologisch ist der Befall mit Muscheln höchst problematisch: Fremde Arten gelangen quasi per Anhalter in ferne Ökosysteme und können unter Umständen deren fragile Gleichgewichte stark beeinträchtigen. Es gab schon viele Versuche, diese Plage zu bekämpfen und zu verhindern.

Noch in den achtziger Jahren mixten Farbhersteller immer giftigere Anstriche für die Schifffahrtindustrie, um so dem Muschelbewuchs Herr zu werden; mit höchst negativen Folgen. Die Schadstoffbelastung im Wasser stieg, Fische starben oder reicherten einen wahren Giftcocktail an. Neue, nicht auf toxischen Wirkungsweisen basierende Methoden sind daher dringend erforderlich.

Von der Wette zur Lösung

Möglicherweise ist nun ein historischer Schritt im Kampf gegen den Muschelteppich gelungen: Einer Gruppe von Forschern um Professor Nicolas Vogel vom Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik und Mitglied des Exzellenzclusters „Engineering of Advanced Materials“ an der FAU, Joanna Aizenberg von der Harvard University und Ali Miserez von der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur, gelang nun die Entwicklung eines neuen Ansatzes zur Muschelbekämpfung.

Alles begann mit einem Vortrag, den Nicolas Vogel, damals Forscher an der Harvard University, 2013 bei einer Konferenz in Italien über flüssigkeitsinfiltrierte, abweisende Oberflächenbeschichtungen hielt. Ali Miserez, Experte für biologische Materialien von der Nanyang Technological University in Singapur blieb skeptisch.

Im anschließenden Gespräch wettete er mit Nicolas Vogel, dass seine Oberflächen Muschelbewuchs nicht verhindern können – zu optimiert und komplex seien die Haftmechanismen. So begann eine Kooperation, deren Forschungsergebnisse nun in Science veröffentlicht werden. Die Studie zeigt, dass Muscheln auf solchen Oberflächen tatsächlich nur sehr schlecht anhaften. Ali Miserez hatte die Wette verloren.

Rutschige Schicht nach Vorbild der Kannenpflanze

Doch was ist das Geheimnis dieses Erfolgs? Die allermeisten „Waffen“ gegen Muschelbefall töten unspezifisch zahlreiche Organismen durch giftige Chemikalien ab, müssen oft erneuert werden und sind nicht so wirksam wie gewünscht. Neuere Beschichtungen auf der Basis von Silikon oder Fluoropolymeren dagegen bewirken lediglich, dass sich der Bewuchs leichter entfernen lässt.

Die von Prof. Aizenberg und Prof. Vogel beschriebenen flüssigkeitsinfiltrierte Oberflächen basieren auf einem anderen Prinzip. „Uns hat die fleischfressende Kannenpflanze inspiriert. Ist die Oberfläche der Pflanzen im trockenen Zustand nicht rutschig, bindet sie nach einem Regenguss Regenwasser – und wird so ausgesprochen rutschig. Auf ihrer rutschigen Lippe finden Insektenkeinen Halt und gleiten hilflos in das Innere der Pflanze, wo sie verdaut werden. Diesen Effekt haben wir auf synthetische Materialien übertragen“, erklärt Nicolas Vogel.

So verhindert das neu entwickelte Material auf ähnliche Weise die Muscheln daran, sich effizient festzukleben. Oberflächen können aufgrund ihrer Strukturierung und Oberflächenchemie analog zur Kannenpflanze mit einer Flüssigkeit benetzt werden, die einen geschlossenen Film auf der Oberfläche bildet. Dieser verhindert den direkten Kontakt zur festen Oberfläche und ermöglicht die abweisende Wirkung. Im Labor beobachteten die Wissenschaftler, dass die Tiere auf den benetzten Oberflächen irritiert wirkten.

„Unmittelbar nachdem der Muschelfuß in Kontakt mit der Oberfläche kam, schnellte er wieder zurück in die schützende Schale. Es wirkte fast, als hätte die Muschel auf eine heiße Herdplatte gefasst“, umschreibt Nicolas Vogel die Beobachtungen. Eine mögliche Erklärung liefern die flüssigen Eigenschaften der Beschichtung, die die beim Kontakt mit der Muschel auftretenden Kräfte zwischen Oberfläche und Muschelfuß stark verändern.

Die Forscher testeten zwei verschiedene Varianten der Beschichtung. Als besonders vielversprechend zeigte sich eine infiltrierte Version von Polydimethylsiloxan, einer polymeren Beschichtung, die als Silikon weitverbreitete Anwendung im Bad und in der Küche findet. Die im Labor gewonnen Ergebnisse wurden bei Feldexperimenten bestätigt: Im Hafen von Scituate in der Nähe von Boston angebrachte Testoberflächen zeigten auch nach mehreren Monaten nur sehr wenig Bewuchs. Im Vergleich dazu waren alle Kontrolloberflächen bereits vollständig von Meeresorganismen besiedelt.

In Folgeexperimenten untersuchen die Wissenschaftler nun Möglichkeiten, die entwickelten Materialien großflächig auf Schiffen aufzubringen und so dem unerwünschten Muschelbewuchs ein Ende zu bereiten.

Der Artikel ist online verfügbar unter: http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aai8977.

Weitere Informationen für die Medien:
Prof. Dr. Nicolas Vogel
Tel: +49-9131-8520357
nicolas.vogel@fau.de

Dr. Susanne Langer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.fau.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Mikroplastik in Meeren: Hochschule Niederrhein forscht an biologisch abbaubarer Sport-Kleidung
18.09.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Flexibler Leichtbau für individualisierte Produkte durch 3D-Druck und Faserverbundtechnologie
13.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik