Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Im Wettbewerb mit Seepocken – Anti-Haftoberflächen im Meer

22.08.2018

Kieler Forscherteam entwickelt neue Beschichtung zur Vermeidung von Biofouling an Schiffsrümpfen

Die Entwicklung von Oberflächen mit neuen, aus der Natur inspirierten Eigenschaften hat in den vergangenen Jahren eine hohe Aufmerksamkeit in Wissenschaft und Industrie erfahren. Großes Interesse besteht dabei auch an Verfahren zur Vermeidung von unerwünschter Haftung etwa von Muscheln oder Seepocken an Schiffsrümpfen oder Offshore-Anlagen, sogenanntes Biofouling.


3-dimensionale Visualisierung der Oberflächen der mikrostrukturierten Silikonoberfläche (links) und der glatten Kontrolloberfläche aus dem gleichen Silikon (rechts).

Copyright: Lars Heepe und Dennis Petersen

Einem Forscherteam aus dem Zoologischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist es nun gelungen, eine Silikonbeschichtung mit einer neuen Mikrostruktur zu entwickeln, die so beschaffen ist, dass sich die Haftfläche der Seepocke zur Oberfläche um mehr als 50 Prozent verringert und sie dadurch schlechter an Schiffsrümpfen haften kann.

Bereits erste Praxistests an Segelyachten zeigten, dass sich keine Seepocken und andere Makrofouler dauerhaft an der Testoberfläche halten konnten. Grundlage für den Erfolg ist das neue Verständnis der Kieler Forschenden über das Benetzungsverhalten von Klebstoffen mariner Organismen. Die Ergebnisse der Studie, die vom Kieler Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“ unterstützt wurde, wurden heute (Mittwoch, 22. August) in der internationalen Fachzeitschrift Journal of The Royal Society Interface veröffentlicht.

Haftung ist ein bedeutender Effekt in der Natur. Seepocken und Muscheln nutzen komplexe Klebstoffe, um sich an natürlichen und vom Menschen hergestellten Oberflächen wie Schiffsrümpfen oder Offshore-Anlagen dauerhaft anzusiedeln. Auf lange Sicht können die Organismen diese Oberflächen schädigen und sorgen beispielsweise für einen höheren Treibstoffverbrauch durch größeren Strömungswiderstand.

Konventionelle Methoden, Schiffsrümpfe gegen den unerwünschten Bewuchs zu schützen, sind häufig mit umweltschädigenden Giftstoffen verbunden. Erstautor der Studie Dennis Petersen und seine Kollegen Dr. Thomas Kleinteich, Professor Stanislav Gorb und Dr. Lars Heepe aus der Arbeitsgruppe Funktionelle Morphologie und Biomechanik am Zoologischen Institut der Kieler Universität suchten daher nach neuen Möglichkeiten, den permanenten Bewuchs durch Makrofouler einzudämmen, ohne dass Giftstoffe ins Meer eingetragen werden.

Für die Entwicklung der neuen Oberfläche analysierten die Forschenden zunächst die Benetzungsfähigkeit des Seepockenklebstoffes – die Fähigkeit der Organismen, sich an Oberflächen unter Wasser flächig anzuhaften und dazu ihren „Kleber“ möglichst breit auszubringen. Den Forschenden ist es dabei gelungen, den gesamten physikalischen Prozess der Benetzung bei der Seepocke nachzuvollziehen und somit Strategien zu entwickeln, wie diesem durch eine geeignete Oberflächenstruktur entgegengewirkt werden kann.

„Unsere Forschung zeigt, dass Klebstoffe von Organismen, die unter Wasser siedeln, Haftung auf fast jedem Untergrund ermöglichen. Ursache dafür ist die komplexe chemische Zusammensetzung dieser Klebstoffe. Ziel unserer Untersuchungen war es deshalb, eine möglichst universelle Oberfläche zu entwickeln, die basierend auf physikalischen Prinzipien ein dauerhaftes Haften der Organismen verhindert“, sagt Erstautor Dennis Petersen vom Institut für Zoologie an der Uni Kiel.

Auf Basis der neuen Erkenntnisse ist es den Forschenden gelungen, eine Beschichtung aus einem ungiftigen Silikon zu entwickeln, die eine neue pilzkopfähnliche Mikrostruktur aufweist. Ähnlich wie der Lotus-Effekt, der das Abperlen von Flüssigkeit auf glatten Oberflächen bewirkt, verhindert die Geometrie dieser neuen Struktur eine starke Klebeverbindung zwischen Seepocken oder Muscheln mit der neuen Beschichtung.

In einem ersten Praxistext wurden Teile des Rumpfes an vier Segeljachten des Kieler Yachtclubs mit der neuen Folie ausgestattet und eine Saison lang getestet. Nach dem Aufslippen waren keine Seepocken oder andere Makrofouler wie Muscheln auf der neuen Beschichtung zu finden. Das Material weist darüber hinaus noch weitere positive Eigenschaften auf. Während auf hartem Material wie Metall oder auch Plexiglas Seepocken bei der Beseitigung stumpf abbrechen und ihre Haftscheibe hinterlassen, lösten sich diese auf dem weichen Material ohne Rückstände ab.

„Mit unserer Entwicklung konnten wir einen großen Schritt in der Weiterentwicklung von neuen Materialien gehen, die entscheidend dazu beitragen können, Biofouling einzudämmen“, sagt Dr. Lars Heepe, Co-Autor der Studie und Mitglied im Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“.

„Neben der technologischen Relevanz, liefert unsere Arbeit darüber hinaus einen grundlegenden Beitrag zur Biomechanik des Haftens mariner Organismen. Unterwasserhaftung wirft dabei noch viele Rätsel auf. Nur durch den Vergleich des Bewuchses auf verschiedenen Oberflächen lernen wir, den Prozess des Haftens mariner Organismen zu verstehen. Mit diesem Verständnis ließen sich in Zukunft bestimmt noch weitere innovative Strategien für eine giftstofffreie Reduzierung von Bewuchs entwickeln“, sagt Professor Stanislav Gorb, Co-Autor der Studie und Mitglied im Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“.

Originalarbeit
Competing with barnacle cement: wetting resistance of a re-entrant surface reduces underwater adhesion of barnacles, Dennis S. Petersen, Thomas Kleinteich, Stanislav N. Gorb, Lars Heepe, J. R. Soc. Interface 2018 15 20180396; Published 22 August 2018, http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2018.0396

Bilder stehen zum Download bereit:
http://www.uni-kiel.de/fileadmin/user_upload/pressemitteilungen/2018/268-biofouling-1.png
3-dimensionale Visualisierung der Oberflächen der mikrostrukturierten Silikonoberfläche (links) und der glatten Kontrolloberfläche aus dem gleichen Silikon (rechts). Die Kontrolloberfläche ist deutlich stärker mit Seepocken bewachsen.
Foto/Copyright: Lars Heepe und Dennis Petersen

http://www.uni-kiel.de/fileadmin/user_upload/pressemitteilungen/2018/268-biofouling-2.jpg
Elektronenmikroskopische Aufnahme der mikrostrukturierten Silikonoberfläche.
Foto/Copyright: Lars Heepe

http://www.uni-kiel.de/fileadmin/user_upload/pressemitteilungen/2018/268-biofouling-3.jpg
Seepockenbewuchs der mikrostrukturierten und glatten Silikonoberfläche sowie einer glatten Acrylglas-Oberfläche nach rund 17 Wochen Exposition in der Ostsee.
Foto/Copyright: Lars Heepe und Dennis Petersen

http://www.uni-kiel.de/fileadmin/user_upload/pressemitteilungen/2018/268-biofouling-4.jpg
Praxistest der neuen Silikonfolie auf einer Segelyacht des Kieler Yacht Clubs (links). Ein rund 3010 cm großer Streifen der Folie wurde zu Beginn der Saison am Kiel der Yacht angebracht. Am Ende der Saison konnten keine Seepocken oder andere Makrofouler gefunden werden (rechts).
Foto/Copyright: Lars Heepe und Dennis Petersen

Links
http://www.uni-kiel.de/zoologie/gorb/topics.html (Arbeitsgruppe Funktionelle Morphologie und Biomechanik am Institut für Zoologie der Uni Kiel)
http://www.futureocean.org (Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“)

Kontakt
Dr. Lars Heepe und Dennis Petersen
Funktionelle Morphologie und Biomechanik, Zoologisches Institut
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), Am Botanischen Garten 9, 24118 Kiel
Telefon: +49 431 880 4517
lheepe@zoologie.uni-kiel.de,
dpetersen@zoologie.uni-kiel.de

Pressekontakt
Friederike Balzereit
Öffentlichkeitsarbeit Exzellenzcluster “Ozean der Zukunft”
E-Mail: fbalzereit@uv.uni-kiel.de
Telefon: 0431-880-3032

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Presse, Kommunikation und Marketing, Dr. Boris Pawlowski
Postanschrift: D-24098 Kiel, Telefon: (0431) 880-2104, Telefax: (0431) 880-1355
E-Mail: presse@uv.uni-kiel.de Internet: www.uni-kiel.de  Twitter: www.twitter.com/kieluni
Facebook: www.facebook.com/kieluni Instagram: www.instagram.com/kieluni

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Lars Heepe und Dennis Petersen
Funktionelle Morphologie und Biomechanik, Zoologisches Institut
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), Am Botanischen Garten 9, 24118 Kiel
Telefon: +49 431 880 4517
lheepe@zoologie.uni-kiel.de,
dpetersen@zoologie.uni-kiel.de

Originalpublikation:

Competing with barnacle cement: wetting resistance of a re-entrant surface reduces underwater adhesion of barnacles, Dennis S. Petersen, Thomas Kleinteich, Stanislav N. Gorb, Lars Heepe, J. R. Soc. Interface 2018 15 20180396; Published 22 August 2018, http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2018.0396

Weitere Informationen:

http://www.uni-kiel.de/de/detailansicht/news/im-wettbewerb-mit-seepocken-anti-ha...

Dr. Boris Pawlowski | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Forschung zur Knochenregeneration wird ausgebaut
08.10.2019 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht TU Bergakademie Freiberg entwickelt einzigartigen Werkstoff aus marinem Badeschwammskelett
07.10.2019 | Technische Universität Bergakademie Freiberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Controlling superconducting regions within an exotic metal

Superconductivity has fascinated scientists for many years since it offers the potential to revolutionize current technologies. Materials only become superconductors - meaning that electrons can travel in them with no resistance - at very low temperatures. These days, this unique zero resistance superconductivity is commonly found in a number of technologies, such as magnetic resonance imaging (MRI).

Future technologies, however, will harness the total synchrony of electronic behavior in superconductors - a property called the phase. There is currently a...

Im Focus: Ultraschneller Blick in die Photochemie der Atmosphäre

Physiker des Labors für Attosekundenphysik haben erkundet, was mit Molekülen an den Oberflächen von nanoskopischen Aerosolen passiert, wenn sie unter Lichteinfluss geraten.

Kleinste Phänomene im Nanokosmos bestimmen unser Leben. Vieles, was wir in der Natur beobachten, beginnt als elementare Reaktion von Atomen oder Molekülen auf...

Im Focus: Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Wie kommt es, dass manche Neutronensterne zu den stärksten Magneten im Universum werden? Eine mögliche Antwort auf die Frage nach der Entstehung dieser sogenannten Magnetare hat ein deutsch-britisches Team von Astrophysikern gefunden. Die Forscher aus Heidelberg, Garching und Oxford konnten mit umfangreichen Computersimulationen nachvollziehen, wie sich bei der Verschmelzung von zwei Sternen starke Magnetfelder bilden. Explodieren solche Sterne in einer Supernova, könnten daraus Magnetare entstehen.

Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Im Focus: How Do the Strongest Magnets in the Universe Form?

How do some neutron stars become the strongest magnets in the Universe? A German-British team of astrophysicists has found a possible answer to the question of how these so-called magnetars form. Researchers from Heidelberg, Garching, and Oxford used large computer simulations to demonstrate how the merger of two stars creates strong magnetic fields. If such stars explode in supernovae, magnetars could result.

How Do the Strongest Magnets in the Universe Form?

Im Focus: Wenn die Erde flüssig wäre

Eine heisse, geschmolzene Erde wäre etwa 5% grösser als ihr festes Gegenstück. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie unter der Leitung von Forschenden der Universität Bern. Der Unterschied zwischen geschmolzenen und festen Gesteinsplaneten ist wichtig bei die Suche nach erdähnlichen Welten jenseits unseres Sonnensystems und für das Verständnis unserer eigenen Erde.

Gesteinsplaneten so gross wie die Erde sind für kosmische Massstäbe klein. Deshalb ist es ungemein schwierig, sie mit Teleskopen zu entdecken und zu...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Bildung.Regional.Digital: Tagung bietet Rüstzeug für den digitalen Unterricht von heute und morgen

10.10.2019 | Veranstaltungen

Zukunft Bau Kongress 2019 „JETZT! Bauen im Wandel“

10.10.2019 | Veranstaltungen

Aktuelle Trends an den Finanzmärkten im Schnelldurchlauf

09.10.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IZM setzt das E-Auto auf die Überholspur

11.10.2019 | Energie und Elektrotechnik

IVAM-Produktmarkt auf der COMPAMED 2019: Keine Digitalisierung in der Medizintechnik ohne Mikrotechnologien

11.10.2019 | Messenachrichten

Kryptografie für das Auto der Zukunft

11.10.2019 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics