Bionik: Kunstschleim-Haut soll Schiffe schützen
Die Haut des Grindwals hat Materialwissenschaftler auf die Idee eines Schleimüberzugs für Schiffsrümpfe gebracht. Mit der sich selbst erneuernden Schutzschicht hoffen die Forscher um Rahul Ganguli, Bakterien- und Algenbewuchs zu verhindern, der bislang durch aufwändige Wartungsarbeiten entfernt werden muss. Reibungsverluste ließen sich so minimieren und dadurch Energiekosten einsparen.
Das Konzept des Teams von der Technologiefirma Teledyne Scientific im kalifornischen Thousand Oaks sieht einen zweischichtigen Aufbau vor: ein Röhrensystem, das die Rumpfoberfläche überzieht, und ein darübergelegtes engmaschiges Stützgitter aus Metall. Die eigentliche Schleimschicht bildet ein Gel, das über die Röhren in die Zwischenräume der Metallkonstruktion läuft und bei Kontakt mit Meerwasser zähflüssig wird. Die etwas weniger als einen Millimeter dicke Schicht löst sich mit der Zeit auf und wird schrittweise durch nachlaufendes Gel ersetzt. Anhaftende Mikroorganismen und organische Moleküle werden so immer wieder fortgeschwemmt.
In der jetzt veröffentlichten Studie bedeckten die Wissenschaftler ein knapp 40 Quadratzentimeter großes Metallstück mit Gel und Drahtgitter und siedelten darauf Bakterien der Art Pseudoalteromonas carrageenovora an. Der Einzeller gehört zu denjenigen Mikroorganismen, die den Unterwasserteil von Schiffsrümpfen mit einem Biofilm überziehen und damit die Voraussetzung für eine spätere Besiedlung mit Algen, Muscheln und Seepocken schaffen. Verglichen mit einer unbehandelten Metallplatte zeigte sich nach 26 Tagen in künstlichem Seewasser ein mehr als hundertmal geringerer Befall durch P. carrageenovora.
Auf die Idee einer verschleißbaren Kunsthaut kamen die Forscher durch Untersuchungen am Grindwal (Globicephala melas). Auf der Haut des zu den Delfinen zählenden Tiers sitzen nanometergroße Zacken und Rillen, die ein Gel festhalten. Darin angereicherte Enzyme können Algen und Bakterien abwehren. Daneben bietet aber wohl auch die Struktur der Haut selbst einen wirksamen Schutz: In den winzigen Unebenheiten können sich keine Mikroorganismen einnisten. Auch dieses Prinzip einer Nanostruktur, welche die Biofilmbildung rein mechanisch verhindert, erproben Forscherteams als Schutzschicht für Rümpfe. Darüber hinaus gibt es Überzüge auf Silikonbasis, die Vorläufer des Anwuchses abstreifen können. Sie würden allerdings nur funktionieren, so Ganguli, wenn die damit bestrichenen Schiffe zügig Fahrt machen. Andernfalls reichen die an der Grenze zum Wasser auftretenden Kräfte nicht aus.
Der Kampf gegen die auch "Fouling" genannte Besiedlung des Rumpfes führt zu hohen Kosten in der Schifffahrt. Wird der Belag nicht regelmäßig im Trockendock entfernt, macht er das Schiff schwerer und erhöht den Strömungswiderstand. Das einzige probate Gegenmittel – als Anstrich großflächig eingesetztes Tributylzinnhydrid (TBT) – wurde im Jahr 2003 verboten, als offenbar wurde, dass sich das Gift schädlich auf das marine Ökosystem auswirkt. Seitdem suchen Entwickler verstärkt nach Alternativen.
Bei den Experimenten mit der Kunstschleim-Schicht erwies sich unter anderem eine kommerzielle Substanz als brauchbar, die für die Erdölförderung entwickelt wurde. Dort soll sie etwa in Bohrlöchern die Viskosität des Wassers erhöhen. Nach Aussage von Ganguli stellt sie keine Gefahr für das Ökosystem dar. (jd)
Das Konzept des Teams von der Technologiefirma Teledyne Scientific im kalifornischen Thousand Oaks sieht einen zweischichtigen Aufbau vor: ein Röhrensystem, das die Rumpfoberfläche überzieht, und ein darübergelegtes engmaschiges Stützgitter aus Metall. Die eigentliche Schleimschicht bildet ein Gel, das über die Röhren in die Zwischenräume der Metallkonstruktion läuft und bei Kontakt mit Meerwasser zähflüssig wird. Die etwas weniger als einen Millimeter dicke Schicht löst sich mit der Zeit auf und wird schrittweise durch nachlaufendes Gel ersetzt. Anhaftende Mikroorganismen und organische Moleküle werden so immer wieder fortgeschwemmt.
In der jetzt veröffentlichten Studie bedeckten die Wissenschaftler ein knapp 40 Quadratzentimeter großes Metallstück mit Gel und Drahtgitter und siedelten darauf Bakterien der Art Pseudoalteromonas carrageenovora an. Der Einzeller gehört zu denjenigen Mikroorganismen, die den Unterwasserteil von Schiffsrümpfen mit einem Biofilm überziehen und damit die Voraussetzung für eine spätere Besiedlung mit Algen, Muscheln und Seepocken schaffen. Verglichen mit einer unbehandelten Metallplatte zeigte sich nach 26 Tagen in künstlichem Seewasser ein mehr als hundertmal geringerer Befall durch P. carrageenovora.
Auf die Idee einer verschleißbaren Kunsthaut kamen die Forscher durch Untersuchungen am Grindwal (Globicephala melas). Auf der Haut des zu den Delfinen zählenden Tiers sitzen nanometergroße Zacken und Rillen, die ein Gel festhalten. Darin angereicherte Enzyme können Algen und Bakterien abwehren. Daneben bietet aber wohl auch die Struktur der Haut selbst einen wirksamen Schutz: In den winzigen Unebenheiten können sich keine Mikroorganismen einnisten. Auch dieses Prinzip einer Nanostruktur, welche die Biofilmbildung rein mechanisch verhindert, erproben Forscherteams als Schutzschicht für Rümpfe. Darüber hinaus gibt es Überzüge auf Silikonbasis, die Vorläufer des Anwuchses abstreifen können. Sie würden allerdings nur funktionieren, so Ganguli, wenn die damit bestrichenen Schiffe zügig Fahrt machen. Andernfalls reichen die an der Grenze zum Wasser auftretenden Kräfte nicht aus.
Der Kampf gegen die auch "Fouling" genannte Besiedlung des Rumpfes führt zu hohen Kosten in der Schifffahrt. Wird der Belag nicht regelmäßig im Trockendock entfernt, macht er das Schiff schwerer und erhöht den Strömungswiderstand. Das einzige probate Gegenmittel – als Anstrich großflächig eingesetztes Tributylzinnhydrid (TBT) – wurde im Jahr 2003 verboten, als offenbar wurde, dass sich das Gift schädlich auf das marine Ökosystem auswirkt. Seitdem suchen Entwickler verstärkt nach Alternativen.
Bei den Experimenten mit der Kunstschleim-Schicht erwies sich unter anderem eine kommerzielle Substanz als brauchbar, die für die Erdölförderung entwickelt wurde. Dort soll sie etwa in Bohrlöchern die Viskosität des Wassers erhöhen. Nach Aussage von Ganguli stellt sie keine Gefahr für das Ökosystem dar. (jd)
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