18.06.2018

Lufthüllen für Frachter

Bionische Folie verringert Reibungswiderstand und Bewuchs von Schiffsrümpfen.

Eine Luftbe­schichtung, die den Reibungs­widerstand von Schiffen reduziert, entwickeln Forscher aus ganz Europa im Projekt Aircoat. Dabei nutzen sie den am Karlsruher Institut für Techno­logie KIT erforschten Salvinia-Effekt, der es erlaubt, unter Wasser eine Luftschicht dauerhaft zu halten. Die Euro­päische Kommission fördert das Projekt mit insgesamt 5,3 Millionen Euro. Die wissen­schaftliche Koordination liegt bei dem Physiker und Nano­technologie-Experten Thomas Schimmel am KIT.

Abb.: Die extrem wasserabweisende Oberfläche der Schwimmfarne (Salvinia) dient als Vorbild für die Aircoat-Technologie. (Bild: AG Schimmel, KIT)

Aircoat – Air Induced friction reducing ship coating - zielt darauf, eine passive Luftschmier­technologie für Schiffe zu entwickeln, die zum Schutz der Meere und der Atmosphäre beiträgt. Eine auf den Schiffsrumpf aufge­brachte selbst­klebende Folie erzeugt eine dünne Lufthülle, die den Reibungs­widerstand wesentlich verringert und gleich­zeitig als physi­kalische Barriere zwischen Rumpf­oberfläche und Wasser wirkt. Dadurch lassen sich Kraftstoff­verbrauch und Abgas­ausstoß des Schiffs beträchtlich redu­zieren. Die Luftschicht vermindert auch die Abstrahlung von Schiffs­lärm. Überdies verhindert sie die Ansiedlung von Meeres­organismen am Schiffsrumpf sowie die Frei­setzung von bioziden Substanzen aus darunter­liegenden Beschich­tungen ins Wasser.

Bei der Luftbe­schichtung handelt es sich um eine bionische Anwendung. Aircoat basiert auf dem Salvinia-Effekt, den der Botaniker Wilhelm Barthlott von der Univer­sität Bonn und der Physiker Thomas Schimmel vom KIT gemeinsam erforscht haben. Dieser Effekt ermöglicht es bestimmten Pflanzen wie den Schwimm­farnen (Salvinia) auch unter Wasser zu atmen. Dazu halten sie eine dünne Luftschicht auf der Oberfläche ihrer Blätter, die haar­artige Strukturen aufweist und extrem wasser­abweisend ist. Das Projekt setzt diesen Effekt, der die Haltung von Luftschichten auf Ober­flächen unter Wasser ermöglicht, nun techno­logisch auf einem selbst­klebenden Folien­system um.

„Nachdem wir den Salvinia-Effekt verstanden hatten, erkannten wir das enorme öko­nomische und ökolo­gische Potenzial einer tech­nischen Umsetzung“, berichtet Thomas Schimmel. „Wir entwickelten eine Methode zur Herstellung einer künst­lichen Oberfläche, die den Effekt im Labor nachahmt. Ein früher Prototyp, den wir vor mehr als fünf Jahren unter Wasser gesetzt haben, ist immer noch mit einer dauer­haften Luft­schicht bedeckt.“ Nun opti­mieren die Forscher die neue Techno­logie und untersuchen die Oberflächen­eigenschaften experi­mentell und numerisch. Anschließend demons­trieren sie die Effizienz und die indus­trielle Machbarkeit im Labor, auf Forschungs­schiffen und auf Container­schiffen. Ein umfassender Validierungs­prozess wird den Nutzen für Wirtschaft und Umwelt nachweisen.

KIT / JOL

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