Posted in: Natur- und Umweltschutz, Verkehr 2. Juli 2012 14:26 Weiter lesen →

Nanopartikel sollen Schiffslacke umweltverträglicher machen

Spezielle Nanopartikel in Schutzlacken könnten Schiffsrümpfe vor Bewuchs schützen und gleichzeitig die Umwelt weniger belasten als herkömmliche Anstriche. Mainzer Forscher setzen dafür auf Vanadiumpentoxid, das sich gut in Lacke einbinden lässt und im Meerwasser nur gering löslich sein soll.

Unerwünschte Mitreisende an einem Schiffsrumpf. Foto: Svetlana Yudina /Fotolia Muscheln und Algen an einem Schiffsrumpf

Schiffsrümpfe, Seetonnen oder Offshore-Plattformen müssen vor dem Bewuchs von Seepocken, Muscheln und Algen geschützt werden. Die Anlagerung der Organismen – das sogenannte Fouling – erhöht den Wasserwiderstand und damit den Treibstoffverbrauch. Innerhalb weniger Monate kann ein Bootskörper unter Wasser vollständig mit Organismen bewachsen werden und bis zu 28 Prozent Zusatzverbrauch an Kraftstoff verursachen. Mit Antifouling-Farben kann das Problem zwar eingedämmt werden, allerdings haben die dabei eingesetzten Biozide den Nachteil, dass sie wenig wirksam sind, unerwünschte Umweltbelastungen zeigen oder Mikroorganismen Resistenzen dagegen entwickeln.

Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) haben jetzt mit Stahlplatten experimentiert, in deren Lackbeschichtung Vanadiumpentoxid-Partikel eingearbeitet wurden. Die entsprechenden Platten wurden wochenlang dem Meerwasser ausgesetzt, ohne dass sich Ablagerungen von Seepocken, Bakterien oder Algen bildeten.

Die Forschergruppe um Wolfgang Tremel vom Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie der JGU ließ sich bei ihrem Ansatz von einem Verteidigungsmechanismus der Natur leiten: Bestimmte Enzyme, die in Braun- und Rotalgen vorkommen, erzeugen Halogenverbindungen mit biozider Wirkung. Vermutlich schützen sich die Algen damit vor mikrobiellem Befall oder Fraßfeinden. Diesen Vorgang ahmten die Mainzer Chemiker nun mit Nanopartikeln aus Vanadiumpentoxid (V2O5) nach.

Der Stoff fungiert als Katalysator und bildet aus Wasserstoffperoxid und Bromid kleine Mengen hypobromiger Säure, die für viele Mikroorganismen hoch toxisch ist und einen starken antibakteriellen Effekt zeigt. Die nötigen Reaktionspartner liegen im Meerwasser vor: Wasserstoffperoxid bildet sich in geringen Mengen unter Einwirkung von Sonnenlicht, Bromid-Ionen sind ebenfalls im Meerwasser enthalten.

Der Prozess lasse sich sowohl unter Laborbedingungen als auch in natürlichem Meerwasser nachweisen, schreiben die Forscher im Magazin „Nature Nanotechnology“. Besonders effektiv sei das Metalloxid, wenn es in Form von Nanopartikeln vorliege, weil dann wegen der größeren Oberfläche eine verstärkte katalytische Wirkung auftrete.

„Vanadiumpentoxid-Nanopartikel sind wegen ihrer geringen Löslichkeit und der Einbettung in die Lacke wesentlich weniger toxisch für das marine Leben als die kommerziell verfügbaren aktiven Substanzen auf Basis von Zinn- oder Kupferverbindungen“, sagt Tremel. Nach seiner Auffassung könnten Schiffsanstriche auf Basis von Vanadiumpentoxid eine praktische und kostengünstige Alternative für die konventionellen chemischen Biozide darstellen. „Wir haben hier eine umweltverträgliche Komponente für eine neue Generation von Antifouling-Farben.“

Als Schutzanstriche kommen bisher Biozide wie Diuron, Irgarol sowie Kupfer- und Zinkverbindungen zum Einsatz. Allein in der Europäischen Union werden jährlich rund 668 Tonnen dieser Biozidwirkstoffe produziert, die die Meere belasten und Wasserlebewesen schädigen.

Forschung: Filipe Natalio, Rute André, Aloysius F. Hartog, Brigitte Stoll, Klaus Peter Jochum, Ron Wever, Wolfgang Tremel; Online-Veröffentlichung in „Nature Nanotechnology“, 1.7.2012, doi:10.1038/nnano.2012.91

WWW:
Abstract in „Nature Nanotechnology“
Arbeitsgruppe Tremel, Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie der JGU

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