Antibewuchsschichten

Entwicklung und Erprobung neuartiger Antibewuchsschichten für optische Unterwasser-Überwachungssysteme (U_Sens)

Fachhochschule Kiel - Fachbereich Maschinenwesen, Institut für Werkstoff- und Oberflächentechnologie
Prof. Dr. Mohammed Es-Souni

Die Offshore-Windenergie entwickelt sich zu einer der wichtigsten Quellen der erneuerbaren Energie. Sie wird in erheblichem Maße dazu beitragen, die 2020 Ziele der Bundesregierung zu erreichen. Damit dies auch gelingt, müssen die Offshore Strukturen überwacht werden, da sie ständig widrigen Bedingungen ausgesetzt sind. Während die Auslegung der mechanischen Strukturen meist mit ausreichender Sicherheit belegt ist, z.B. zum Auffangen von Spannungsspitzen bei Stürmen, etc., sind mikromechanische und elektrochemische Prozesse nicht miteingerechnet. Gerade aber wegen der spezifischen hochkorrosiven Meerwasserumgebung sind diese Prozesse von höchster Bedeutung, da sie eine Struktur soweit abschwächen können, dass die Folgen katastrophal sein könnten.

Kolkbildung ist eine weitere Problematik, welche die Fundamente der Struktur abschwächen kann. Zurzeit müssen die Strukturen zeit- und kostenintensiv durch Taucher inspiziert werden. Optische Überwachungsgeräte mit Verbindung zu einem Onshore-Überwachungszentrum könnten hier Abhilfe schaffen und erhebliche Kosteneinsparungen bewirken. Leider werden diese Geräte in kürzester Zeit mit kleinen Meerorganismen bewachsen und funktionsuntüchtig gemacht.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Teilvorhaben 0325915E mit Mitteln aus dem Bundeshaushalt in Höhe von 341.544,00 EUR. Die Zuwendung gilt für den Zeitraum vom 01.12.2015 bis 31.01.2019.

Es ist Aufgabe dieses Teilvorhabens transparente, freisetzungsfreie Anti-Biofouling-Schichten zu entwickeln und ihre Funktionsfähigkeit auf der FINO3-Plattform zu testen. Die Wirkung der Schichten beruht auf der Verhinderung der Bildung von Biofilmen, welche bekanntlich die Grundlage für die Besiedelung durch Meereskleinorganismen bilden, durch angekoppelte funktionale Polymere und biomimetische Moleküle. Zu diesem Zweck werden transparente Substrate sowie Glas- und Polymersubstrate mit einer Primer-Schicht aus Metalloxyden bzw. Silikatschichtmaterialien (Tonerde-ähnliche Materialien) versehen. Nach einer Oberflächenbehandlung dieser Schicht wird ein Klebemolekül (Brückenmolekül mit einer funktionalen Gruppe zum Andocken auf der Primer-Schicht und einer zweiten Gruppe zum Anbinden des Anti-Biofouling Moleküls) angekoppelt. Danach erfolgt die Behandlung mit dem Antibiofouling-Polymer bzw. biomimetischen Molekülen. Diese Vorgehensweise erlaubt die Herstellung von umweltverträglichen, freisetzungsfreien Anti-Biofouling-Schichten, da die Verhinderung der Biofilmbildung lediglich durch die Funktionalität der kovalent angekoppelten Moleküle bewerkstelligt wird. Der Erfolg dieses Projektes hat weitreichende Anwendungs- und Verwertungspotentiale in allen Bereichen, wo Biofouling ein ernsthaftes Problem darstellt. Über die maritime Wirtschaft hinaus sind Aquakultur und Trinkwasseraufbereitung nur wenige zu nennende Branchen, wo die Schichten ein hohes Anwendungspotential haben könnte.

Nanocomposite Films of Laponite/PEG-Grafted Polymers and Polymer Brushes with Nonfouling Properties
Ekram Wassel, Martha Es-Souni, Nele Berger, Dimitri Schopf, Matthias Dietze, Claus-Henning Solterbeck, and Mohammed Es-Souni
Langmuir, 2017, 33 (27), pp 6739–6750; DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b00534; Publication Date (Web): June 12, 2017; Copyright © 2017 American Chemical Society
Artikel lesen

Poster auf der Nacht der Wissenschaft am 30. September 2016 in Kiel. | Link zum PDF