Trockener Schiffsrumpf bei voller Fahrt

Schiffe könnten künftig trocken auf einer Luftschicht durchs Wasser gleiten – und so die Umwelt schonen. Möglich macht das eine Spezialbeschichtung, die Wissenschaftler in einem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt entwickelt haben.

Die neue Spezialbeschichtung am Schiffsrumpf verringert die Oberflächenreibung – und damit auch die Umweltbelastung. © Adobe Stock / EvrenKalinbacak

Die Natur bringt immer wieder Phänomene hervor die faszinierend sind: So gibt es einige Tiere und Pflanzen, die selbst unter Wasser trocken bleiben. Sobald man sie untertaucht, schließen sie sich in eine Luftschicht an ihrer Oberfläche ein und lassen diese nicht mehr entweichen. Besonders der Schwimmfarn Salvinia hat das perfektioniert, weswegen dieser Effekt auch „Salvinia-Effekt“ genannt wird. In der Bionik versucht man solche Phänomene zu verstehen und auf technische Systeme zu übertragen. Im Projekt „ARES“, das vom Bundesforschungsministerium gefördert wird, wollen Forscherinnen und Forscher der Universitäten Bonn und Rostock und vom Karlsruher Institut für Technologie den Effekt auf Schiffsrümpfe übertragen – um die Oberflächenreibung und die Abnutzung des Rumpfs zu verringern.

Der Schwimmfarn Salvinia hat einen Pelz aus schneebesenförmigen Haaren, der paradoxerweise gleichzeitig wasserliebend und wasserabstoßend ist. Während die Einzelhaare Wasser abstoßen, haften die  Haarspitzen wie ein Klebepunkt  am Wasser. So stabilisiert die Pflanze dauerhaft die eingeschlossene Luftschicht. Technische Prototypen liegen seit mehreren Jahren vollkommen trocken unter Wasser.

Das dadurch entstandene Luftkissen ist eine ideale „Gleitschicht“ zwischen einem festen Gegenstand und Wasser, wie das Rostocker und Karlsruher  Forscherteam herausfand. Die Wissenschaftler nutzen den Effekt, um „rutschige“, künstliche Oberflächen nach diesem Vorbild zu entwickeln, die in der Schifffahrt angewendet werden sollen. So können beispielsweise Schiffsrümpfe durch eine Salvinia-Spezialbeschichtung mit einer Lufthülle überzogen werden, die das Wasser dauerhaft fernhält und die Oberflächenreibung vermindert.

Damit ließe sich viel Energie einsparen, glauben die Forscher. Denn angesichts der steigenden Energiepreise ist das Ergebnis besonders für Reedereien verlockend – aber auch mit Blick auf die Belastung der Umwelt durch Schiffsabgase von höchster ökologischer Relevanz. Zudem kann durch die neue Beschichtung die Verwendung von giftiger Antifoulingfarbe wesentlich reduziert werden.

Drei Jahre haben die Forscher an der Optimierung der Struktur gebastelt und nachgewiesen, dass die künstlichen Gleitschichten auch unter realen Bedingungen funktionieren. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: „Es ist erstaunlich, was die Evolution von über zehn Millionen verschiedenen Arten von Lebewesen an technischen Meisterleistungen geschaffen hat. Wir können dies nutzen: biomimetische Schiffsrumpf-Oberflächen können die Reibung um bis zu 20 Prozent reduzieren“, sagen die Projektleiter.

ARES

Das Ergebnis des Projektes ARES, das vom Bundesforschungsministerium mit der Fördermaßnahme VIP+ unterstützt wird, wird derzeit an einer Modell-Schiffswand getestet: Auf der Basis biologischer Vorbilder entwickelte mikrostrukturierte Oberflächen konnten im Schleppversuch in Rostock die Luftschicht auch bei praxisrelevanten Geschwindigkeiten halten. Druckmessungen haben zudem ergeben, dass auch die erhoffte Reibungsreduktion eintritt.