Ein Schwimmfarn hilft Schiffen Energie zu sparen und die Umwelt zu entlasten

Im Validierungsprojekt „ARES“ zeigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wie der „Salvinia-Effekt“ die Schifffahrt revolutionieren kann.

Frachtschiff
© EvrenKalinbacak

Ein zentrales gesellschaftliches Thema unserer Zeit ist der stetig steigende Energieverbrauch und die rapide Abnahme fossiler Brennstoffe. Auch die schädlichen Einflüsse durch das Verbrennen fossiler Treibstoffe auf unsere Umwelt ist von hoher Relevanz. Daher ist es dringend notwendig innovative Strategien und Wege zu finden, um den globalen Treibstoffverbrauch zu reduzieren und unsere Umwelt zu entlasten. In Anbetracht der Tatsache, dass etwa 80 Prozent des weltweit gehandelten Gütervolumens von Schiffen transportiert wird, sind solche Entwicklungen vor allem im Schifffahrtsektor essenziell.

Aktuell verbrauchen Schiffe ca. 70 Prozent ihrer Antriebsenergie für die Überwindung der Reibung zwischen Rumpf und Wasser. Dieser Energieverbrauch könnte nun erheblich gesenkt werden: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Bonn, Karlsruhe und Rostock zeigen im Rahmen des Validierungsprojektes „ARES“, dass die Reibung zwischen Rumpf und Wasser drastisch reduziert werden kann, wenn der Schiffsrumpf mit einer permanenten Schicht aus Luft umgeben wird. Hierbei machten sich die Forschenden ein in der Natur vorkommendes Phänomen zunutze – den sogenannten „Salvinia-Effekt“.  Dieser beschreibt die Fähigkeit von einigen Pflanzen und Tieren eine Luftschicht auf ihrer Oberfläche zu bilden, sobald man sie unter Wasser taucht.

Vor allem der Schwimmfarn Salvinia hat dies perfektioniert und kann beim Untertauchen dauerhaft eine Luftschicht halten. Dies gelingt dem Schwimmfarn durch seine besondere Pelzform, die morphologisch an einen kleinen Schneebesen erinnert und durch eine besondere chemische Heterogenität charakterisiert ist. Die Einzelhaare sind  einerseits wasserabstoßend, jedoch besitzt jedes einzelne Härchen noch eine wasseranziehende Spitze, die wie ein Klebepunkt am Wasser haftet und damit die eingeschlossene Luftschicht dauerhaft stabilisiert.

Das dadurch entstandene „Luftpolster“ eignet sich hervorragend als „Gleitschicht“ zwischen Schiff und Wasser und diente den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern als Vorbild für die Entwicklung von „rutschigen“ künstlichen Oberflächen. Im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme „BIONA - Bionische Innovationen für nachhaltige Produkte und Technologien“ wurde dafür zunächst ein erster Prototyp einer Luftschicht haltenden Spezialbeschichtung für Schiffe nach dem Vorbild des „Salvinia-Effektes“ entwickelt.

In dem sich anschließendem Projekt „ARES“ der BMBF-Fördermaßnahme „Validierung des Innovationspotentials wissenschaftlicher Forschung“ wurden die Forschungsergebnisse nun hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit untersucht. Dies geschah indem zum Test ganze Schiffsrümpfe durch diese spezielle Beschichtung mit einer Lufthülle überzogen wurden. Hierbei konnte gezeigt werden, dass durch die Spezialbeschichtungen eine Reibungsreduktion von bis zu 20 Prozent erzielt werden kann, da die Reibung zwischen Schiff und Wasser gegen die Reibung zwischen Schiff und Luft ersetzt wird. Die innovativen Oberflächen könnten damit zukünftig für eine Steigerung der Energieeffizienz sorgen und einen wichtigen Beitrag für unsere Umwelt leisten.

Im Rahmen des mit 5,3 Millionen Euro geförderten EU-Projekts „AIRCOAT“ wird die Innovation zur Zeit optimiert und soll unter anderem auf industrielle Machbarkeit auf Forschungs- und Containerschiffen untersucht werden. Zudem bereiten die Wissenschaftler eine Gründung vor.