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02/16/10

AMBIO | Nano-Farben gegen Riesen-Bakteriendreck

Seepocke sucht Haftfläche: Ob Messgerät, Wasserfilter oder der Schiffsrumpf des Science-Guide-Forschungsschiffs – was zu lange unter Wasser bleibt, wird von verschiedenen Meereslebewesen überwuchert. Das europäische AMBIO-Projekt erforscht Anstriche mit Nanopartikeln, die den unerwünschten Siedlern das Anheften erschweren sollen.

Von Nora Schlüter

Hintergrund | Eine teure Anhänglichkeit
Auf diesem U-Boot-Rumpf hat sich das Seegras Ulva ausgebreitet. © Mit freundlicher Genehmigung von John Lewis, DSTO, Australien, und James Callow, University of Birmingham, UK

Das Meer ist voller Organismen, die auf der Suche nach einem neuen Zuhause sind: einer Oberfläche, an die sie sich heften und auf der sie sich in Ruhe vermehren können. Fündig werden die Algen und Bakterien, Seepocken und Röhrenwürmer oft an menschengemachten Oberflächen. Unter anderem fallen Schiffsrümpfe, Wasserfilter, Pumpen und Netze in Fischzuchtanlagen und Entsalzungsanlagen dem unerwünschten Unterwasserbewuchs zum Opfer. Dieser Bewuchs wird als  Biofouling bezeichnet. Die Schicht äußerst hartnäckiger Organismen verstopft Filter und blockiert die Mechanik; an Schiffsrümpfen stellt der Biofouling-Bewuchs nicht nur eine zusätzliche Last dar, sondern erhöht auch den Wasserwiderstand. Wären die Rümpfe aller Handelsschiffe komplett überwuchert, so Schätzungen aus dem Jahre 2000, würden 120 Millionen Tonnen Treibstoff zusätzlich verbraucht – 40 Prozent mehr als bei einer sauberen Flotte.

Das geht nicht nur ins Geld, sondern erhöht auch den Ausstoß von Kohlendioxid. Bisher hielt man die aufdringlichen Siedlern daher mit giftigen Farblackierungen in Schach, die auf Kupfer oder Zinn basieren. Allerdings sind Zinnverbindungen aus Umweltschutzgründen seit 2008 EU-weit verboten: Kein Schiff, dessen Lackierung die giftige Verbindung Tributylzinn (TBT) enthält, darf europäische Gewässer befahren. Auch weitere Anstriche werden auf ihre Umweltverträglichkeit getestet. Seitdem suchen die Mitglieder des AMBIO-Projekts nach neuen, umweltfreundlicheren Farben.

Ziele | Mit Nanotechnologie gegen blinde Passagiere
Nanopartikel organisieren sich auf einer Oberfläche selbstständig. © Emo Chiellini, mit freundlicher Genehmigung von Giancarlo Galli, University of Pisa

Der Name des Projekts "Advanced nano-structured surfaces for the control of biofouling" (AMBIO), sagt bereits, wie dem Unterwasserbefall Einhalt geboten werden soll: mit Hilfe der Nanotechnologie. Der Grund: Auch die Wechselwirkungen zwischen einer Oberfläche und einem andockenden Organismus finden auf Molekülebene, also in kleinsten Größenordnungen, statt. Die Siedler produzieren bestimmte Klebstoffe, die sich an die oberste Teilchenschicht derjenigen Fläche binden, auf der der Organismus sich niederlassen will.

Die marinen Lebewesen sind allerdings sehr wählerisch, was ihr neues Zuhause angeht: Manche Oberflächenstrukturen wirken auf sie anziehend, andere abstoßend. Mit der Nanotechnologie, die sich in Größenordnungen von einem bis 100 Nanometern abspielt (zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist bereits 50.000 Nanometer dick.), sollen Farbanstriche entwickelt werden, deren molekulare Bestandteile sich selbst zu mikroskopisch kleinen Strukturen organisieren. So kann man Oberflächeneigenschaften wie Leitfähigkeit, Reaktivität, Porosität und letztlich auch die Verträglichkeit für Organismen kontrollieren. Ziel ist die Entwicklung eines Farbüberzugs, an den die lästigen Siedler gar nicht mehr andocken möchten.

Vorgehensweise | Bewährungsprobe im Meer
Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes) lassen Organismen schlechter haften. © Wikimedia Commons

Das AMBIO-Projekt, an dem 31 Organisationen aus ganz Europa beteiligt sind, soll während der fünfjährigen Laufzeit von 2005 bis 2010 drei verschiedene Phasen durchlaufen. In der ersten Phase wird nach Nanomaterialien gesucht, die die gewünschten Eigenschaften haben könnten. Dazu studieren die Wissenschaftler auch jene Mechanismen genauer, mit deren Hilfe Organismen sich an Oberflächen heften. In der zweiten Phase testen die Forscher die aussichtsreichsten Stoffe im Labor darauf, wie effektiv diese dem Biofouling entgegenwirken. In der letzten Phase wollen die Forscher die Sieger aus der zweiten Phase zu Anstrichen weiterentwickeln und diese einem Härtetest im Meer unterziehen.


Interview | Drei Fragen an James Callow

© James Callow

Projektkoordinator und Professor an der School of Biosciences, University of Birmingham, UK

science-guide.eu: Was macht das AMBIO-Projekt einzigartig?

James Callow: AMBIO ist weltweit das einzige groß angelegte Projekt zur Bekämpfung von marinem Biofouling, das einen interdisziplinären Ansatz zur Entdeckung von neuen Farbanstrichen auf Basis von Nanotechnologie verfolgt.

science-guide.eu: Was war bis Ende 2008 die spannendste und überraschendste Entdeckung des Projekts?

Callow: Am überraschendsten war die Entdeckung, dass die Einarbeitung kleiner Mengen von Kohlenstoff-Nanoröhren in Farben auf Silikonbasis die Eigenschaften der Oberfläche so verändert, dass jene Organismen, die für den Befall verantwortlich sind, weniger gut haften.

science-guide.eu: Was erhoffen Sie sich für die Zukunft des Projekts?

Callow: Natürlich hoffen wir, dass die neuen Konzepte aus dem Projekt von unseren Industriepartnern auch industriell genutzt werden. Außerdem ist vorgesehen, dass einige der AMBIO-Partner auch nach Ende des Projekts weiter zusammenarbeiten, zum Beispiel in Ausbildungsnetzwerken wie dem  Marie-Curie-Programm.


Dieser Beitrag entstand im Zuge des EuroScience Open Forum (ESOF) 2008.


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© Mit freundlicher Genehmigung von John Lewis, DSTO, Australien, und James Callow, University of Birmingham, UK


Facts

Koordinator:
James Callow, University of Birmingham, UK

Beteiligte Länder:
Großbritannien, Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Israel, Italien, Niederlande, Polen, Spanien, Schweden, Ungarn, Slowenien, Türkei

Finanzierung:
11.901.786 €, 6. Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Union

Laufzeit:
2005 bis 2010

Website:
 www.ambio.bham.ac.uk

Kontakt:
j.a.callow@bham.ac.uk



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