Innovation & Forschung
Bionik für reibungsarme Schiffsrümpfe
Ein deutsches Forscherteam von den Universitäten Bonn, Karlsruhe und Rostock hat in einer unscheinbaren Pflanze erstaunliche Eigenschaften entdeckt, die beim Energiesparen helfen könnten. Die Oberflächenhaare des Schwimmfarns Salvinia molesta könnten Schiffen zu einem zehn Prozent geringeren Kraftstoffverbrauch verhelfen. Die weltweite Kraftstoffeinsparung könnte bis zu einem Prozent betragen.
17.05.2010
Foto: Fotolia.com
"Die Pflanze ist in der Lage sich unter Wasser in ein hauchdünnes Kleid aus Luft zu hüllen und dieses monatelang festzuhalten", meint Projektpartner Martin Brede von der Universität Rostock. "Zuerst müssen wir verstehen, wie dieses System, das die Pflanze besitzt, funktioniert." Im Fachmagazin Advanced Materials hat das Forscherteam nun seine bisherigen Erkenntnisse publiziert.
"Wir haben entdeckt, dass der Schwimmfarn extrem wasserscheu ist. Wenn man die Pflanze in Wasser taucht und sie anschließend wieder herausnimmt, perlt die Flüssigkeit sofort ab", so Brede. Bei der genauen Betrachtung konnten die Forscher feststellen, dass die Pflanzenblätter tatsächlich niemals wirklich nass werden, denn unter Wasser hüllt sich der Farn in ein hauchdünnes Kleid aus Luft. Schneebesenähnliche Härchen halten die Flüssigkeit auf Distanz und verhindern den Kontakt."
Das Wissen um die tatsächliche Beschaffenheit dieser Pflanze ist nun Gegenstand zahlreicher Laboruntersuchungen. "Wir analysieren die gesamte Geometrie, errechnen die optimale Faserlänge und eruieren die beste Faserdichte", erklärt Brede. "Die große Herausforderung besteht nämlich darin, diese Eigenschaften so nachzubilden, dass es technisch auch möglich ist, sie als Schiffslack zu applizieren."
Luftschicht als Polster
Projektpartner Wilhelm Barthlott vom Nees Institut für Biodiversität der Pflanzen an der Universität Bonn konnte zeigen, dass die äußersten Spitzen der Schneebesen wasserliebend sind und Flüssigkeiten in regelmäßigen Abständen auf der Pflanze anheften. Das sorgt wiederum dafür, dass die darunterliegende Luftschicht nicht so leicht entweichen kann.
"Ein Lösungsvariante könnten die sogenannten Flock-Fasern sein", meint Brede. " Bei mit Flock beschichteten Materialien finden sich velourähnliche Oberflächen, die ähnliche Eigenschaften aufweisen wie das Salvinia-Blatt." Auch sie halten Luftschichten als Polster. "In zahlreichen Anwendungen an der Luft gibt es diese Flocks bereits", betont Brede. Eine vollständige Anwendung unter Wasser gebe es jedoch nicht.
Bislang geht bei Containerschiffen mehr als die Hälfte der Antriebsenergie durch Reibung des Wassers am Rumpf verloren. Da Schiffe große Mengen an Treibstoffen verbrauchen, wäre der Gesamteffekt enorm. "Ein weiterer Vorteil von Salvinia ist auch, dass das dünne Luftpolster ein Anhaften von Bewuchs verhindern könnte", so Brede. Denn auch der Bewuchs von Schiffsrümpfen trägt viel zum großen Treibstoffverbrauch bei.
"Wir haben entdeckt, dass der Schwimmfarn extrem wasserscheu ist. Wenn man die Pflanze in Wasser taucht und sie anschließend wieder herausnimmt, perlt die Flüssigkeit sofort ab", so Brede. Bei der genauen Betrachtung konnten die Forscher feststellen, dass die Pflanzenblätter tatsächlich niemals wirklich nass werden, denn unter Wasser hüllt sich der Farn in ein hauchdünnes Kleid aus Luft. Schneebesenähnliche Härchen halten die Flüssigkeit auf Distanz und verhindern den Kontakt."
Das Wissen um die tatsächliche Beschaffenheit dieser Pflanze ist nun Gegenstand zahlreicher Laboruntersuchungen. "Wir analysieren die gesamte Geometrie, errechnen die optimale Faserlänge und eruieren die beste Faserdichte", erklärt Brede. "Die große Herausforderung besteht nämlich darin, diese Eigenschaften so nachzubilden, dass es technisch auch möglich ist, sie als Schiffslack zu applizieren."
Luftschicht als Polster
Projektpartner Wilhelm Barthlott vom Nees Institut für Biodiversität der Pflanzen an der Universität Bonn konnte zeigen, dass die äußersten Spitzen der Schneebesen wasserliebend sind und Flüssigkeiten in regelmäßigen Abständen auf der Pflanze anheften. Das sorgt wiederum dafür, dass die darunterliegende Luftschicht nicht so leicht entweichen kann.
"Ein Lösungsvariante könnten die sogenannten Flock-Fasern sein", meint Brede. " Bei mit Flock beschichteten Materialien finden sich velourähnliche Oberflächen, die ähnliche Eigenschaften aufweisen wie das Salvinia-Blatt." Auch sie halten Luftschichten als Polster. "In zahlreichen Anwendungen an der Luft gibt es diese Flocks bereits", betont Brede. Eine vollständige Anwendung unter Wasser gebe es jedoch nicht.
Bislang geht bei Containerschiffen mehr als die Hälfte der Antriebsenergie durch Reibung des Wassers am Rumpf verloren. Da Schiffe große Mengen an Treibstoffen verbrauchen, wäre der Gesamteffekt enorm. "Ein weiterer Vorteil von Salvinia ist auch, dass das dünne Luftpolster ein Anhaften von Bewuchs verhindern könnte", so Brede. Denn auch der Bewuchs von Schiffsrümpfen trägt viel zum großen Treibstoffverbrauch bei.
Quelle: UD / pte
