Ein neuartiges marines Antifouling-Coating, das von einem Forschungsteam der South China University of Technology entwickelt wurde, hat groß angelegte kommerzielle Anwendung in mehreren Bereichen gefunden, darunter Schiffbau und -wartung, Wellenkraftwerke, Unterwasser-Rechenzentren und marine Aquakulturanlagen.

Zhang Guangzhao, Professor an der Fakultät für Materialwissenschaften und Werkstofftechnik der Universität und Leiter des Forschungsteams für Meereswissenschaften und -technik, erklärte, dass das Coating eine immer wichtigere Rolle bei der Förderung einer hochwertigen Entwicklung der Meereswirtschaft spiele.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Antifouling-Produkten, die auf toxische biozide Substanzen zur Abwehr mariner Organismen angewiesen sind, verhindert das neue Coating das Anhaften und Besiedeln durch Biofouling durch eine dynamische Erneuerung der Beschichtungsoberfläche. Es besteht hauptsächlich aus kontrollierbar abbaubaren Polymermaterialien, darunter Polyester-Polyurethan und Polyester-Polyacrylat.

In marinen Umgebungen hydrolysiert Meerwasser allmählich die Estergruppen im Polymer und löst einen stetigen, kontrollierbaren, schichtweisen Abbau aus. Dadurch entsteht eine kontinuierlich selbsterneuernde Oberfläche, die verhindert, dass sich Fouling-Organismen — wie Algen und Seepocken — dauerhaft anheften, und so eine langanhaltende und hocheffiziente Antifouling-Wirkung erzielt.

„Das Coating verwendet vollständig kontrollierbar abbaubare Polymerstrukturen, die in Meerwasser in harmlose kleine Moleküle zerfallen und Mikroplastik-Anreicherungen vollständig vermeiden“, erläuterte Zhang.

Zur weiteren Optimierung der Antifouling-Wirkung integrierte Zhangs Team auf Naturprodukten basierende Antifouling-Wirkstoffe in das Polymersystem und folgte damit einer ökoinnovativen Entwicklungsphilosophie, die als „aus dem Meer gewonnen, für das Meer eingesetzt“ beschrieben wird.

„Im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungen verzichtet diese neue Formulierung auf den Einsatz von Schwermetall-Bioziden, verfügt über ein umweltverträgliches System und hat keine nachteiligen Auswirkungen auf marine Ökosysteme“, fügte Zhang hinzu.

Beobachtungen zeigten, dass jedes Mal, wenn Fouling-Organismen versuchten, sich festzuheften, das sich ständig erneuernde Substrat subtil in Echtzeit verändert wurde, was eine stabile biologische Anhaftung unmöglich machte. Durch die präzise Einstellung der Oberflächenerneuerungsrate der abbaubaren Polymere erzielte das Team langfristige, ökologisch unbedenkliche Antifouling-Effekte, die für breite maritime Ingenieuranwendungen geeignet sind.

Herkömmliche Harze, die in Antifouling-Beschichtungen für marine Ausrüstungen verwendet werden, sind nicht abbaubar und bergen potenzielle Risiken der Mikroplastikverschmutzung. Solche Beschichtungen setzen zudem hohe Mengen an Schwermetall-Antifouling-Bioziden frei und stören marine Ökosysteme erheblich. Die Umweltbelastung durch herkömmliche biozide Beschichtungen hat weltweit zunehmend regulatorische Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Das Übereinkommen der International Maritime Organization über Antifouling-Systeme, das 2008 in Kraft trat, verboten organische Zinnverbindungen wie Tributylzinn in Schiffsbeschichtungen, und Aufsichtsbehörden in mehreren Rechtsgebieten prüfen weiterhin Einschränkungen für kupferbasierte Biozide, den häufigsten verbleibenden Wirkstoff in gängigen Antifouling-Farben.

Marines Biofouling bleibt nach Zhang ein globales Nadelöhr, das die wirtschaftliche Entwicklung und das ökologische Management der Meere einschränkt. Seepocken, Algen und Austern haften leicht an unter Wasser befindlichen Strukturen wie Schiffsrümpfen, Propellern und Käfigen von Aquakulturanlagen. Mit zunehmender Ansammlung von Biofouling kann das zusätzliche Gewicht in Extremfällen mehrere Dutzend Kilogramm pro Quadratmeter erreichen. Oft als „marine Schuppenflechte“ bezeichnet, erhöht Biofouling den Widerstand von Schiffen und den Kraftstoffverbrauch erheblich, treibt die Betriebskosten in der gesamten Schifffahrtsindustrie in die Höhe und beschleunigt gleichzeitig die Korrosion von Ausrüstungen sowie die Verkürzung von Nutzungsdauern. Die durch selbst leichten Bewuchs verursachte erhöhte Rumpfrauheit führt auch direkt zu höheren Treibhausgasemissionen von Schiffen, wodurch Antifouling-Technologie mit den breiteren Dekarbonisierungsbemühungen der Schifffahrtsindustrie im Rahmen der IMO-Ziele zur Reduzierung der jährlichen Treibhausgasemissionen des internationalen Schiffsverkehrs verknüpft wird.

Über Jahrzehnte hinweg fehlte es China an eigenständigen geistigen Eigentumsrechten und Kernfertigungstechnologien für hochwertige Polymerharze. Infolgedessen wurde der heimische Markt für marine Antifouling-Beschichtungen lange Zeit von ausländischen Lieferanten dominiert, wobei 95 Prozent des Marktes von Importen abhingen — eine technologische Lücke, die die Modernisierung und Entwicklung der chinesischen Maritimausrüstungsindustrie einschränkte. Die Kommerzialisierung dieser im Inland entwickelten Beschichtung steht im Einklang mit Chinas breiter politischen Bestrebung, eine Unabhängigkeit bei fortschrittlichen Materialien zu erreichen und die Abhängigkeit von importierten Kerntechnologien in strategischen Industriesektoren zu verringern.

Offiziellen Daten zufolge verursacht marines Biofouling weltweit jährlich wirtschaftliche Verluste von fast 50 Milliarden US-Dollar, wobei China etwa 15 Milliarden US-Dollar der gesamten Verluste trägt, so Zhang.

Zhangs Forschungsteam hat sich mit mehreren inländischen Unternehmen zusammengetan, um die Produktion des neuen Coatings zur Deckung der steigenden Marktnachfrage hochzuskalieren. Die aktuelle jährliche Produktionskapazität beträgt 5.000 bis 6.000 Tonnen, und das Coating wird weitreichend in der Hochseeschifffahrt, in marinen Energieanlagen, in der offshore Kommunikationsinfrastruktur und in marine Aquakulturanlagen eingesetzt.

Zu den wichtigsten inländischen Endnutzern gehören COSCO Shipping, China State Shipbuilding Corporation, China National Offshore Oil Corporation und LESSO, ein globaler Hersteller von Rohr- und Baumaterialien.

Quelle: China Daily über Hellenic Shipping News