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Nanopartikel Lacke mit bakteriziden Vanadiumpentoxid-Nanopartikeln gegen marines Fouling

| Autor / Redakteur: Wolfgang Tremel* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Der Bewuchs von Seepocken, Bakterien und Algen auf Schiffsrümpfen oder Offshore-Plattformen lässt sich mit Nanopartikeln aus Vanadiumpentoxid unterbinden. Dies könnte zu neuen Schutzanstrichen führen, die weit weniger umweltbelastend sind als die bisher verwendeten Schiffslacke.

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Abb.1: a Fouling an einem Bootsrumpf; b Knotentang Ascophyllum nodosum; c Wirkmechanismus bio-inspirierter Unterwasserfarben: Wie das natürliche Enzym Vanadium-Bromoperoxidase fungieren Vanadiumoxid-Nanopartikel als Katalysator bei der Bildung von hypobromiger Säure aus Bromid-Ionen (in Meerwasser enthalten) und Wasserstoffperoxid, das sich unter der Einwirkung von Sonnenlicht bildet.
Abb.1: a Fouling an einem Bootsrumpf; b Knotentang Ascophyllum nodosum; c Wirkmechanismus bio-inspirierter Unterwasserfarben: Wie das natürliche Enzym Vanadium-Bromoperoxidase fungieren Vanadiumoxid-Nanopartikel als Katalysator bei der Bildung von hypobromiger Säure aus Bromid-Ionen (in Meerwasser enthalten) und Wasserstoffperoxid, das sich unter der Einwirkung von Sonnenlicht bildet.
(Bild: AG Tremel, JGU)

Schiffsrümpfe sind einem Bewuchs mit Algen, Pilzen, Schnecken, Muscheln, Seepocken und anderen Kleinstlebewesen (dem sog. Fouling) ausgesetzt, der den Fahrtwiderstand erhöht und damit geschwindigkeitshemmend wirkt bzw. einen höheren Energieaufwand erfordert. Das verursacht mehr Kosten für die Reedereien und schädigt die Umwelt durch zusätzlichen CO2-Ausstoß.

Innerhalb weniger Monate kann ein Bootskörper unter Wasser vollständig mit Organismen bewachsen werden. Nach Angaben von Lloyds bedeutet das bis zu 28% Zusatzverbrauch an Kraftstoff, verbunden mit zusätzlichen CO2-Emissionen von weltweit ca. 250 Millionen Tonnen jährlich. Marines Fouling verursacht allein in der Schifffahrt jährliche Verluste von über 200 Milliarden Dollar.

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Antifouling-Farben mit und ohne Biozide

Mit Antifouling-Farben kann das Problem zwar eingedämmt werden, allerdings haben herkömmliche Biozide den Nachteil, dass sie wenig wirksam sind. Daher müssen sie in großen Mengen eingesetzt werden. Unterwasserbeschichtungen bestehen überwiegend aus einer wasserundurchlässigen Beschichtung (Korrosionsschutz, Schutz vor mechanischen Beschädigungen) und einer Bewuchs-hemmenden Beschichtung als Endanstrich, aus dem kontinuierlich Biozide ausgewaschen werden.

Bis vor einigen Jahren wurden Breitbandtoxine (z.B. Tributylzinn, TBT) als Schiffsanstriche eingesetzt, um den Bewuchs zu verhindern. Ihre Verwendung ist jedoch seit 2008 untersagt. Die derzeit kommerziell gehandelten biozidhaltigen Antifoulingsysteme für den Hochseebereich enthalten durchgehend Zink und/oder Kupfer (z.B. anorganische Kupferverbindungen oder Kupferacrylate und Zink-Pyrithion).

Bewuchs-hemmende biozidhaltige Antifoulingsysteme stehen seit einigen Jahren im Zentrum gesetzlicher Regulierungen und einer intensiven Abschätzung ihres human- und ökotoxischen Potenzials.

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