Die Bildung von Schleim auf Schiffsrümpfen, sogenanntes „Biofouling“, ist ein kostspieliges Problem.
Selbst ein dünner Film kann den Kraftstoffverbrauch eines Schiffes und damit auch Kosten und Emissionen deutlich erhöhen. Forscher des KTH Royal Institute of Technology haben einen Ansatz gefunden, um dem entgegenzuwirken. [ds_preview]
Die Forscher haben ein Modell zur Abschätzung der Geschwindigkeit und des Ausmaßes entwickelt, mit dem sich Organismen auf der Oberfläche eines Schiffsrumpfs ansiedeln. Mit diesen Informationen soll es den Betreibern möglich sein, die Reinigung in optimalen Abständen zu planen, um Kraftstoff zu sparen.
Cornelius Wittig, Doktorand im Fachbereich „Fluid Mechanics“ am KTH, sagt, die Studie biete erstmals eine Erklärung dafür, wie Scherspannungen im Laufe der Zeit mit Biofilmen interagieren, um die Schleimbildung auf Oberflächen wie dem Schiffsrumpf zu fördern.
Wie beginnt Biofouling?
Der Bewuchs beginnt mit Mikrokolonien von Bakterien, die sich auf einer Oberfläche festsetzen. Diese Bakterien bilden Grundstrukturen, aus denen sich fadenförmige Fortsätze bilden, sogenannte „Streamer“. Die Grundstrukturen und die Fäden bilden zusammen Hindernisse auf der Oberfläche, die zu Reibung zwischen dem Schiffsrumpf und dem Wasser führen. Das Wachstum dieser Fäden und die Bildung von Unebenheiten erfolgt unterschiedlich schnell – je nachdem, wie stark die Oberfläche durch die Strömung belastet wird.
Biofouling erhöhe die Reibung zwischen Schiff und Wasser beträchtlich, so Wittig. Um dies auszugleichen, müsse die Propellerleistung um bis zu 18 % erhöht werden – mit teuren Folgen. „Ein Schiff, das mit einem dünnen Biofilm bedeckt ist, kann bis zu 80 % mehr Kraftstoff verbrauchen.“
In vielen Fällen werde ein Schiff erst dann zur Reinigung angemeldet, wenn der Betreiber einen Anstieg des Verbrauchs feststellt. „Dann ist es zu spät, und eine Menge Kraftstoff ist verschwendet worden“, sagte Wittig.
Das richtige Timing entscheidet
Um die Vorteile der Bewuchsentfernung für ein Schiff zu nutzen, sei das richtige Timing entscheidend. „Die potenziellen Kraftstoffeinsparungen durch die Reinigung müssen groß genug sein, um die Kosten für das Trockendock und die Reinigungsverfahren auszugleichen“, sagt er. „Genaue Vorhersagen würden den Schiffsbetreibern eine effiziente Planung der Reinigung ermöglichen.“
Bevor das Modell in der Schifffahrt eingesetzt werden kann, sind jedoch weitere Forschungen unter realistischeren Bedingungen erforderlich. Es habe sich aber bereits gezeigt, dass die Scherbelastung durch die Kenntnis der Schiffsgeschwindigkeit grob geschätzt werden kann.
„Aus der Sicht eines Schiffsbetreibers ist es interessant zu wissen, ob das Schiff im nächsten Monat oder im nächsten Jahr gereinigt werden sollte, sodass eine Schätzung ausreicht, um die Genauigkeit der Entscheidungsfindung zu erhöhen.“
Neben der Schifffahrt könne diese Forschung in einer Vielzahl von Bereichen angewendet werden kann, in denen Biofilm ein Problem darstellt. Die Forscher sehen mögliche Anwendungen zum Beispiel in der Medizin.
„Die Streamer können oszillieren und den Luftwiderstand eines Schiffes oder eines Rohres erhöhen“, sagt er. „In kleineren Geometrien, etwa in medizinischen Geräten wie Stents oder Kathetern, können die Streamer zu einer schnellen Verstopfung führen.“
