Als Fouling bezeichnet man allgemein die Anlagerung von Feststoffen an Oberflächen. Im Schiffbau versteht man darunter die Besiedelung von Schiffsrümpfen, Bojen oder anderen ins Wasser eintauchende Objekte durch Organismen. Zu den sich ansiedelnden Lebewesen zählen beispielsweise Seepocken, Muscheln, Algen und Krebse. Auch in der chemischen Industrie kennt man das Fouling. Hierbei handelt es sich um die Verunreinigung von Rohrzuleitungen bei Wärmetauschern und in Kühlsystemen, die aus Seen und Flüssen gespeist werden. Weiterhin findet man Bio-Fouling in den Rohrleitungssystemen der Papier verarbeitenden Industrie sowie in Molkereien und Brauereien.

Antifouling

Im Schiffbau verwendete man lange Zeit als Antifouling-Beschichtung Farben und Lacke, die zumeist das toxische Tributylzinn, kurz TBT, enthielten. Seit dem Jahr 2008 gilt allerdings ein umfassendes Verbot für solche Anstriche. Als Ersatzstoff wurden übergangsweise ebenfalls giftige Kupfer- und Kupferverbindungen eingesetzt. Diese sind inzwischen jedoch auch schon in einigen Binnengewässern verboten worden. Somit besteht ein gigantischer Markt für umweltschonende Antifouling-Beschichtungen. Und die Lösung kommt aus der Natur selbst.

Haihaut-Effekt: Mikrostrukturierung

Die Rillenstruktur der Haihaut ist bereits seit Ende der 70er Jahre bekannt. Haie besitzen auf ihrer Hautoberfläche keine Schuppen, sondern kleine Zähne, die so genannten Dentikel. Sie sind so ausgerichtet, dass sich die Haut glatt anfühlt, wenn man dem Hai vom Kopf zum Schwanz über den Rücken streicht; anders herum ist sie rau. Beim Schwimmen werden durch die feinen Oberflächenstrukturen der Haut viele kleine Wasserwirbel erzeugt. Sie verringern die seitlich gerichteten Kräfte der turbulenten Strömung und setzen die Bremswirkung herab. Dieser Effekt funktioniert jedoch nur beim schnellen Schwimmen; beim langsamen Schwimmen sind glatte Oberflächen günstiger.

Da die Oberflächenstruktur der Haihaut einen positiven Effekt auf die Strömungsgeschwindigkeit und damit auf den Treibstoffverbrauch hat, unternahm man Versuche, bei denen Ribletfolie – eine Rillenfolie, die der Haihaut nachempfunden ist – auf Flugzeuge aufgeklebt wurde. Es stellte sich jedoch heraus, dass das Aufbringen der Folie auf den Flugzeugrumpf sehr zeitaufwändig war, da dies von Hand geschehen musste. Außerdem musste man die Folie bei jeder Inspektion wieder entfernen und anschließend neu aufkleben, was enorme Standkosten verursachte. Unter dem Strich machten die Inspektionskosten die Treibstoffeinsparungen wieder wett.

Die Mikrostruktur der Haihaut hat aber noch einen weiteren Effekt: Sie schützt den Haikörper vor dem Bewuchs mit Organismen. Die Rillenstruktur der Oberfläche wird durch die sich in Strömungsrichtung ausrichtenden Dentikel erzeugt. Es ist also keine statische, sondern eine dynamische Struktur. Dies erschwert das Anhaften von Kleinlebewesen. Gelingt es doch einigen Seepockenlarven, sich anzuheften, so verlieren sie spätesten dann den Halt, wenn sie wachsen und größer als ein einzelner Dentikel werden.

Aus diesen Erkenntnissen heraus entwickelten Forscher Beschichtungen, die über Mikrostrukturen – ähnlich der Haihaut – verfügten. Einige Silikonmaterialien reduzierten in ersten Tests den organischen Bewuchs um etwa 70 Prozent. Weiterhin sind diese mikrostrukturierten Beschichtungen leicht zu handhaben, ungiftig und wirtschaftlich.

Katalytische Enzyme

Einen ganz anderen Ansatz verfolgen Chemiker der Universität Jena. Sie haben beobachtet, dass chemische Reaktionen im Labor meist nur mit hohem Energieaufwand – etwa unter hohem Druck und oder bei hohen Temperaturen – ablaufen. In der Natur finden diese Reaktionen jedoch auch bei niedrigen Temperaturen und unter Normaldruck statt. Hier wirken Enzyme, also Eiweiß-Moleküle mit katalytischen Eigenschaften. Das heißt, das die notwendige Reaktionsenergie herabgesetzt wird. So nutzen zum Beispiel Braunalgen, Pilze oder Flechten Enzyme, um anderes Pflanzenmaterial, wie beispielsweise Baumrinde, aufzubrechen und so an Nährstoffe zu gelangen. Bei den ablaufenden katalytischen Reaktionen entstehen hochreaktive Verbindungen, welche andere Substanzen angreifen können. Könnte man nun solche Katalysatoren in die Oberflächenbeschichtungen von Schiffsrümpfen einbringen, so könnten die entstehenden aggressiven Substanzen den organischen Bewuchs auf chemischem Wege gezielt angreifen. Hierzu liegen aber noch keine konkreten Ergebnisse vor.