Beschichtung gegen Kalk: Rationelle Mikrotexturierung weicher Materialien zur Erzielung von Skalenphobie
Kalkablagerungen stellen in thermischen Kraftwerken ein erhebliches Problem dar, da sie die Effizienz der Anlagen stark beeinträchtigen. Bereits eine Kalkschicht von nur 1 mm Dicke in den Leitungen der Wärmetauscher kann die Stromproduktion um etwa 1,5 % verringern. Um den europaweiten Verlust auszugleichen, müssten zusätzlich 8,7 Millionen Tonnen Steinkohle verbrannt werden.
Ein Forschungsteam von der ETH Zürich und der Universität Berkeley hat eine innovative Beschichtung entwickelt, die die Anhaftung von Kalkkristallen verhindert. Hierfür analysierten sie die Wechselwirkung zwischen wachsenden Kalkkristallen, der umgebenden Wasserströmung und der Oberfläche auf mikroskopischer Ebene. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden Beschichtungen aus verschiedenen Materialien entwickelt und getestet.
Als besonders wirksam erwies sich ein Polymer-Hydrogel, dessen Oberfläche mit mikroskopisch kleinen Rippen versehen ist. Diese Mikrostruktur wurde von Haischuppen inspiriert, deren Rippenstruktur die Bildung von Oberflächenbelägen unterdrückt. In Anwendungen wie Wasserkochern oder Heizkesseln sorgen die Rippen dafür, dass Kalkkristalle weniger mit der Oberfläche in Kontakt kommen, sich nicht festsetzen können und vom Wasser, das über das Hydrogel fließt und durch die Rippenstruktur geleitet wird, fortgespült werden. Das passive Entfernen der mikroskopischen Kristalle verhindert, dass sie zu einer hartnäckigen Schicht zusammenwachsen. In Experimenten wurden bis zu 98 % aller zuvor auf einer mit Hydrogel beschichteten Oberfläche gewachsenen Kalkkristalle mit einer Größe von etwa 10 μm abgetragen. Im Vergleich zu herkömmlichen Entkalkungsmethoden, die teilweise giftige und aggressive Chemikalien erfordern, ist das Hydrogel biokompatibel und umweltfreundlich.
Diese Forschungsarbeit wurde in Science Advances, Band 9, Ausgabe 51, veröffentlicht.
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