Das Projekt "Teilvorhaben: 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen durchgeführt. Ziel des Projekts ARES ist die Entwicklung einer unter Wasser permanent Luft haltenden Oberfläche, die zur Reibungsreduktion auf Schiffsrümpfen eingesetzt werden kann, und die Validierung ihrer Anwendbarkeit. Dieses neuartige Konzept, einen Schiffsrumpf mit einer permanenten Luftschicht zu umgeben, kann den Energieverbrauch von Schiffen deutlich senken, da die Reibung zwischen Wasser und Luft erheblich geringer ist als die Reibung zwischen Wasser und Rumpf. Neben der Reduktion der Reibung ist auch zu erwarten, dass eine solche Luftschicht einen wirksamen Schutz gegen den Bewuchs durch Meeresorganismen am Schiffsrumpf darstellt. Dies ist von erheblicher Bedeutung, da das sogenannte Biofouling nach wie vor ein großes Problem in der Schifffahrt darstellt und derzeit noch durch hochgiftige Beschichtungen bekämpft wird. Vorbilder für die Entwicklung permanent Luft haltender Oberflächen finden sich in der Natur. Viele Spezies sind in der Lage, eine Luftschicht unter Wasser zu halten. Umfangreiche Untersuchungen der AG Barthlott am Nees-Institut der Universität Bonn ergaben, dass vor allem die Schwimmfarne der Gattung Salvinia sowie der Rückenschwimmer Notonecta über sehr langzeitstabile Luftschichten verfügen. Besonders der von den Antragstellern entdeckte, neuartige Salvinia-Effekt, der die Stabilisierung einer unter Wasser gehaltenen Luftschicht ermöglicht, ist für die Optimierung der biomimetischen Oberflächen von großer Bedeutung. In vorangegangenen Projekten konnten anhand dieser Erkenntnisse bereits erfolgreich erste Prototypen künstlicher Luft haltender Oberflächen hergestellt werden und eine Reibungsreduktion von 30 Prozent nachgewiesen werden. Des Weiteren gelang es den Salvinia-Effekt zur Stabilisierung der Luftschicht auf diese zu übertragen. In diesem Projekt sollen diese Oberflächen nun mit Hilfe moderner Fertigungsverfahren für den Einsatz am Schiffsrumpf optimiert, unter realen Bedingungen auf ihre Hochseetauglichkeit getestet und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit validiert werden. Des Weiteren ist die Untersuchung der Antifouling-Wirkung ein wichtiger Aspekt. Das Potenzial einer solchen biomimetischen, Luft haltenden Oberfläche ist erheblich. Etwa 70 Prozent des Energieverbrauchs großer Schiffe sind auf die Überwindung der Reibung zwischen Rumpf und Wasser zurückzuführen. In Anbetracht stetig steigender Energiepreise und des permanent wachsenden Kostendrucks auf die Reedereien ist das Interesse an einer großtechnischen Umsetzung daher enorm.
Das Projekt "Teilvorhaben: 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Physik, Arbeitsgruppe Schimmel durchgeführt. Im hier beantragten Vorhaben soll der von den Antragstellern entdeckte, neuartigen Salvinia-Effekt der permanenten Lufthaltung unter Wasser vom pflanzlichen Vorbild auf technische Oberflächen übertragen werden. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer permanent Luft haltenden künstlichen Oberfläche, welche dann in modularer Weise auf Schiffsrümpfen aufgebracht werden kann, um die Reibung dieser zu reduzieren. Der Optimierungsprozess zum Luft haltenden Modul ist ein komplexer Vorgang, der sich in sieben Teilschritten darstellen lässt. Diese sind: 1. Einzelhaaroptimierung und Optimierung bestehender Modellsysteme, 2. Weiterentwicklung der Replikationstechniken, 3. Funktionalisierung (superhydrophob + hydrophil) der Oberflächen, 4. Packaging in Compartments, 5. Erzeugung von Arrays aus mehreren Compartments (ARES-Modul), Performance-Messung und -Optimierung am Modul, erste Implementierung des fertigen Moduls. Diese Ziele können nur durch die Verwendung der dreidimensionalen Freiformlithographie, Nano-Replikationsverfahren sowie Nano-Funktionalisierungsverfahren in den Arbeitsgruppen von Prof. Th. Schimmel und Prof. W. Barthlott realisiert werden. Die Validierung der strömungsmechanischen Auswirkungen, insbesondere der Reibungsreduktion im Strömungskanal und im Schleppversuch soll in Rostock in der Arbeitsgruppe von Prof. A. Leder geschehen.