Es verursacht jedes Jahr etwa 700 Milliarden Verluste! Diese Zahl wollen wir reduzieren.

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Zhao Wenjie und Cao Jintao (Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um das Geheimnis der wissenschaftlichen und technologischen Arbeit zu lüften, hat Chinas Spitzentechnologieprojekt eine Artikelserie mit dem Titel „Ich und meine Forschung“ gestartet und Wissenschaftler dazu eingeladen, eigene Artikel zu schreiben, ihre wissenschaftlichen Forschungserfahrungen zu teilen und eine wissenschaftliche Welt zu schaffen. Folgen wir den Entdeckern an der Spitze von Wissenschaft und Technologie und begeben wir uns auf eine Reise voller Leidenschaft, Herausforderungen und Überraschungen.

Ich glaube, Sie und ich müssen dasselbe Gefühl haben. Immer wenn ich über die Seebrücke fahre, kann ich nicht anders, als ihre Erhabenheit zu bewundern. Es liegt wie ein riesiger Stahldrache auf dem aufgewühlten Meer.

Hongkong-Zhuhai-Macao-Brücke

(Fotoquelle: Der Reporter der Nachrichtenagentur Xinhua, Chen Yehua, hat dieses Foto am 11. September 2020 aufgenommen)

In diesem riesigen Meeresgebiet ist unsere Schiffstechnik jedoch still und heimlich einer unsichtbaren Bedrohung ausgesetzt: der Korrosion durch Meeresorganismen.

Dies ist eine gewöhnliche Metallsäule am Strand. Es dauerte nicht lange, bis das Meerwasser es rostig aussehen ließ.

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Tatsächlich ist das Problem der Metallkorrosion in vielen Bereichen der Volkswirtschaft weit verbreitet. Statistiken zufolge belaufen sich die wirtschaftlichen Verluste durch Korrosion in meinem Land auf bis zu 2 Billionen Yuan pro Jahr. Davon machen die Verluste durch Korrosion im Meer etwa ein Drittel der gesamten Korrosionsverluste aus, also etwa 700 Milliarden Yuan.

Wie können wir diese Verluste reduzieren? Wir müssen zunächst verstehen, wie Meereskorrosion entsteht.

Meereskorrosion ist ein langsamer und fortlaufender Prozess.

Je nach Meeresumgebung kann es in die atmosphärische Zone, die Wellenspritzzone, die Gezeitenzone, die Volleintauchzone und die Meeresschlammzone unterteilt werden. Unter diesen ist die Korrosionssituation in der Wellenspritzzone am schwerwiegendsten . In diesem Bereich müssen Schiffsbaugeräte nicht nur der elektrochemischen Korrosion durch Salz, Sauerstoff und Wasser standhalten, sondern auch den mechanischen Schäden durch Wellen standhalten.

Das ist, als würde man ständig auf eine schorfige Wunde drücken; Meerwasser kann Schiffsbauausrüstung leicht zerstören.

Nehmen Sie als Beispiel Stahlrohrpfähle. Als wichtigste Infrastruktur im Meeresbau unterstützen sie Großanlagen wie Seebrücken und Offshore-Windkraftanlagen. Allerdings sind Stahlrohrpfähle im Spritzwasserbereich während des Einsatzes auf See erheblicher Korrosion ausgesetzt. Was wir sehen, ist, dass es den Herausforderungen komplexer und rauer Arbeitsbedingungen standhalten muss, wie etwa frühen Gezeiten, Abendfluten, spritzenden Wellen und abwechselnd trockenen und nassen Umgebungen.

Was ist mit dem, was wir nicht sehen können? Es muss der Erosion durch Salz, Sauerstoff und ultraviolette Strahlen sowie den Wellenschlägen und der Erosion durch Schlamm und Sand standhalten. Diese Schadensfaktoren sind stark miteinander gekoppelt und stellen ein Korrosionsschutzproblem von Weltrang dar.

Seitdem man sich der Auswirkungen der Meereskorrosion bewusst ist, forscht man an Schutzbeschichtungsmaterialien, um mit diesen Beschichtungen Meereskorrosion zu bekämpfen und Schiffstechnikgeräte zu schützen. Man kann sagen, dass Korrosionsschutzbeschichtungen Schlüsselmaterialien sind, um den sicheren Betrieb von Schiffstechnik und mechanischen Geräten zu gewährleisten.

Herkömmliche schuppige Korrosionsschutzbeschichtungen weisen jedoch Probleme auf, wie etwa große Größe, hohe Dicke, hohe Zugabemengen und schlechte Kompatibilität mit der Harzmatrix. Sie haben die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit erreicht und neigen beim Einsatz in rauen Meeresumgebungen zur Rissbildung, Ablösung und zum Versagen. Sie können den Korrosionsschutzanforderungen in komplexen Meeresumgebungen nicht gerecht werden.

Als Antwort auf diese Herausforderung hat das Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine neue Generation hochbelastbarer Korrosionsschutzbeschichtungsmaterialien für den Schiffsbau entwickelt. Diese Beschichtung besteht aus einem Verbundwerkstoff aus organischen und anorganischen Fasern, verstärkt mit Polymerharz, und bildet eine Schutzschicht, die sowohl stark als auch widerstandsfähig ist.

Anorganische Fasermaterialien wirken unter der Erosion durch Wellen wie hochfeste Strukturskelette, die den Auswirkungen von Wellen und Sedimenterosion wirksam standhalten können. Organische Fasermaterialien sind wie Sehnen mit hoher Zähigkeit. Sie verlaufen durch die Beschichtung und vereinen Härte und Flexibilität zu einem starken und integrierten Schutznetzwerk. Dieses dichte Schutznetz kann die Ausbreitung von Korrosionsfaktoren wirksam blockieren, während es gleichzeitig die Aufprallkraft von Wellen verteilt und überträgt und die Spannungskonzentration in lokalen Bereichen reduziert.

Genau wie bei den Knochen und Sehnen im menschlichen Körper macht es die gesamte Polymerverbundbeschichtung widerstandsfähiger. Diese „natürliche“ bionische Technologie verbessert nicht nur die Erosions- und Verschleißfestigkeit von Stahlrohrpfählen im Meer, sondern verlängert auch den Wartungszyklus. Damit ist unsere Schiffsausrüstung wie mit einer Schicht aus korrosions- und veränderungsbeständiger Panzerung überzogen und hat einen unzerstörbaren goldenen Körper wie Sun Wukong!

Am 21. März 2023 versenkte das Pfahlschiff Shui Xinqi Nr. 1 die mit dieser Korrosionsschutzbeschichtung überzogenen Stahlrohrpfähle langsam im Meer. Die 109 Meter langen Stahlrohrpfähle drangen wie eine „stabilisierende Nadel“ direkt in den Meeresboden ein und markierten damit zugleich das erfolgreiche Einsenken des ersten Stahlrohrpfahls als Probe für die Seeeisenbahnbrücke über die Hangzhou-Bucht.

Herstellung von großformatigen hochfesten Stahlrohrpfählen und deren hochbeständigen Schutzbeschichtungen

(Bildquelle: Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Das Rammschiff versenkt den Stahlrohrpfahl langsam im Meer

(Bildquelle: Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Sie sollten wissen, dass die Eisenbahnbrücke über die Bucht von Hangzhou eines der Schlüsselprojekte der Hochgeschwindigkeitsstrecke Suzhou-Jiaxing-Ningbo ist. Diese Brücke ist die weltweit längste und hochwertigste Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnbrücke über das Meer und ein Meilenstein im globalen Brückenbau. Die Anwendung einer neuen Generation hochbelastbarer Korrosionsschutzbeschichtungen für den Schiffsbau in diesem Projekt stellt nicht nur eine Anerkennung der Qualität dieses Materials durch die Projektpartner und die Industrie dar, sondern wird das Forschungsteam auch dazu ermutigen, weiterzumachen und mehr und bessere langlebige Korrosionsschutzmaterialien für den Schiffsbau zu entwickeln.

Die wichtigste Ausstattung eines großen Landes beginnt mit Materialien. Ich bin überzeugt, dass die Chinesen, wenn sie sich auf die Kraft wissenschaftlicher und technologischer Innovationen verlassen, noch entschlossener sein werden, den tiefblauen Himmel zu erkunden. Und dafür zu sorgen, dass jedes Wunder, das die chinesische Nation auf See vollbracht hat, für immer Bestand hat und über Tausende von Jahren hinweg neu bleibt, wird das ewige Ziel aller wissenschaftlichen Forscher in unserem Schlüssellabor für kritische Meeresmaterialien sein!