Με μεγάλη επιτυχία κλείνει τον Ιούνιο του 2023 το Ερευνητικό Πρόγραμμα: «The DrastiC Project» (www.drasticproject.com) που διεξήχθη στα πλαίσια της Δράσης «Ερευνώ-Δημιουργώ-Καινοτομώ» μέσω της σύμπραξης της εταιρείας BFP Advanced Technologies (www.bfp-tech.com) με το Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας του «Δημόκριτου» και το Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Αισθητηρίων του Ερευνητικού Πανεπιστημιακού Ινστιτούτου Συστημάτων Επικοινωνιών & Υπολογιστών του Εθνικού Μετσοβίου Πολυτεχνείου.
Το έργο αφορά σε Βιομηχανική Έρευνα για την ανάπτυξη καινοτόμων επιστρώσεων, χαμηλής υδροδυναμικής αντίστασης, για τα ύφαλα πλοίων και σκαφών (υφαλοχρωμάτων). Είναι γνωστό ότι στο θαλάσσιο περιβάλλον, κάθε επιφάνεια που έρχεται σε επαφή με το θαλασσινό νερό υπόκειται σε βιολογική ρύπανση. Mέσω φυσικής προσρόφησης και εντός λίγων μόλις λεπτών, συντελείται ο πρωτοταγής αποικισμός της από πρωτεΐνες και οργανική ύλη, που λειτουργούν ως φύτρα για την ανάπτυξη βιο-υμενίων (biofilms). Τα τελευταία σχηματίζονται ταχύτατα (π.χ. εντός 48 ωρών) προκαλώντας σταδιακά μακρορρύπανση (δευτερογενής και τριτογενής αποικισμός), δηλαδή προσκόλληση θαλάσσιων οργανισμών, όπως άλγες και όστρακα στο κύτος του πλοίου, η οποία μειώνει την ταχύτητα και την ικανότητα ελιγμών του και αυξάνει σημαντικά την κατανάλωση καυσίμων. Ειδικά οι σκληρές αποθέσεις μπορεί να οδηγήσουν σε απώλειες ισχύος που ξεπερνούν το 85%.
Το φυσικό αυτό φαινόμενο θέτει σημαντικές τεχνικές και επιστημονικές προκλήσεις για τη ναυτιλία, αποτελώντας παράλληλα ένα τεράστιο οικονομικό πρόβλημα, διότι αυξάνει το κόστος που σχετίζεται με τη συντήρηση των σκαφών και τον καθαρισμό των υφάλων. Παράλληλα, υφίστανται και ανεπιθύμητες οικολογικές επιπτώσεις, όπως για παράδειγμα συμβαίνει όταν ένα πλοίο με βιολογική ρύπανση μετακινείται μεταξύ λιμένων σε διαφορετικές γεωγραφικές ζώνες, καθώς μεταφέρονται ακούσια μη αυτόχθονα είδη από τη μία περιοχή στην άλλη.
Μέχρι σήμερα έχουν αναφερθεί πολυάριθμες προσπάθειες ανάπτυξης αντιρρυπαντικών επικαλύψεων, με βάση τις πρόσφατες εξελίξεις στη βιολογία, στη φυσική και στη χημεία.Τα χρησιμοποιούμενα υλικά πρέπει να συμμορφώνονται με νέους αυστηρότερους κανόνες όσον αφορά την προστασία του περιβάλλοντος, των υδρόβιων οργανισμών και της ανθρώπινης υγείας. Δεν είναι τυχαίο επομένως, ότι τα σύγχρονα υφαλοχρώματα στρέφονται σε λύσεις που δεν βασίζονται στη χρήση βιοκτόνων και δεν εκλύουν πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs) στο περιβάλλον. Δυστυχώς, τα περισσότερα από αυτά δεν αποδίδουν επαρκώς, ιδιαίτερα σε στατικές συνθήκες ελλιμενισμού, όπου η ωφέλιμη διάρκεια δράσης τους περιορίζεται σε μόλις 30-40 ημέρες. Είναι χαρακτηριστικό ότι τα σύγχρονα σιλικονούχα υφαλοχρώματα τα οποία προάγουν τις ιδιότητες απομάκρυνσης της βιορρύπανσης είναι λειτουργικά σε ταχύτητες τουλάχιστον 15-20 κόμβων.
Μετά από ενδελεχή έρευνα που διήρκεσε περίπου 3 έτη, η ερευνητική ομάδα του «DRAstiC», κατάφερε να αναπτύξει μια πρωτοποριακή αντιρρυπαντική επίστρωση με υψηλή απόδοση και ευρεία εφαρμοσιμότητα. Ο συνδυασμός, τροποποιημένων νανοσύνθετων δομών με διαφορετική γεωμετρική διευθέτηση και υδατοδιαλυτώνφορέων, κατέστησε εφικτή την ανάπτυξη αυτολειαινόμενων επιστρώσεων υψηλής ηλεκτρικής ανισοτροπίας, που προσδίδουν ισχυρές αντιρρυπαντικές ιδιότητες σε υποστρώματα που είναι βυθισμένα στο νερό, διότι ενισχύουν τους μηχανισμούς διασκορπισμού φορτίου, με αποτέλεσμα να περιορίζονται οι ηλεκτροστατικές έλξεις και να αποτρέπεται η πρώιμη προσρόφηση βακτηρίων και μικροοργανισμών, μέσω της αρνητικά, συνήθως, φορτισμένης εξωτερικής μεμβράνης τους. Χάρη στη σύλληψη αυτή, το πρόβλημα της βιορρύπανσης αντιμετωπίζεται δραστικά, στη ρίζα του, πριν καν τον πρωταρχικό σχηματισμό βιο-υμενίων.
Η ερευνητική ομάδα της BFP διεξάγει εδώ και δύο χρόνια μια σειρά δοκιμών στην ακτογραμμή της Μεσογείου για να αξιολογήσει την απόδοση των νανοσύνθετων επιστρώσεων σε πραγματικές συνθήκες και σε βάθος χρόνου. Η πειραματική επαλήθευση του ανωτέρω μηχανισμού δράσης καθιστά δυνατή την ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον υφαλοχρωμάτων με ιδιότητες, τόσο αντιρρυπαντικές (anti-fouling), όσο και απελευθέρωσης της βιορρύπανσης (foul-release). H ενισχυμένη λειτουργικότητά τους οφείλεται στη συνεργιστική επίδραση των αντιμικροβιακών ιδιοτήτων και της ηλεκτρικής ανισότροπης αγωγιμότητας. Επιπλέον, οι αναπτυχθείσες επιστρώσεις έχουν ένα σαφές πλεονέκτημα έναντι του σύγχρονου ανταγωνισμού: μπορούν να εφαρμοστούν απευθείας σε μεταλλικά υποστρώματα παρέχοντας αντιδιαβρωτικές ιδιότητες σε αυτά χωρίς τη χρήση ενδιάμεσων επικαλύψεων (ασταριών). Το εύρημα αυτό είναι προφανούς οικονομικής σημασίας. Το αναπτυχθέν σύστημα αναμένεται επίσης να είναι οικονομικά αποδοτικό, όχι μόνο από την άποψη της εφαρμογής και της συντήρησης, αλλά και από την άποψη της εξοικονόμησης κόστους καυσίμων, της μείωσης του χρόνου εκτός λειτουργίας του σκάφους και της ελαχιστοποίησης των απαιτήσεων ξηρού ελλιμενισμού.
Η επιτυχής εφαρμογή της τεχνολογίας σε υφαλοχρώματα θα μπορούσε να αποτελέσει μια σαφώς πιο οικονομική και αποτελεσματική εναλλακτική λύση στις σύγχρονες τεχνολογίες αντιρρύπανσης. Θα μπορούσε επίσης να συμβάλλει στην απλοποίηση των διαδικασιών συμμόρφωσης με βάση διεθνή πρότυπα και να διευκολύνει την ταχεία εφαρμογή παρόμοιων τεχνολογιών και σε άλλους βιομηχανικούς τομείς. Επισημαίνεται, ότι η βιορρύπανση δεν αφορά μόνο τα ύφαλα των πλοίων, καθώς αναπτύσσεται σε μια ευρεία γκάμα επιφανειών εξαρτημάτων, συστημάτων ή κατασκευών, όπως για παράδειγμα, αγωγούς κυκλοφορίας νερού, συστήματα ψύξης θέρμανσης και ιατρικές διατάξεις. Στον κλάδο της ιατρικής για παράδειγμα, η μη εκλεκτική προσρόφηση των πρωτεϊνών οδηγεί συχνά σε αστοχία ιατρικών συσκευών και διατάξεων, ενώ η συχνή επαφή με το νερό επιφανειών νοσοκομειακού εξοπλισμού οδηγεί σε βακτηριακή επιμόλυνσή τους, γεγονός που εγκυμονεί κινδύνους για προσωπικό και ασθενείς.
Η αναπτυχθείσα τεχνολογία έχει ευρύ πεδίο εφαρμοσιμότητας με πολλές προεκτάσεις και δυνητική χρηστικότητα σε οποιαδήποτε διάταξη ή κατασκευή, η οποία έρχεται σε επαφή με το νερό.
Σημειώνεται, ότι στα πλαίσια του έργου DRAstiC αναπτύχθηκαν νανοδομές, οι ιδιότητες των οποίων υπερβαίνουν το σημερινό επίπεδο τεχνολογικής στάθμης. Ήδη έχουνκατοχυρωθεί 4(!) ευρεσιτεχνίες σε διεθνές και ευρωπαϊκό επίπεδο, ενώ τα αποτελέσματα της έρευνας έχουν δημοσιευθεί σε διεθνή συνέδρια και επιστημονικά περιοδικά με κριτές.
Ενδεικτικά:
1. Microstructure and Performance of Antibiofouling Coatings on High-Strength Steel Substrates Immersed in the Marine Environment, P.P. Falara, N.D. Papadopoulos and P. Vourna, Micro (2022), 2(2), 277-294.
2. Morphology and magnetic properties of rapidly quenched Fe-B alloys, N. Konstantinidis, A. Fos, P. Svec b, N.D. Papadopoulos, P. Vourna, E. Hristoforou, Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2022), 564 (1), 170054.
3. A modern approach towards efficient antifouling coating technologies, N.D. Papadopoulos, P. Vourna, P.P. Falara, and P. Vourna, Nanotechnology and Advanced Material Science(2023), 6(2), 1-4.
4. Low drag antifouling coatings with enhanced protection against corrosion, P. Vourna, P.P Falara and N.D. Papadopoulos, Athens Conference on Advances in Chemistry, (2022).
5. Temperature effects on grain growth phenomena and magnetic properties of silicon steels used in marine applications, P. Vourna, N.D. Papadopoulos, P.P. Falara, and S. Xafakis, Annals of Marine Science,(2023), In Press.
6. ANTIFOULING AND ANTISTATIC COATINGS THROUGH AUTOMATED APPLICATION, BFP Advanced Technologies, (2023), EP Patent Pending.
7. ELECTRICALLY ANISOTROPIC ANTIFOULING COATINGS BFP Advanced Technologies, (2023), PCT Patent Pending.
Στο τρέχον πλάνο της BFP περιλαμβάνεται η αναζήτηση εξειδικευμένων συνεργατών για την προώθηση της αναπτυχθείσας τεχνολογίας στον κλάδο της ναυτιλίας. Ήδη, ο παγκόσμιος προμηθευτής επιστρώσεων και χρωμάτων Hempel διεξάγει στα πλαίσια ειδικού μνημονίου συνεργασίας, δοκιμές σε πραγματικές συνθήκες σε λιμάνια της Μεσογείου και στη Σιγκαπούρη για την αξιολόγηση της αποδοτικότητάς της έναντι της μακρορρύπανσης.
Υλοποιήθηκε στο πλαίσιο της Δράσης ΕΡΕΥΝΩ – ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ – ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ και συγχρηματοδοτήθηκε από το Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης (ΕΤΠΑ) της Ευρωπαϊκής Ένωσης και εθνικούς πόρους μέσω του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα & Καινοτομία (ΕΠΑνΕΚ) (κωδικός έργου: T2ΕΔΚ-00868).
