Hoppa till huvudinnehåll
RISE logo

Dubbel vinst med 3D-printat hajskinn

Havstulpaner och andra marina organismer som växer fast på båtskrov, så kallad biofouling, ger stora problem världen över med ökade kostnader för bränsle och underhåll. Genom att studera marina organismers naturliga skydd mot påväxt hoppas forskare på RISE nu att kunna utveckla miljövänliga alternativ. Bland annat genom ett 3D-printat hajskinn.

I svenska vatten är det framför allt havstulpaner som kan orsaka ökad bränslekonsumtion, koldioxidutsläpp och stor skada på marina konstruktioner. Och det behövs inte särskilt mycket för att ge stor effekt – en supertanker som får runt tio procents påväxt, drar upp till 40 ton extra dieselolja per dygn. Så frågan är viktig både ur miljö- och kostnadsperspektiv.

Det är inte bara fartygsskrov som påverkas negativt. Oljeriggar, avsaltningsanläggningar, bryggor, utrustning för fiskodlingar och kylvattenanläggningar är några andra exempel.

Ett miljövänligt alternativ

Dagen båtbottenfärger är visserligen effektiva, men samtidigt är de giftiga och har därmed ett högt pris för det marina livet, som påverkas negativt. Färgerna bygger i allmänhet på principen att ett giftigt ämne kontinuerligt släpps ut till det omgivande havsvattnet. När till exempel en larv från en havstulpan närmar sig båtskrovet så antingen registrerar den giftet och simmar iväg eller så tar giftet död på larven.

Tekniken är, som sagt, effektiv men förutom att den förgiftar inte bara foulingorganismer utan allt annat levande i haven. För att fungera behöver även färgen sakta men säkert lösas upp. Som alla båtägare vet betyder det årligt, slitsamt underhåll.

– Det vi vill göra är att fasa ut de giftiga båtbottenfärgerna, och ersätta dem med miljövänlig antifouling, säger Mattias Berglin på RISE, som leder projektet.

Återskapar naturens egna skydd

I princip drabbas det mesta som finns i havet av påväxt – allt från blåvalar till oljeriggar och fritidsbåtar täcks med tiden av oönskade fripassagerare. I projektet 3D-printade biomimetiska mikrostrukturer mot marin påväxt, ett samarbete mellan RISE, Göteborgs Universitet och Chalmers tekniska högskola, undersöks hur en mikrostrukturerad yta kan göras så ogästvänlig som möjligt för marina organismer.

– Lite som en igelkott är på land, fast vi ser på till exempel musslor och krabbor. De borde vara utmärkta för marina organismer att sätta sig på, men om man tittar på deras skal eller ryggsköld så har den en viss mikrostruktur, som man tror är till för att göra det svårt för till exempel havstulpaner att etablera sig på, säger Mattias Berglin.

Musslorna och krabbornas mikrostrukturer är användbara, men det finns en varelse i havet vars skinn adderar ännu en fördel: hajen.

– Vi testar olika strukturer, men hajskinn är extra intressant för att det även sänker friktionen. Skinnet har en yta som använts i andra sammanhang när det gäller minskat friktionsmotstånd, som leder till reducerad bränsleförbrukning. Om man kan kombinera både antifouling och sänkt friktion, så får vi dubbel vinst.

3D-printen skapar nya möjligheter

Det är inte första gången det görs försök att återskapa hajskinn, men nu finns en avgörande skillnad: 3D-printern.

– Men tidigare tekniker har man inte haft möjlighet att skapa ett så komplext mönster. Med de vanliga metoderna blir mikrostrukturer regelbunden, alla toppar blir lika stora och lika höga. Men hajskinnet är inte regelbundet. En 3D-printer kan göra varje struktur individuell, och det kan man inte göra med andra metoder, säger Mattias Berglin.

När man med hjälp av den här tekniken lyckades få en struktur som ännu mer liknar hajens naturliga, såg man en klar effekt på etableringen av fouling. Än så länge har inte flödesmotståndet med den nya ytan testats, men med en så naturtrogen produkt är det troligt att även friktionsmotståndet förbättras.

Kan göras med ett knapptryck

Första steget i projektet var dock att printa samma typ av regelbundna ytor som redan används. Detta för att visa på hur enkelt det går i en 3D-skrivare.

– Det gjorde vi för att visa att vi kan göra precis det som gjorts innan, men vi kan sitta vid skrivbordet och trycka på print så är det klart. De andra konventionella teknikerna kräver bland annat tillgång till ett renrum för att tillverka samma produkt.

Hur stort kan man då printa? Sedan tidigare har man på RISE tagit fram ett patent på antifouling på rulle, som även i detta fall skulle vara tekniken att använda. Den har många fördelar för användaren gentemot färg, det håller längre, innehåller inget lösningsmedel, kan förvaras under lång tid, ger inget spill och är inte brandfarligt.

Nödvändigt ur miljösynpunkt

I slutändan kan en kombination av miljövänliga sätt att stoppa påväxt vara lösningen på problemet. Inget av de skonsammare tillvägagångssätten är för tillfället lika effektivt som de giftiga färgerna, men alternativ till dessa måste fram.

Även om ”hajskinnsstruktur” är effektivt när det gäller att sänka friktionen så är det inte optimerat för ett fartygsskrov. I samarbete med Chalmers och Fluid Mechanics Group vid Univerisity of Melbourne i Australien testar man att med hjälp av försök i stora vindtunnlar förbättra mikrostrukturen.

– Dessutom vill vi försöka förstå beteendet hos en marin organism, det vill säga vilka gener slås av och på när den undersöker en yta att etablera sig på. Det görs tillsammans med Göteborgs Universitet. Kan vi förstå det här kanske vi kan ”prata” med larven med ett nytt språk, molekylärbiologi, och på så sätt få den att välja en annan yta att sätta sig på, berättar Mattias Berglin.

Published: 2018-10-25