Antifouling con biocidi vs Antifouling a Base di PDMS: Sostenibilità e Risparmio Energetico nel Settore Navale
Nel settore navale, la lotta contro il biofouling, l’accumulo di organismi marini come alghe, cirripedi e batteri sulle superfici delle navi, rappresenta una sfida cruciale. La presenza di incrostazioni non solo peggiora l’efficienza idrodinamica delle navi, ma aumenta il consumo di carburante, con impatti significativi sia dal punto di vista economico che ambientale.
Tradizionalmente, le soluzioni antifouling si sono basate sull’uso di rivestimenti contenenti biocidi, come l’ossido rameoso e i composti di zinco, progettati per prevenire la crescita di organismi marini attraverso il rilascio di sostanze tossiche. Tuttavia, questi rivestimenti presentano notevoli svantaggi, come la tossicità per l’ambiente marino e la salute umana, oltre a contribuire all’inquinamento delle acque e alla distruzione di ecosistemi.
Un approccio innovativo, che si sta affermando sempre di più, è rappresentato dai rivestimenti antifouling a base di PDMS (polidimetilsilossano), una soluzione priva di biocidi che opera attraverso un principio completamente diverso. Questi rivestimenti, chiamati anche “fouling release”, non uccidono gli organismi marini, ma creano una superficie liscia e poco adesiva che impedisce agli organismi di attaccarsi allo scafo della nave. Quando la nave è in movimento, la combinazione di una superficie scivolosa e il flusso dell’acqua facilita il distacco naturale delle incrostazioni.
L’integrazione di un additivo..
L’integrazione di un additivo anfifilico nei rivestimenti antifouling a base di silicone può effettivamente migliorare le prestazioni di scorrimento. Gli additivi anfifilici sono molecole che possiedono sia parti idrofile (che attraggono l’acqua) sia parti idrofobe (che respingono l’acqua). Quando sono incorporati in un rivestimento di silicone (PDMS), questi additivi possono modificare la superficie del rivestimento in modo da ridurre ulteriormente l’adesione dei biofouler marini.
Questi rivestimenti migliorati combinano i benefici di una superficie estremamente liscia con la capacità di rilasciare o inibire l’adesione di organismi marini, migliorando così la resistenza al fouling e, di conseguenza, le prestazioni idrodinamiche della nave. La combinazione di silicone e additivi anfifilici riduce il coefficiente di attrito ancora di più rispetto ai rivestimenti in silicone puro, migliorando ulteriormente l’efficienza del carburante.
HYDROVEST 2000
Il nuovo additivo di Maflon HYDROVEST® 2000 è progettato come un polimero anfifilico in grado di segregare in fase e auto assemblarsi all’interfaccia con l’ambiente. Queste proprietà consentono al rivestimento di modificare le caratteristiche superficiali del sistema, creando una superficie che confonde i meccanismi di riconoscimento e adesione dei biofouling. L’aggiunta di HYDROVEST® 2000 ai rivestimenti antifouling riduce il numero di biofouling aderenti e ne facilita la rimozione dalle superfici trattate. Ciò è possibile grazie alla struttura dei polimeri, che interferisce con l’insediamento dei biofouling e ne facilita il distacco sotto lo sforzo di taglio generato dal flusso del recipiente, un rivestimento quindi a base di PDMS, che come abbiamo visto in precedenza, sfrutta il baso coefficente d’attrito per rimuovere gli organismi depositati.
Come influisce la tensione superficiale?
Entriamo nel dettaglio su come la tensione superficiale dello scafo possa influire su questi fattori esterni:
- La tensione superficiale dell’acqua influisce sulla bagnabilità della superficie dello scafo. Una superficie con bassa tensione superficiale è meno bagnata dall’acqua, riducendo la resistenza che si oppone al movimento della nave. Questo fenomeno può portare a una diminuzione della resistenza viscosa (uno dei componenti della resistenza totale), contribuendo a ridurre il carico sul motore.
- Superfici superidrofobiche: Rivestimenti che creano superfici superidrofobiche (che respingono fortemente l’acqua) possono ridurre ulteriormente la bagnabilità, riducendo l’attrito. Anche se la tensione superficiale non è il fattore primario, rivestimenti che riducono la tensione superficiale possono migliorare l’efficacia delle superfici idrofobiche, contribuendo così a una minore resistenza.
Il coefficiente di frizione di rivestimenti antivegetativi che utilizzano biocidi può variare significativamente in base al tipo specifico di biocida utilizzato e alle condizioni ambientali. Tuttavia, studi indicano che questi rivestimenti in genere presentano un coefficiente di frizione tra 0,2 e 0,4 in condizioni di flusso laminare in acqua, sebbene questo valore possa aumentare in presenza di biofilm o altre forme di fouling marino.
Mentre Il coefficiente di frizione per una superficie di PDMS (polidimetilsilossano) in acqua può variare a seconda di diversi fattori, come la composizione esatta del PDMS, la rugosità della superficie e le condizioni sperimentali. Tuttavia, in generale, il coefficiente di attrito statico di PDMS in acqua si trova tipicamente nell’intervallo di 0,01 a 0,1, un coefficente di frizione decisamente minore rispetto a quelli a base di biocidi.
Vantaggi Ambientali e Riduzione del Consumo di Carburante
Il vantaggio principale dei rivestimenti a base di PDMS rispetto ai biocidi tradizionali è il loro ridotto impatto ambientale. Mentre i biocidi rilasciano sostanze tossiche nell’acqua, i rivestimenti a rilascio di incrostazioni a base di silicone non rilasciano sostanze nocive, rendendoli una scelta più ecologica e sostenibile.
Oltre ai benefici ambientali, questi rivestimenti offrono un notevole vantaggio in termini di efficienza energetica. Grazie alla loro superficie liscia e a bassa energia, i rivestimenti a base di PDMS riducono l’attrito tra lo scafo e l’acqua, diminuendo la resistenza al fluido. Questo si traduce in una riduzione della potenza richiesta dal motore della nave per mantenere una determinata velocità, il che, a sua volta, comporta un significativo risparmio di carburante.
- Riduzione della resistenza: Anche una piccola riduzione della resistenza idrodinamica può comportare un risparmio significativo di carburante, specialmente per navi che percorrono lunghe distanze. Questo effetto, combinato con altre tecnologie di riduzione della resistenza come i rivestimenti antifouling, può portare a una riduzione del consumo di carburante.
Effetti complessivi: Tuttavia, è importante notare che mentre la riduzione della tensione superficiale può contribuire al risparmio di carburante, il suo impatto è generalmente inferiore rispetto a quello ottenuto dalla riduzione del coefficiente di attrito o della resistenza alla forma dello scafo.
Conclusione
In sintesi, i rivestimenti antifouling a base di PDMS offrono un’alternativa sostenibile alle tradizionali soluzioni a base di biocidi, affrontando sia le preoccupazioni ambientali che quelle di efficienza energetica. La loro capacità di ridurre significativamente la resistenza e l’adesione delle incrostazioni, combinata con i vantaggi ambientali dell’essere privi di biocidi, li posiziona come una soluzione lungimirante nel settore marittimo. Con continui miglioramenti, come l’integrazione di additivi anfifilici, questi rivestimenti possono migliorare ulteriormente le prestazioni delle navi e contribuire al passaggio del settore verso soluzioni più ecologiche e più efficienti dal punto di vista energetico.
