Fraunhofer-Allianz „Photokatalyse“ arbeitet an Selbstreinigung bei künstlichem Licht

(15.10.2012) Standen beispielsweise Gartenstühle und -tische eine längere Zeit im Schatten, sind sie oft von einem schmierigen Film aus Algen, Moosen, Bakterien und Pilzen überzogen, den man nur schwer oder gar nicht entfernen kann. Titandioxidmo­leküle, eingeschleust in den Kunststoff des Stuhls, sollen jedoch gemeinsam mit ein wenig Sonnenlicht Abhilfe schaffen können: „Aktiviert“ durch das UV-Licht in der Son­nenstrahlung setzen die Titandioxidmoleküle quasi als Katalysator einen elektrochemi­schen Prozess in Gang, der freie Radikale erzeugt. Diese und weitere aktive Moleküle wiederum machen Bakterien, Pilzen und Co. den Garaus. Sie zerstören zunächst die Zellwand und dringen anschließend ins Zytoplasma - die Grundsubstanz der Zelle - ein, wo sie die DNA der Bakterien schädigen. Der Effekt: Schmutz aus organischen Substanzen bleibt nicht an der Oberfläche haften, sondern wird zersetzt - soweit die Theorie und das Versprechen diverser Anbieter von Gartenmöbeln bis Fassaden­beschichtungen.

• Doch wie gut funktionieren diese photokatalytischen Schichten?
• Welche organischen Bestandteile zersetzen sie, bei welchen bleiben sie machtlos?

Dies haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrens­technik IGB in Stuttgart untersucht. „Wir haben beispielsweise photokatalytisch aus­gerüstete Armlehnen von Gartenstühlen im Freien getestet und sie mit solchen aus herkömmlichem Kunststoff verglichen“, sagt Dr. Iris Trick, Gruppenleiterin am IGB. Dazu haben die Wissenschaftlerin und ihr Team die beschichteten und unbeschichte­ten Armlehnen mit einer Mixtur aus verschiedenen Bakterien, Moosen, Algen und Pilzen besprüht und sie zwei Jahre lang dem Wetter ausgesetzt.

Die mit Titandioxidmolekülen ausgestattete Oberfläche (rechts)
unterscheidet sich deutlich von der nicht ausgerüsteten Probe

Das Ergebnis: Während sich die schmutzige Schicht auf den normalen Armlehnen kaum entfernen ließ, waren die Exemplare aus photokatalytischen Kunststoffen auch nach zwei Jahren noch weitestgehend weiß und sauber.

Zusätzlich untersuchten die Forscher ihre Spezial-Schichten - sei es von Armlehnen oder anderen Oberflächen - auch im Labor auf ihre Funktion: Dazu brachten die Ex­perten bis zu 30 verschiedene Pilz-, Bakterien- und Algenkulturen auf beschichtete und unbeschichtete Flächen auf und verglichen, wie sich diese Kulturen entwickeln. Zudem analysierten sie die Abbauprodukte, die bei der elektrochemischen Reaktion auf den selbstreinigenden Oberflächen entstehen.

Selbstreinigende Hauswände und Displays

Die Möglichkeiten der Titandioxidmoleküle sind mit den Armlehnen jedoch keinesfalls ausgeschöpft: Beispielsweise arbeiten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produk­tionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart an Fassadenfarben für Häuser, die Titandioxid-Partikel enthalten. Kommt Schmutz an die Wand, wird er durch die Photo­katalyse abgebaut - der Anstrich bleibt weitgehend sauber. Auch für Glasoberflächen haben Wissenschaftler eine solche selbstreinigende Schicht entwickelt: „Bringt man auf eine Glasoberfläche wie die eines Smartphones eine dünne Schicht aus Titandioxid auf und beleuchtet sie, verschwinden die Hautfette und Fingerabdrücke auf dem Dis­play nach einiger Zeit von selber“, sagt Dr. Michael Vergöhl, Abteilungsleiter am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig und Leiter der Fraunhofer-Allianz Photokatalyse. Nötig sei lediglich eine Stunde Sonnen­licht.

Bei bisherigen photokatalytischen Oberflächen hätte man das Smartphone drei Tage lang in die Sonne legen müssen. In einem nächsten Schritt müssen neue Materialien entwickelt werden, die auch unter künstlicher Beleuchtung aktiv werden. Um ihr Know-how zu bündeln, haben sich zehn Fraunhofer-Institute zur Allianz Photokatalyse zusammengeschlossen. Sie deckt den gesamten Bereich der photokatalytischen Ober­flächenentwicklung ab und vereint damit eine große Kompetenz.