ZO KAN HET OOK - Nanotechniek voor de scheepvaart (1)

Een introductie

Hoewel nanotechnologie zich bezighoudt met het zeer kleine, is het onderwerp zelf groot en complex.
Zoals elke technologie, bestaat het uit veel concepten en allerlei moeilijke woorden. Daarbij komt dat nanotechnologie niet slechts één wetenschap is; het raakt een verscheidenheid aan wetenschappen -zoals fysica, chemie, werktuigbouwkunde, materiaalkunde en biologie. Dat komt omdat nanotechnologie in al deze disciplines de studie is van alles wat er op een kleine - we bedoelen écht kleine - schaal gebeurt en dat dat grote (soms heel grote) effecten heeft.

Tenzij de marifoon en de telefoon niet werkt en een krant nooit de stuurhut bereikt, denken we dat u de term nanotechnologie wel eens gehoord hebt. Het onderwerp is de moeite waard om als binnenschipper, vlooteigenaar of toeleverancier eens goed uit te diepen. Corrosie passiveren, zelfreinigende oppervlakken, thermisch isolerende coatings, vuurvaste coatings, nano-fouling release, verzegelingen, olie- en brandstof additieven… Toch interessant!

Dwerg
Nano, Grieks voor ‘dwerg’, betekent een miljardste. De meting op dit niveau gebeurt in nanometers (afgekort nm) - miljardste van een meter. Om dit in perspectief te plaatsen: een menselijke haar is ongeveer 75.000 nm breed. Aan de andere kant van het concept heb je tien waterstofatomen nodig om 1 nm te maken.
De definitie Nanotechnologie kan moeilijk te bepalen en te definiëren zijn. De nanowetenschap is bijvoorbeeld niet nieuw; chemici zullen je vertellen dat ze al honderden jaren nanowetenschap doen. Ramen van gebrandschilderd glas in middeleeuwse kerken bevatten gouden nanodeeltjes van verschillende grootte die in het glas zijn verwerkt - de specifieke grootte van de deeltjes die oranje, paars, rood of groenachtige kleuren creëren.

Focus
Einstein, als onderdeel van zijn proefschrift, berekende de grootte van een suikermolecuul als één nanometer. Losjes beschouwd waren zowel de middeleeuwse glaswerkers als Einstein nanowetenschappers. Nieuw in de huidige nanowetenschap is de agressieve focus op de ontwikkeling van toegepaste technologie - en de opkomst van de juiste instrumenten voor het werk.
1. Nanotechnologie omvat onderzoek en technologische ontwikkeling op een grootte van 1nm tot 100nm.
2. Nanotechnologie creëert en gebruikt structuren die nieuwe eigenschappen hebben, vanwege hun geringe omvang.
3. Nanotechnologie bouwt voort op de mogelijkheid om op atomaire schaal te controleren of te manipuleren.

Exotisch
De nummers 1 en 3 zijn vrij eenvoudig, maar in nummer 2 wordt de term ‘nieuwe eigenschappen’ gebruikt. Wanneer we nano gaan, vertonen de interacties en de fysica tussen atomen exotische eigenschappen, die ze niet op grotere schaal hebben. ‘Hoe exotisch’ dan?  Nou, op dit niveau laten atomen de gebaande paden van de klassieke natuurkundige eigenschappen achter zich en begeven ze zich in de wereld van de kwantummechanica en laten ongewone effecten zien. Die ongewone effecten kunnen we inmiddels bevestigen met onze producten en technieken.

Roest stoppen zonder te hoeven schuren of stralen (corrosie passiveren), waardoor je ballasttank of beun niet verder in staaldikte afneemt, is niet onbekend meer in de binnen- en zeevaart. Een stoompijp beetpakken met een laagje coating van 4 mm dik - zonder je handen te verbranden. Spectaculair, maar niet onbekend meer in de binnen- of zeevaart.
Het licht aandoen en daarmee een transparante coating activeren, die vervolgens de lucht zuivert en een ruimte vrijhoudt van virussen, schimmelsporen of pollen; de cruisevaart begint het steeds meer in te zetten. Standtijden van olie verlengen van 500 naar 3000 draaiuren; vraag een paar olie-analyses, uitgevoerd door de oliemaatschappijen zelf, die vóór en na laten zien - en zie het zelf.

Voortbouwen
Chemici, natuurkundigen en artsen werken samen met ingenieurs, biologen en informatici om de toepassingen, de richting en de ontwikkeling van nanotechnologie te bepalen - nanotechnologie is in wezen een veelheid van disciplines die op elkaar voortbouwen.
Industrieën zoals materiaalproductie, verfproductie, smeermiddelenproductie, computerfabricage en gezondheidszorg zullen allemaal een bijdrage leveren, wat betekent dat iedereen zal profiteren - zowel direct van de vooruitgang op het gebied van nanotechnologie als indirect van de vooruitgang die door andere spelers in het nanoveld wordt geboekt. (Denk bijvoorbeeld aan kwantumcomputers, die de effectiviteit van nieuwe geneesmiddelen op basis van nanobasis simuleren.)

Nanoschaal
Er zijn twee benaderingen om op nanoschaal te fabriceren: top-down en bottom-up. Een top-downbenadering is vergelijkbaar met een beeldhouwer die een blok marmer wegsnijdt - we werken eerst op grote schaal en dan wegsnijden tot we ons product op nanoschaal hebben. (De computerindustrie gebruikt deze benadering bij het maken van haar microprocessoren, wij gebruiken deze methode om wolfraam en boron-particles vorm te geven in onze olie-additieven.)
De andere benadering is bottom-up productie, wat inhoudt dat we ons product één atoom tegelijk bouwen. Dit kan tijdrovend zijn, dus er wordt een zogenaamd zelfassemblageproces toegepast - onder specifieke omstandigheden schikken de atomen en moleculen zich spontaan in het eindproduct. Nanobasaltweefsels voor vuurvaste coatings zijn daar een mooi voorbeeld van.

Vijf hoofdstukken
De komende periode zullen we u in vijf hoofdstukken meer inzicht geven in het hoe en waarom van nanotechniek in de scheepvaart. U kunt lezen over hoe een techniek (bv. coating, materiaalbehandeling of olie) wordt opgebouwd, waar en waarom een techniek wel en niet zal functioneren, wat de voor- en nadelen zijn en wat het kost en oplevert. De hoofdstukken die worden behandeld zijn:

1. Introductie
2. De functie van mineralen
3. De functie van dragers, binders en katalysatoren
4. Technieken en praktijkvoorbeelden
5. Zelf doen of niet: mogelijkheden en gevaren

Voor verdere informatie en referenties omtrent de producten of applicaties met betrekking tot nanotechniek kunt u contact opnemen met nC Marine via r.vanhoorn@nc-marine.com  voor Nederland of w.jakubczyk@nc-marine.com voor Duitsland.

‘Zo kan het ook’ is een bijdrage van nC Marine waarin oude, nieuwe, andere, maar vooral betere en kosteneffectieve toepassingen vanuit de praktijk worden besproken, waarmee u als binnenvaarder verder kan.