FAU-Forschende finden Methode, um Kalkablagerungen zu verhindern
Kalkprobleme mit Unordnung lösen
Ob Schlieren auf den Gläsern oder Verkrustungen im Geschirrspüler – Kalk ist ein allgegenwärtiges Problem. Eine internationale Forschungskooperation unter Leitung von zwei Wissenschaftlern der FAU hat nun untersucht, wie genau Zusatzstoffe im Geschirrspülmittel die Kalkbildung verhindern. Mit dem Wissen über die Mechanismen können so nachhaltigere Zusatzstoffe entwickelt werden. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht.
Kalkkristalle oder Vorstufen von Kalk – wie der weiße Schleier, der auf Gläsern zurückbleibt – entstehen, wenn Wasser trocknet und die festen Bestandteile übrigbleiben. Um diese Abscheidungen zum Beispiel in der Spülmaschine zu verhindern, werden dem Geschirrspülpulver Phosphate beigesetzt. Phosphate sind jedoch gleichzeitig Dünger und dieser gelangt mit dem Wasser früher oder später in die Flüsse und Meere. Dort reichern die Phosphate das Wasser mit Nährstoffen an. Dadurch können sich bestimmte Algen zu stark vermehren und es kommt zur sogenannten Algenpest, die zum massenhaften Sterben anderer Lebewesen und Pflanzen führt.
Um in Zukunft auf Phosphate zu verzichten, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung von Priv.-Doz. Dr. Stephan E. Wolf, Lehrstuhl für Glas und Keramik, und Prof. Dr. Dirk Zahn, Professur für Theoretische Chemie, der FAU untersucht, wie Phosphate und andere Zusatzstoffe die Abscheidungen verhindern. Dabei haben sie unterschiedliche Wirkungsmechanismen entdeckt. Sie konnten zeigen, wie die komplexen Mechanismen genau funktionieren und wie sie sich optimal ergänzen. So war es ihnen möglich, einen Zusatzstoff vorzuschlagen, der Phosphat in seiner Funktion sehr stark ähnelt, aber umweltverträglicher erscheint. Dieser sorgt für große Unordnung in den Abscheidungen und verhindert so, dass sich geordnete Kristalle mit stabiler Packung der Calcium und Carbonat-Ionen bilden können. So entstehen entweder gar keine Abscheidungen oder sie sind wegen ihrer ungeordneten Struktur leichter abzulösen.
Das Team konnte nicht nur aufklären, welche Mechanismen eine Kalkablagerung verhindern, sondern auch neue Erkenntnisse über die Kalkbildung gewinnen. “Wir haben festgestellt, dass die Kalkbildung grundsätzlich sehr viel komplexer ist, als wir uns vorgestellt hatten“, erklärt Prof. Dr. Dirk Zahn. Die neuen Erkenntnisse helfen auch zu verstehen, wie Organismen in der Natur die Kalkproduktion steuern. Für eine Muschel ist es beispielsweise überlebensnotwendig, die Kalkproduktion für ihre Muschelschale zu kontrollieren. „Gerade im Hinblick auf den Klimawandel müssen wir auch verstehen, was Organismen, die Kalk produzieren, wie Korallen, Muscheln und Meeresschnecken, besonders schadet. Nur so können wir sie ausreichend schützen“, sagt Dr. Stephan E. Wolf.
An dem Projekt waren neben den Teams von Priv.-Doz. Dr. Stephan E. Wolf und Prof. Dr. Dirk Zahn auch Forscherinnen und Forscher des Technion-Israel Institute of Technology, das Jülicher Zentrum für Neutronenforschung und das Unternehmen Procter & Gamble beteiligt.
Weitere Informationen
Dr. Stephan E. Wolf
Lehrstuhl für Glas und Keramik
stephan.e.wolf@fau.de
Prof. Dr. Dirk Zahn
Professur für Theoretische Chemie
dirk.zahn@fau.de