In der Messtechnik für maritime und brackwasserhaltige Umgebungen sind piezoresistive Sensoren unverzichtbare Werkzeuge. Sie liefern präzise Daten über Druck, Füllstand oder andere Parameter – selbst unter extremen Bedingungen. Doch zwei unsichtbare Gegner können die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer dieser Sensoren erheblich beeinträchtigen: Biofouling und Wasserstoffeintrag durch Elektrolyseprozesse. Dieser Beitrag beleuchtet beide Phänomene und zeigt praxisnahe Lösungen auf.
Biofouling ist der biologische Bewuchs und beschreibt die Ansammlung von Mikroorganismen, Algen, Pflanzen und Kleintieren auf feuchten Oberflächen. Für die Messtechnik bedeutet das:
Messungen werden ungenau
Sensoren müssen häufiger gewartet oder ersetzt werden
Die Betriebskosten steigen
Betroffen sind vor allem Anlagen mit direktem Wasserkontakt, wie Teichsysteme, Schiffsrümpfe, Rohrleitungen, Offshore-Plattformen, Wasserreservoirs und natürlich die Sensoren, die dort verbaut sind. Biofouling ist in der maritimen Industrie, in der Umweltmesstechnik und in der Wasserwirtschaft ein weit verbreitetes Problem. Es wird mit verschiedenen Antifouling-Maßnahmen bekämpft – dazu gehören spezielle Beschichtungen, Ultraschalltechnologien oder elektrochemische Verfahren, die das Wachstum der Organismen verhindern oder verzögern sollen.
Antifouling-Strategien: Schutzmechanismen im Überblick
Toxische Beschichtungen: Wirksam, aber zunehmend durch Umweltregulierungen wie die EU-Biozid-Richtlinie eingeschränkt oder verboten.
Ungiftige Antihaft-Beschichtungen: Meist auf Silikon- oder Polymerbasis, verhindern sie die Anhaftung durch niedrige Oberflächenenergie.
Ultraschalltechnologie: Hochfrequente Vibrationen stören die Ansiedlung von Organismen.
Gepulste Laserimpulse: Plasma-Technologie tötet Biofouling punktgenau ab.
Elektrolyse mit Kupferionen: Effektiv, aber mit potenziellen Nebenwirkungen – insbesondere auf Sensoren.
Bei elektrolytischen Antifouling-Systemen wird durch Spannungsunterschiede Kupfer aus einer Anode freigesetzt, um biologischen Bewuchs zu hemmen. Dabei entstehen jedoch auch Wasserstoff-Ionen (H⁺), die sich in Richtung der Kathode – meist der Schiffsrumpf oder das Tankgehäuse – bewegen.
Problematisch wird es, wenn Sensoren in unmittelbarer Nähe dieser Kathode installiert sind:
Die positiv geladenen Wasserstoff-Ionen wandern in Richtung des Sensors
Gelangen sie durch die dünne Membran des Sensors ins Innere, bilden sie dort molekularen Wasserstoff (H₂)
Dieser sammelt sich in der Füllflüssigkeit
Langzeitschäden durch Wasserstoffanreicherung
Die Konsequenzen für piezoresistive Sensoren sind gravierend:
Membranaufblähung: Die Membran dehnt sich unkontrolliert aus
Messwert-Drift: Sensoren liefern ungenaue, instabile Daten
Lebensdauerverkürzung: Ein frühzeitiger Ausfall ist häufig die Folge
Materialwahl als Schlüssel: Warum Edelstahl nicht genügt
Langzeitstudien an Edelstahl-Sensoren, die zwei bis drei Jahre in Ballasttanks verbaut waren, zeigen deutlich:
Edelstahl ist diesen Belastungen nicht dauerhaft gewachsen.
Wasserstoffdiffusion durch die Membran
Chlorinduzierte Spaltkorrosion
Mechanische Ermüdung
Titan hingegen überzeugt durch:
Hervorragende Korrosionsbeständigkeit
Geringe Wasserstoffpermeabilität
Langfristige Stabilität in Meer- und Brackwasser
Basierend auf über zehn Jahren Erfahrung setzt STS Sensors bei maritimen Anwendungen konsequent auf:
Piezoresistive Sensoren ohne Elastomere
Titan-Gehäuse und Titan-Membran
Robuste Bauweise für extreme Umweltbedingungen
Das Ergebnis: Langlebige, zuverlässige Sensorlösungen für anspruchsvollste Anwendungen in Ballasttanks, Offshore-Anlagen, Hafeninfrastrukturen und Unterwasser-Messsystemen.
Wer Sensoren in maritimen Umgebungen einsetzt, muss mehr als nur die Messgenauigkeit im Blick haben. Biofouling und elektrolytisch verursachter Wasserstoffeintrag stellen ernstzunehmende Risiken dar – technisch, wirtschaftlich und ökologisch.
Mit durchdachtem Design, geeigneten Materialien und langjähriger Anwendungserfahrung bietet STS eine Lösung, die nicht nur misst, sondern langfristig funktioniert.