Kalkprobleme mit Unordnung lösen

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(cover image: Angewandte Chemie, 2021-60/52)

Wie kleine Moleküle Kalkablagerungen verhindern

Die Bildung von Kalkabscheidungen ist ein allgegenwärtiges Problem – ob in der Wasserleitung oder beim Geschirrspülen: auf längere Sicht bilden sich hartnäckige Kristalle. Aber auch in der Natur ist Kalkbildung ein wichtiges Thema – man denke nur an die Korallenriffe und den Klimawandel. Bevor es jedoch zur Bildung von Kalkkristallen kommt, bildet Calciumcarbonat eine Reihe von Vorstufen, die weniger geordnet und dadurch besser auf- bzw. abzulösen sind.

Abscheidung von Kalk steuern

Ein internationales Konsortium aus Forscherinnen und Forschern des Technion-Israel Institute of Technology, dem Jülicher Zentrum für Neutronenforschung und Procter & Gamble unter der Leitung von Wissenschaftlern der Friedrich-Alexander-Universität (FAU) konnte nun aufklären, wie die Zugabe kleiner Additive die Abscheidung von Kalk dramatisch beeinflussen kann. Die effizientesten Additive binden besonders stark an die Calciumionen an, sodass eigentlich ein noch hartnäckiger Abscheidungsbelag zu befürchten wäre. Gleichzeitig fangen die Additiv-Calcium-Aggregate jedoch auch Carbonate ein und sorgen dabei für beträchtliche Unordnung in den Abscheidungen. Damit löst sich einerseits viel mehr Kalk als üblich. Wenn sich andererseits aber doch Abscheidungsbeläge bilden, sind diese viel leichter entfernbar. Diese Erkenntnis hilft, geeignete Moleküle zur Vermeidung von Kalkbildung zu finden, sodass Gewässerverunreinigungen – wie z.B. eine Überdüngung durch herkömmlich verwendete Mittel wie Phosphate – künftig besser vermieden werden können.

Das dafür nötige Verständnis der komplexen Wechselwirkungsmechanismen ergab sich aus dem Bündelung verschiedener Forschungsansätze in einem Forschungskonsortium unter der Leitung zweier Arbeitsgruppen der FAU — einerseits aus den Materialwissenschaften (AK Stephan E. Wolf, Technische Fakultät, Lehrstuhl für Glass und Keramik) und andererseits aus der Theoretische Chemie (AK Dirk Zahn, Naturwissenschaftliche Fakultät).

Die Originalpublikation erscheint in Kürze in der renommierten Zeitschrift Angewandte Chemie, (bereits im „EarlyView“ unter https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/ange.202208475). Sie wurde sowohl als „hot paper“ als auch als Highlight der Ausgabe auf der Titelseite ausgezeichnet.

Weitere Informationen

PD Dr. rer. nat. 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