Nachhaltiger Korrosionsschutz durch Digitalisierung

VIPCOAT soll unter anderem die Luftfahrtindustrie dabei unterstützen, die Entwicklung von maßgeschneiderten Korrosionsschutztechnologien nicht nur schneller und kostengünstiger, sondern vor allem auch nachhaltiger und umweltfreundlicher gestalten. Foto: © Airbus SAS – All rights reserved.

Korrosion, also die elektrochemische Reaktion von unedlen Metallen mit Sauerstoff oder anderen Komponenten aus der Umwelt, verursacht hohen Wartungsaufwand bis hin zu Schäden am Werkstoff. Das führt nicht nur zu fehlerhaften Materialien, sondern auch zu immensen Kosten- und Ressourcenbedarfen – hier besteht dringender Handlungsbedarf. Derzeit gibt es noch keine Plattform, die die Entwicklung innovativer Technologien für den Korrosionsschutz unterstützt. Und zwar entlang von Produktionsketten. VIPCOAT will das ändern: VIPCOAT steht für “Virtual Open Innovation Platform for Active Protective Coatings Guided by Modelling and Optimization”. Gemeinsam mit Partnern aus Deutschland, Belgien, Luxemburg, Norwegen, Portugal, Großbritannien und den Niederlanden hat das Helmholtz-Zentrum Hereon das Projekt auf den Weg gebracht. Das am Hereon neu gegründete Institut für Oberflächenforschung unter der Leitung von Prof. Mikhail Zheludkevich übernimmt hier eine zentrale Rolle. Der Start fällt auf den 1. Mai 2021; das Projekt ist über vier Jahre finanziert.

„Unser Ziel ist es, eine offene Innovationsplattform zu erstellen, die von Forschung, Industrie, Politik und öffentlichen Einrichtungen gleichermaßen genutzt werden kann“, erläutert Dr. Natalia Konchakova, Koordinatorin des Projekts und Wissenschaftlerin im Institut für Oberflächenforschung am Hereon. Der Ansatz ermöglicht einen effektiven Wissenstransfer und Kommunikation zwischen allen Beteiligten. So soll die Plattform zugleich Datenbank (für experimentelle, industrierelevante und Modellierungsdaten), Wissensinfrastruktur und Simulationsbasis sein. Dabei werden maschinelles Lernen und physikbasierte Modellierungen gekoppelt, um industriell relevante Materialentwicklungsprozesse zu optimieren: „VIPCOAT soll die Industrie unterstützen, die Entwicklung von maßgeschneiderten Korrosionsschutztechnologien nicht nur schneller und kostengünstiger, sondern vor allem auch nachhaltiger und umweltfreundlicher gestalten“, so Natalia Konchakova. „Die beste Rezeptur für die Beschichtung zu finden, ist nicht leicht. Deshalb möchten wir die Industrie durch die Bereitstellung von Modellen und der Innovationsplattform bestmöglich unterstützen.“

Hilfe durch Materialmodellierungen und Simulationen

Die Industrie steht vor Fragen wie zum Beispiel: Wie sieht die Mikrostruktur der Beschichtung aus? Was passiert auf der Nanoebene, wenn eine Beschichtung einen Defekt erfährt? Mit welchen umweltschonenden Zusatzstoffen können Oberflächenschutzsysteme korrosionsbeständiger werden? Wie verhalten sich die Korrosionsschutzschichten unter realen Bedingungen, also abwechselnd im trockenen und nassen Zustand? Dies alles und noch mehr wird künftig mithilfe von Materialmodellierungen und Simulationen auf der Plattform beantwortet.

Um Korrosionsprozesse zu unterbinden, verwendeten die Flugzeug- und Automobilindustrie beispielsweise über viele Jahre Substanzen, welche inzwischen nicht mehr den aktuellen EU-Umweltstandards entsprechen. Industrie und Forschung arbeiten intensiv an Ersatzlösungen. VIPCOAT setzt genau hier an: Mithilfe der Modellierungen und der Innovationsplattform werden die Entwicklung und Optimierung umweltfreundlicher Alternativen vorangetrieben.

Offener Innovationsansatz

„Für die Luftfahrtindustrie stellt die digitale Transformation ein wichtiges Element und eine Chance dar, um die aktuelle wirtschaftliche Krise zu überwinden und gestärkt daraus hervorzugehen. VIPCOAT liefert einen wertvollen Beitrag zum digitalen Materialdesign und der Vorhersage der Alterungsbeständigkeit“, sagt Theodor Hack, Experte für Korrosion und Korrosionsschutz bei Airbus, Central Research and Technology.

Eine Aufnahme mit dem Rasterelektronenmikroskop von polymeren Mikrokapseln, die mit Korrosionsinhibitor beladen sind und vom VIPCOAT-Partner Smallmatek im Pilotmaßstab hergestellt wurden. Foto: Smallmatek

„Anschließend soll die Plattform auch auf andere Industriesektoren wie die Automobilbranche, Maritime Industrie, Infrastrukturen zur Energieerzeugung, aber auch für medizinische Geräte oder das Bauingenieurwesen anwendbar sein“, so Dr. Peter Klein, Wissenschaftler am Fraunhofer ITWM. Der offene Innovationsansatz soll so zu einem entscheidenden Wettbewerbsvorteil der Sektoren beitragen und den Technologietransfer stärken.

Die beiden beteiligten deutschen Forschungsinstitutionen, Hereon und Fraunhofer ITWM, werden im Rahmen von VIPCOAT ihre Expertise im Bereich Schutzschichten mit Korrosionsinhibitoren beziehungsweise mit Anti-Korrosions-Pigmenten ausbauen und Modelle zur Materialentwicklung und Optimierung erstellen. Hier liegt der Fokus auf nachhaltigen Infrastrukturen für Offshore-Windenergieanlagen und grünen Meeresenergietechnologien. So sollen die Ergebnisse von VIPCOAT direkt die Ziele des europäischen Green Deals unterstützen.

Konsortium

Das Konsortium des Projekts besteht neben dem Helmholtz-Zentrum Hereon aus folgenden Partnern: Airbus Operations GmbH, Airbus Defence and Space GmbH, Akzo Nobel Car Refinishes BV, ELYSCA NV, Wkki Limited, Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Smallmatek – Small Materials and Technologies, Norwegian University of Science and Technology, Luxembourg Institute of Science and Technology, SINTEF, Vrije Universiteit Brussel (VUB) und Technische Universität Delft. Im Rahmen des Horizon 2020 Programms, speziell dem Bereich “Nanotechnologies, Advanced Materials, Biotechnology, and Advanced Manufacturing and Processing" (NMBP) wird VIPCOAT mit insgesamt 5.519.625 Millionen Euro gefördert (Grant Agreement No. 952903).