Neuer Ansatz zur Bekämpfung von Kalkablagerungen. | Entstehung läuft anders ab als bisher angenommen. | Potsdam. Kalkablagerungen in Kaffee- und Waschmaschinen, Geschirrspülern und anderen Geräten, die mit Wasser arbeiten, verursachen weltweit in Privathaushalten und Industrieanlagen jährliche Schäden von 50 Milliarden Dollar. Je höher der Gehalt von Kalzium-Karbonat im Wasser, desto größer ist die Gefahr von Kalkablagerungen. Die Härte des Wassers wird im Durchschnitt zu etwa 70 Prozent von Kalzium-Ionen und maximal 30 Prozent von Magnesium-Ionen verursacht.
Steigt der allgemeine Gehalt an Kalzium-Karbonat und damit die Wasserhärte, wächst die Gefahr von Kalkablagerungen. Bisher ging man davon aus, dass sich in weichem Wasser, also bis acht Grad deutscher Härte, keine Kalzium-Karbonat-Moleküle zusammen anlagern beziehungsweise sich wieder auflösen.
Cluster auch in weichem Wasser
Die Wissenschafter des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam haben dies nun widerlegt: Selbst in sehr weichem Wasser, das keinen Kalk abscheidet, können Kalzium- und Karbonat-Ionen sofort stabile, wenn auch mit nur etwa 70 Ionen recht kleine Cluster (Verklumpungen) bilden. Nehmen die Kalziumkonzentrationen zu, aggregieren die nanokleinen Cluster und kristallisieren schließlich.
Weiter fanden die Wissenschafter heraus, dass der pH-Wert des Wassers die Kristallbildung und -strukturen beeinflusst. Je schwächer basisch das Wasser, desto stabiler ist die Kristallstruktur des Kalzium-Karbonats, bei stärker basischem Milieu entsteht dagegen Vaterit, ein instabiler Kristall.
Könne man die Kristallisierungsprozesse beeinflussen, so habe man einen neuen Ansatz für die Bildung beziehungsweise Verhinderung von Kalkablagerungen gefunden, sagen die Wissenschafter. Neue, bessere Anti-Verkalkungsprodukte könnten hergestellt werden. Mit Erfolg prüften sie ihre neuen Ergebnisse an anderen Kalziumverbindungen nach.
Für Klimaschutz und Wirtschaft positiv
Auch für den weltweiten Klimaschutz sind die neuen Erkenntnisse aus Potsdam von Bedeutung. Da in Kalkablagerungen Kohlendioxid gebunden wird, verursacht ein Sinken des pH-Werts in den Ozeanen ("Versauerung") den Aufstieg von zuvor als Karbonat gebundenem CO2 in die Erdatmosphäre. Dies hat eine weitere Aufheizung des Weltklimas zur Folge. Weil der in Karbonat gebundene CO2-
Anteil größer sein dürfte
als bisher angenommen, nimmt auch die Versauerung der Ozeane zu.
Wirtschaftlich lassen sich die neuen Erkenntnisse für Biomineralisationsvorgänge, zum Beispiel wie Schnecken und Muscheln ihre Schalen bilden, ebenfalls nutzen. Neue synthetische Hochleistungsmaterialien für die Medizin (Knochenersatz) und die Baustoffindustrie könnten mit diesem präziseren Wissen um die Entstehung von Kalkablagerungen hergestellt werden.