Metalle müssen überall vor Korrosion geschützt werden – von geliebten Autos über berühmte Bauwerke und Skulpturen bis hin zu Schiffen.
Neue Forschungsergebnisse weisen jedoch auf eine bislang unbekannte und in bisherigen Berechnungen nicht berücksichtigte Korrosionsquelle hin: elektrisch geladenes Wasser.
Wie elektrisch geladenes Wasser Korrosion auslöst
Wasser kann auf unterschiedliche Weise elektrische Ladung aufnehmen, etwa wenn es durch eine Gewitterwolke fällt oder über verschiedene Oberflächen gleitet.
Da Wasser sowohl geladen werden kann als auch Metalle angreift, untersuchte ein Team des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Deutschland, ob zwischen diesen beiden Vorgängen ein Zusammenhang besteht.
Die Versuche zeigten: Elektrisch geladenes Wasser kann durch einen intensiven elektrischen Prozess, den sogenannten dielektrischen Durchschlag, Löcher in einer herkömmlichen Schutzschicht auf Kupfer erzeugen.
„Wir haben gezeigt, dass diese geladenen Tropfen die Beschichtung elektrisch durchschlagen und zur Korrosion des Metalls führen können“, schreiben die Forschenden in ihrer veröffentlichten Studie.
„Da sich spontan geladene Wassertropfen auf natürliche Weise bilden, könnte dieser bislang übersehene Korrosionsmechanismus zur Schädigung von Kulturerbestätten, Gebäuden, Schiffen, Autos und anderen Metallbauteilen beitragen.“
Das Forschungsteam führte eine Reihe von Experimenten mit verschiedenen Materialien und Versuchsanordnungen durch.
Die Forschenden stellten fest, dass sich elektrische Ladungen aufbauten, wenn Wassertropfen über Oberflächen liefen; unterschiedliche Materialien wurden dabei in unterschiedlichem Ausmaß geschädigt. (Ni et al., Nature, 2026)
Experimente mit geladenen Wassertropfen und Metallbeschichtungen
Im ersten Versuch rollten Wassertropfen über vier verbreitete Oberflächen: ein Pflanzenblatt, eine dünne PVC-Hartschaumplatte, Polystyrol sowie mit Wasser abweisend beschichteten Quarz. Anschließend fielen die Tropfen auf Kupferproben, die entweder mit Teflon oder Polystyrol überzogen waren.
In einem weiteren Aufbau glitten Tropfen über eine durchgehende Teflonoberfläche, welche zwei aneinandergrenzende Materialien bedeckte.
Gemessen wurden sowohl die elektrische Ladung der Tropfen während ihres Gleitens als auch die Korrosionsmuster, nachdem viele Tausende Tropfen auf die beschichteten Metalloberflächen geprallt oder über sie geglitten waren.
Zusammengenommen ergaben die Tests, dass Wassertropfen beschichtete Metalle wie Kupfer und Gold beschädigten – nicht bloß durch den Aufprall, sondern auch allein durch ihre Bewegung über die Oberfläche.
Mithilfe einer leistungsstarken Mikroskopietechnik konnten die Forschenden die Schäden sichtbar machen und die Produkte der stattgefundenen Korrosionsreaktionen charakterisieren.
Wurden dagegen elektrisch neutrale Wassertropfen auf das geschützte Kupfer gegeben, trat keine Beschädigung auf.
Nahaufnahmen einiger Schäden, die nach 3.000 geladenen Tropfen in den Metallbeschichtungen beobachtet wurden. (Ni et al., Nature, 2026)
Erst vor Kurzem erkannten Wissenschafterinnen und Wissenschafter, dass gleitende Wassertropfen durch einen Ladungsaustausch mit der Oberfläche elektrisch geladen werden können – ähnlich wie bei der statischen Elektrizität.
Die neue Arbeit erweitert das Verständnis dafür, wie diese geladenen Tropfen auf Materialien des Alltags einwirken.
Sobald das Metall freiliegt, ist es korrosionsanfällig. Dass Regen und Wasser Metalle zersetzen können, war Forschenden zwar schon bekannt und ist ein weithin anerkanntes Problem. Möglicherweise muss aber neu bewertet werden, worauf diese Schäden zurückzuführen sind und wie man sich davor schützt.
„Nach dem herkömmlichen Verständnis wird das durch Wassertropfen verursachte Versagen einer Beschichtung vor allem zwei Mechanismen zugeschrieben: dem physikalischen Abrieb durch sich bewegende Tropfen und dem chemischen Abbau durch saure Substanzen und Schadstoffe im Tropfen“, schreiben die Forschenden.
Bedeutung für Korrosionsschutz und Industrie
Die Resultate sind aufschlussreich, doch die Studie beschränkte sich auf Laborversuche. Derzeit ist etwa unklar, wie viel Regenwasser eine elektrische Ladung tragen könnte, die stark genug ist, um Metall zu schädigen.
Dennoch handelt es sich um eine reale Möglichkeit. Künftige Studien sollten genauer bestimmen können, welcher Anteil der Materialalterung auf diese geladenen Wassertropfen zurückgeht.
„Geladene Tropfen können auf natürliche Weise in Wolken, Gewittern, Meereswellen, Springbrunnen und Wasserfällen entstehen oder beim Gleiten über hydrophobe Materialien, bevor sie auf das beschichtete Metall treffen“, schreiben die Forschenden.
„Sie treten auch bei industriellen Prozessen wie elektrostatischem Sprühen, Tintenstrahldruck und Reaktionen in der chemischen sowie pharmazeutischen Produktion auf. Daher könnte diese Korrosionsursache in vielen Alltags- und Industrieprozessen von Bedeutung sein.“
Können Forschende die Gefahr von elektrisch geladenem Wasser für geschützte Metalle genauer beziffern, könnten sie auch verbesserte Beschichtungen entwickeln, die dem hier beobachteten dielektrischen Durchschlag standhalten.
Da nun bekannt ist, wonach gesucht werden muss, hält das Studienteam ähnliche Korrosion auch bei anderen als den getesteten Materialien für möglich.
„Natürlich geladene Tropfen können eine Beschichtung elektrisch durchschlagen und dadurch die Korrosion beschichteter Metalle auslösen oder verstärken“, schreiben die Forschenden.
„Unsere Ergebnisse können Strategien zum Korrosionsschutz verbessern und unterstreichen den Bedarf an Schutzmaterialien, die ladungsbedingten Schäden durch Wassertropfen widerstehen können.“
Die Forschung wurde in Nature veröffentlicht.
Dieser Artikel wurde von Clare Watson auf Fakten geprüft und von Clare Watson redigiert. Wir sind stolz auf unseren Prozess, doch auch wir sind nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.
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