Rettung für kostbare Wracks

Die gute Nachricht: Das Schicksal der Korrosion, das neben der Vasa auch vielen anderen gehobenen hölzernen Überresten droht, lässt sich bei künftigen Bergungen problemlos – und vor allem kostengünstig – vermeiden. Denn ein Team aus Wissenschaftlern der Universität L ’Aquila in Italien, des italienischen staatlichen Forschungsrats CNR und des pan-europäischen Neutronen-Forschungsinstituts Laue-Langevin (ILL) im französischen Grenoble beschrieb nun in der Fachpublikation „Nanomaterials“ einen neuen Weg, um solche Objekte vor dem Ruin zu bewahren. Der Trick besteht darin, die Artefakte zu entsäuern und so zu konservieren, dass ihnen kein Zerfall mehr droht. Dazu tauchen die Forscher die hölzernen Strukturen vor dem obligatorischen PEG-Bad in eine leicht herstellbare wasserbasierte Suspension aus basisch wirkenden Kalziumhydroxid- und Magnesiumhydroxid-Nanopartikeln. Die winzigen Teilchen dringen zerstörungsfrei in die Holzporen ein und neutralisieren die darin enthaltene Säure.

In Wasser lösliche Winzlinge

Nanopartikel, die nur etwa ein Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares haben, kommen schon seit einigen Jahren bei der Entsäuerung von wasserdurchtränkten hölzernen Artefakten zum Einsatz. Doch das Besondere an der französisch-italienischen Entwicklung ist, dass sich die konservierenden Kleinstteilchen direkt in Wasser statt wie bisher nur in Alkohol gewinnen lassen. Das bringt mehrere entscheidende Vorteile mit sich: Das Lösungsmittel Alkohol ist eine leicht flüchtige und entflammbare Substanz, die gerade beim Einsatz in großem Maßstab – Schiffswrackteile werden bislang üblicherweise in 12 mal 6 Meter großen Bassins entsäuert – ein enormes Sicherheitsrisiko darstellt. Zudem sind alkoholische Lösungen, vor allem in hohen Konzentrationen, sehr aufwendig und damit teuer zu produzieren, was ihren Einsatz meist schon aus finanziellen Gründen ausschließt. Das neue Verfahren auf Wasserbasis kostet dagegen nur etwa ein Hundertstel der herkömmlichen Methode mit Alkohol.

Grundlage für die neue Technik war die Arbeit von Giuliana Taglieri, einer Materialforscherin an der Universität L ‘Aquila. Sie entwickelte eine Methode für die Herstellung von reinen und kristallinen Kalziumhydroxid- und Magnesiumhydroxid-Nanopartikeln, die einen speziellen Prozess zum Austausch von Ionen nutzt. Er findet bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck in Wasser statt und basiert auf kostengünstigen, erneuerbaren Ausgangsstoffen. Taglieris inzwischen patentierte Methode erfordert nur einen einzigen Syntheseschritt in einem herkömmlichen Reaktor, der nicht länger als 15 Minuten dauert.

In großem Maßstab anwendbar

„Dadurch ist es möglich, die Konservierungssuspension für eine Entsäuerungsbehandlung auch in großem Maßstab preisgünstig, nachhaltig und risikoarm bereitzustellen“, sagt der Chemiker Ralf Schweins vom ILL. Das Institut half mit Experimenten zur Streuung von Neutronen dabei zu ermitteln, ob die produzierten Nanopartikel die benötigte Größe, Form und Löslichkeit haben. „Gemeinsam mit dem Team von Giuliana Taglieri haben wir so die Beschaffenheit der Teilchen für den gewünschten Zweck optimiert“, berichtet Schweins.

Was die neutralisierende Wirkung betrifft, ist die wasserbasierte Suspension den konventionellen alkoholbasierten Lösungen mindestens ebenbürtig: Die neuartigen Nanopartikel dringen mühelos in die Holzporen ein, wo sie ein auskleidendes Polster bilden und einenbasischen pH-Wert in den zu schützenden Strukturen erzeugen. Als erste Proben, um das neue Verfahren zu testen, dienten zwei bis drei Zentimeter dicke Späne aus dem Rumpf eines 2000 Jahre alten gallorömischen Schiffs, das vom Grund eines Flusses in Frankreich gehoben wurde.

Wirksam gegen Säure und Eisen

Den Säureabbau in den Holzporen hat das Forscherteam gemeinsam mit den Entsäuerungs- und Konservierungs-Experten der Firma ARC Nucléart aus Grenoble durch verschiedene bildgebende Verfahren dokumentiert, etwa durch Rasterkraftmikroskopie, Elektronenmikroskopie und Röntgensondierung. Das neue nanotechnische Verfahren wirkt sowohl bei Holzteilen, in deren Poren Säure eingeschlossen ist, als auch bei solchen, die lediglich Säurevorläuferprodukte wie beim Eisen von Schiffsnägeln enthalten.

„Die Erkenntnisse aus den kombinierten Neutronen- und Röntgenuntersuchungen bestätigen das enorme Potenzial der Nanotechnik für die Konservierung“, betont die ebenfalls an dem Projekt beteiligte Claudia Mondelli, die zugleich Mitglied des italienischen staatlichen Forschungsrats ist. Die Physikerin sieht in der neuen Technik einen Durchbruch – auch für andere wissenschaftliche Disziplinen wie die Archäologie oder die Anthropologie: „Diese Erkenntnisse sind von unschätzbarem Wert, denn sie helfen uns zu verstehen, wie wir Schäden an antiken Objekten vermeiden oder zumindest begrenzen können“, sagt Mondelli. „Gleichzeitig ermöglichen sie uns, historische Zeugnisse für künftige Generationen zu erhalten.“

Zu spät für die Riesengaleone

Allerdings: Für die Vasa kommt das neue Konservierungsverfahren um einige Jahrzehnte zu spät. Als das Schiff geborgen wurde, gab es dafür noch keine effizienten Entsäuerungsmethoden. „Ohne die künstliche, schützende Umgebung im Museum würde das Wrack schon nach kurzer Zeit zersetzt werden und letztlich zu Staub zerfallen“, erklärt Claudia Mondelli und verweist auf einen Vorfall, der sich vor rund 20 Jahren ereignet hat. Damals versagte die hochkomplizierte Klimaanlage im Vasa-Museum ihren Dienst, und die Substanz des Schiffs nahm in kürzester Zeit beträchtlichen Schaden. Seither wird jedes Bauteil regelmäßig mit bildgebenden Verfahren und per Klopftest auf Anzeichen von Zersetzung überprüft.

„Hätte man damals nach der Bergung des Wracks unser Verfahren angewandt, hätte man der Vasa dieses Schicksal ersparen können“, meint Mondelli. Stellt sich die Frage: Warum unterzieht man das weltberühmte Exponat nicht nachträglich der neuen Prozedur mit wasserlöslichen Magnesiumhydroxid- und Kalziumhydroxid-Nanopartikeln?

„Das wäre ungleich komplizierter“, erklärt Ralf Schweins. „Zunächst müsste man das vor Jahrzehnten eingebrachte PEG wieder aus dem Holz herauswaschen, weil es die Poren verfüllt und damit unzugänglich macht. Erst danach ließe sich die Vasa mit unserer neutralisierenden Suspension behandeln. Anschließend müsste sie zur Stabilisierung abermals in ein PEG-Bad getaucht werden.“ Auch wenn eine PEG-Behandlung mit heutigen effizienteren Methoden keine 17 Jahre mehr in Anspruch nähme, müsste der Besuchermagnet doch für längere Zeit aus dem Museum verschwinden.

Das Team der Universität L ʼAquila und des ILL hofft, für seine weitere Forschung noch mehr und vor allem größere Proben von dem 2000 Jahre alten gallorömischen Schiff aus Frankreich zu erhalten. „Wir brauchen größere Bauteile, um daran zu demonstrieren, dass unser Verfahren nicht nur gut funktioniert, sondern die beste Lösung für das altbekannte Entsäuerungs- oder Konservierungsproblem ist – unter Berücksichtigung aller relevanten Faktoren wie Kosten, Umweltverträglichkeit, Sicherheit und Skalierbarkeit“, sagt Claudia Mondelli.

Damit könnten in Zukunft nicht nur Schiffswracks, sondern auch viele andere versunkene Artefakte wie Brücken oder Bauteile von Pfahlhäusern, die derzeit noch im Wasser ruhen, für Öffentlichkeit und Wissenschaft zugänglich gemacht werden, ist die Forscherin überzeugt.

Auch eine vollständige Entsäuerung und Konservierung des gallorömischen Schiffes wäre möglich. Sie würde nur rund ein Jahr dauern, schätzt Chemiker Ralf Schweins. „Nach der Hebung würde man das Schiff demontieren und die einzelnen Elemente für etwa sechs bis zwölf Monate in große Bassins mit einer 40-prozentigen PEG-Lösung eintauchen“, erklärt er. „Außerdem müssten die bis zu etwa 20 Zentimeter dicken Balken und Planken rund einen Monat in unserer Suspension aus basischen Kalziumhydroxid- und Magnesiumhydroxid-Nanopartikeln behandelt werden.“

Künftig wollen die Forscher Behandlungszeit, Aufwand und Kosten noch deutlich reduzieren. Versuche zu Verbesserungen des Verfahrens laufen bereits in den Laboren von ARC Nucléart.

Neuer Fund vor Stockholm

Theoretisch könnte das in Frankreich und Italien entwickelte Nanoverfahren schon bald bei einem weiteren historisch wichtigen schwedischen Wrack zum Einsatz kommen. Ende 2019 hatte ein Team aus Meeresarchäologen und Marinetauchern vor der Stockholmer Schäreninsel Vaxön ein versunkenes Schiff aufgespürt, das verblüffende Ähnlichkeit mit der Vasa aufweist.

Die im März 2020 vorgelegten Analyseergebnisse von Holzproben aus dem Rumpf ergaben, dass es in der ersten Hälfte des 17. Jahrhunderts aus nordeuropäischem Eichenholz gebaut wurde. Das erhärtet den Verdacht, es handle sich bei dem Wrack um ein Schwesterschiff der Vasa. Dazu passt auch, dass laut zeitgenössischen Archiven die schwedischen Galeonen Äpplet (Jungfernfahrt 1629), Kronan (1632) und Scepter (1634) nach Ende des Dreißigjährigen Krieges vor Vaxön versenkt wurden. Womöglich sollten sie dort eine unter Wasser liegende Sperre gegen anrückende feindliche Schiffe bilden.

Präsentiert werden soll dieser aufsehenerregende Fund im neuen digitalen Museum Vrak, das 2021 im Stockholmer Stadtteil Djurgarden eröffnet werden soll und seinen Besuchern versunkene Schiffe näherbringen wird – vornehmlich anhand von Unterwasservideos und Animationen. Auf eine Hebung des vor Vaxön liegenden Wracks, so heißt es in Schweden, wolle man vorläufig verzichten, weil derlei hölzerne Artefakte im Wasser und im Schlamm „bestmöglich konserviert“ seien. Doch ILL-Forscher Ralf Schweins sieht das anders und meint, dass „die Schweden ihre Position vielleicht ändern, wenn unser Verfahren seine Tauglichkeit für komplette Schiffe unter Beweis gestellt hat“.

Schließlich biete die neue Entsäuerungs- und Konservierungsmethode nicht nur die Chance, gehobene Wracks nach der Bergung zeit- und kostensparend aufzubereiten. Auch die künftige Lagerung im Museum wäre erheblich preisgünstiger als im Fall der Vasa, wie Schweins vorrechnet: „Wenn ein Schiff durch unsere Methode entsäuert ist, braucht man keine aufwendige Spezialklimakammer mehr wie jene im Vasa-Museum, die sowohl in der Anschaffung als auch in Betrieb und Wartung sehr teuer ist.“

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…