Projektentwicklung1

1. Stand der Forschung/Ent- wicklung

Seit einigen Jahrzehnten gibt es Versuche, auch im Schiffbau verstärkt auf ökologische Kriterien zu achten. Dabei haben sich zwei Entwicklungslinien ergeben, die beide ihre Berechtigung haben:

1. versucht man, die vorhandenen Schiffstypen in ökologischer Hinsicht zu verbessern, z.B. durch Partikelfilter und Entschwefelung der Abgase, Veringerung des Widerstandes und damit Einsparung von Treibstoff usw. - Maßnahmen also, die kurzfristig und in breitem Umfang zu Resultaten führen können. Dieses Ziel wird z.B in der dänischen Initiative "Green Ship" verfolgt.

2. Auf die fernere Zukunft sind Bemühungen gerichtet, ganz neue Schiffstypen zu entwickeln, bei denen ökologische Aspekte bereits in das Design eingehen.

Insbesondere geht es hier um die Nutzung erneuerbarer Energien zum Schiffsantrieb. In diese Kategorie gehört das vorliegende Projekt, und alle folgenden Ausführungen beziehen sich auf diese Zielsetzung.
 
Pläne zur Umgestaltung von Segelschiffen in der Form, dass die Bedienung der Segel maschinell erfolgen kann, gibt es schon lange. Die praktische Anwendung blieb bisher allerdings in der kommerziellen Schifffahrt auf wenige Einzelfälle beschränkt. Dazu gehört auch der Flettner-Rotor, der zur Zeit in Gestalt des "E-Ship 1" eine Renaissance erlebt. Eine Neuentwicklung ist das Skysail, bei dem ein Zugdrachen als Zusatzantrieb verwendet wird. Insgesamt aber bleibt der Windantrieb eine Domäne des Sports. Das Segel - auch das Skysail - hat den  Nachteil, dass man damit nicht gegen
den Wind fahren und während der Liegezeiten keine Energie speichern kann.

Beide Nachteile werden vermieden, wenn man anstelle von Segeln Windturbinen verwendet; es ist inzwischen empirisch erwiesen, dass man damit sogar direkt
gegen den Wind fahren kann. Trotzdem
blieb auch diese Anwendung auf wenige Versuchsfahrzeuge bzw. auf den Sportsektor beschränkt.

Eine größere Verbreitung haben
Solarschiffe gefunden, die ja ebenfalls während der Liegezeiten Energie sammeln können. Allerdings bleibt die photovoltaisch erzielbare Antriebsleistung sehr bescheiden. Solche Schiffe werden deshalb vorwiegend in ökologisch sensiblen Regionen und als Wohn- oder Ausflugboote verwendet, wo es auf Schnelligkeit nicht ankommt. Ihre Batterien werden in der Regel während der Liegezeiten zusätzlich an der Steckdose aufgeladen. Immerhin ist bereits eine Atlantik-Überquerung gelungen, eine Welt-Umrundung ist zur Zeit (2011 - 2012) im Gange, und zwar mit der TûrandorPlanet-Solar. Dieses Schiff dürfte das weltweit effektivste und im Hinblick auf die Solarenergie optimal konstruierte Solarboot sein. Trotzdem ist diese 31-m-Yacht mit durchschnittlich 85 PS auf einer südlichen Route selbst für bescheidene ökologische Ansprüche untermotorisiert. Die Sonne gibt einfach nicht mehr her. 
Deshalb gibt es seit einigen Jahren Entwürfe für Schiffe, die außer der Sonnenenergie noch andere auf dem Meer verfügbare Energiequellen nutzen, insbesondere Wind und Wellen. Begonnen hat es 2005 mit der "Orcelle" der Reederei Wallenius Wilhelmsen. Bei diesem Übersee-Autotransporter sind die Solarzellen auf starren Segeln montiert, die mit Motorkraft auf den Wind ausgerichtet werden können. Die Wellenenergie soll mit Hilfe von Platten ("Flossen") genutzt werden, die unten am Rumpf beweglich angebracht sind. Diese Platten sollen zugleich als Antriebsorgan des Schiffes dienen. Realisiert wurde dieses Schiff bisher nicht. Berechnungen der zu erwartenden Leistung liegen nicht vor. Diese dürfte jedoch sehr bescheiden sein, weil  1. die Segel nur selten gleichzeitig auf Wind und Sonne optimal ausgerichtet werden können und  weil 2. die Wirkung des Wellenkraftwerkes äußerst fragwürdig erscheint. Mit einer vergleichbaren japanischen Konstruktion bei einem kleineren Boot, der "Suntory Mermaid II" konnte lediglich Schrittgeschwindigkeit (4 km/h) erzielt werden. Gleichwohl hat die "Orcelle" eine fragwürdige Produktlinie in Gang gesetzt; in Ermangelung eigener Ideen wurden die mangelhaften Lösungen dieses Schiffs von anderen Konstrukteuren übernommen:
Die "Solar Sailor"-Serie der australischen Werft  Solar Sailor Holdings Ltd hat die ineffektive Kombination der Segel mit den Solarzellen beibehalten, aber auf  das (ebenso ineffektive) Wellenkraftwerk gleich verzichtet. Dafür sind kräftige Dieselmotoren
 vorgesehen, mit denen diese Schiffe wohl überwiegend betrieben werden dürften. Das Solarsegel ist nicht viel mehr als Dekoration.

Bei dem "Super
Eco Ship NYK 2030" der japanischen NYK-Gruppe sind die Solarzellen an Deck montiert. Die ebenfalls  starren Segel können bei Windstille oder im Hafen mitsamt dem Mast eingefahren werden. Auch hier hat man auf ein Wellenkraftwerk verzichtet. Nicht bedacht hat man offenbar, dass Wind und Sonne auf hoher See meist gemeinsam auftreten, und dass Segel ungleich mehr Schatten werfen
als Windräder gleicher Leistung, die zudem auch während der Liegezeiten Nutzenergie liefern. 

2. Projektziel

Als Konsequenz aus den bisherigen Fehlschlägen, ein überzeugendes Ökoschiff zu entwerfen bzw. zu bauen, ergeben sich die folgenden Forderungen an das eigene Projekt:

1. Alle auf dem Meer verfügbaren Energiequellen sollen genutzt werden - also insbesondere Sonne, Wind und Wellen. Dazu kommen noch Temperaturunterschiede zwischen den oberen Wasserschichten bzw. der umgebenden Luft einerseits und den tieferen Wasserschichten andererseits, aber auch die Nutzung der auf dem Schiff selbst entstehenden Abwärme bzw. -Kälte.

2. Die während der Liegezeiten anfallende Energie soll gespeichert werden können. Dafür kommt in erster Linie Wasserstoffgas in Frage, zumal dieser Treibstoff ohnehin in 
 
fernerer Zukunft in der Schifffahrt eine größere Rolle spielen dürfte (siehe nächster Punkt).

3. Mit dem zu entwickelnden Ökoschiff soll die Zeit überbrückt werden können, bis die für die Wasserstofftechnik erforderliche Infrastruktur (Wasserstofftankstellen) vorhanden ist.
 
4. Die Windenergie kann nicht mit Segeln in der klassischen Form genutzt werden, weil sie zu viel Schatten auf die Solarzellen werfen. Es kommt nur eine Windturbine in Frage, die zudem den Vorteil
bietet, die Windenergie auch während der Liegezeiten sammeln zu können. Allenfalls wären Segel in der modernen Form der "Wingsails" zusätzlich in Betracht zu ziehen, weil sie weniger Schatten werfen.
 

5. Um eine zu starke Krängung bzw. Kentergefahr durch Winddruck auf die Windturbine zu vermeiden, ist ein Schiffstyp mit großer "Standfestigkeit" (geringe Tendenz zur Krängung) zu wählen. Es muss  
darauf geachtet werden, dass der Masseschwerpunkt des Schiffes möglichst tief und der Schwerpunkt des Winddrucks auf die Windturbine nicht zu hoch liegt.

6. Für die Solarzellen ist ein möglichst großes Dach erforderlich.

 4. Ein effektives mobiles Wellenkraftwerk ist zu konstruieren.

7. Da mit einem derartigen Schiff in vieler Hinsicht Neuland betreten wird, sollte die Größenordnung des Prototyps nicht über die Dimensionen einer größeren Jacht hinausgehen - zumal die ökologischen Bemühungen gerade in diesem Schiffs-Sektor noch sehr unterräprenstiert sind.

Lesen Sie auf der Seite "Projektentwicklung - Ergebnisse", wie weit diese Ziele bisher erreicht wurden.


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