Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Antriebsstränge, Materialien und Beschichtungen für den nachhaltigen Schiffbau
Die ressourcenschonende und umweltfreundliche Transformation der globalen Schifffahrt vollzieht sich auf einer ganzheitlichen Ebene. Der Fokus liegt auf der signifikanten Reduktion von Emissionen. Doch nicht nur was als Rauch durch den Schornstein in die Luft aufsteigt, gilt es zu reduzieren. Das Fraunhofer IFAM arbeitet an alternativen Antriebssträngen, Fügetechnologien sowie biozidfreien Beschichtungskonzepten.
Alternative Antriebe sorgen für Bewegung
Die Schifffahrt stellt an elektrische Energiespeicher andere Anforderungen als z. B. die Luftfahrt- oder Automobilindustrie. Am Fraunhofer IFAM liegen Festkörperbatterien im Forschungsfokus. Sie enthalten keine brennbaren, flüssigen Elektrolyten undkönnen durch hohe Leistungsfähigkeit mit hoher Anzahl an Lade- und Entladezyklen überzeugen. Darüber hinaus werden auch Zink- und Natrium-Ionen-basierte Systeme als Alternativen zu Li-Ionen untersucht. Zwar weisen diese geringere Energiedichten auf, sind aber erheblich kostengünstiger, sehr sicher in der Handhabung und von hoher Lebensdauer.
Alternative Antriebsstränge werden aktuell an kleinen Schiffen erforscht. Für Schiffe mit wenig Bauraum wurde ein Seitenstrahlruder in Form einer Wasserstrahlanlage entwickelt, um die vollen Manövriereigenschaften zur Verfügung zu haben. Außerdem wird eine platzsparende und ölfreie elektromechanische Pitch-Verstelleinrichtung für Controllable Pitch Propeller (CPP) entwickelt. Das Risiko einer Ölleckage ist somit ausgeschlossen.
Kleben als nachhaltige Alternative
Der Einsatz alternativer Fügetechniken für den Schiffbau wird am Institut durch die Arbeitsgruppe »Kleben im Schiffbau« betrachtet, denn hier kann Gewicht und damit Treibstoff eingespart werden. Nachdem anfänglich vor allem Anbauelemente geklebt wurden, werden inzwischen lasttragenden Klebverbindung z. B. zwischen Metallrumpf und Kunststoffdeck realisiert.
Biozidfreie Beschichtungs- und Reinigungskonzepte
Biozidfreie Alternativen für den Bewuchsschutz erforscht, entwickelt und prüft das Fraunhofer IFAM seit Jahren. Die Wirkungsweise unter natürlichen Anwendungsbedingungen untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am Prüfstand für statische Bewuchstests im Hafen von Helgoland. Dort können die ausgelagerten Beschichtungsproben außerdem dynamischen Belastungen ausgesetzt werden, die durch definierte Strömungsgeschwindigkeiten in einer Durchflussmesszelle erreicht werden. So werden wertvolle Erkenntnisse zu dem Ablöseverhalten des Foulings in Abhängigkeit vom Beschichtungstyp und der dafür notwendigen Strömungsgeschwindigkeit gewonnen.
Die Reinigung von Schiffsrümpfen, in Kombination mit bewuchshemmenden, mechanisch stabilen Beschichtungen, könnte ebenfalls zu einer Abkehr von biozidhaltigen Systemen führen. Das Fraunhofer IFAM arbeitet an einem neuartigen, laserbasierten Unterwasser-Reinigungsverfahren, bei dem während des Reinigungsvorgangs kein mit Schadstoffen verunreinigtes Prozesswasser anfällt.
Die Effizienz der Schifffahrt lässt sich nicht nur mit effektivem Antifouling optimieren. Strömungswiderstandreduzierende Beschichtungen nach Vorbildern aus der Natur wie einer künstlichen Delfinhaut sollen zu einer höheren Anwendungsreife gebracht werden. Mit dieser Beschichtung kann eine Effizienzsteigerung von bis zu sechs Prozent erzielt werden.