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Mit Sensoren für eine saubere Fahrweise

Die Motoren von Binnenschiffen gelten allgemein als ineffizient und dreckig - ihr Schadstoffausstoß gilt immer noch als zu hoch. Aber ist diese pauschale Aussage richtig? Die Ladungsmenge auf einem einzelnen Binnenschiff übertrifft diejenige von LKW und Bahn um ein Vielfaches, wodurch der Transport im Allgemeinen sehr effizient ist. Trotzdem ist der Schadstoffausstoß verhältnismäßig hoch, weshalb die Europäische Union die Grenzwerte für ausgestoßene Schadstoffe auch für die Binnenschifffahrt verschärfen wird. Im Rahmen des europäischen Forschungs- und Innovationsprogramms HORIZON2020 beteiligt sich die BAW am Vorhaben PROMINENT (promoting innovation in the inland waterways transport sector; http://www.prominent-iwt.eu/). Das Vorhaben hat zum Ziel, den Treibstoffbedarf und die Luftschadstoffemissionen der Binnenschiffe durch technische Maßnahmen und energieeffiziente Navigation zu reduzieren. Mit der Entwicklung eines Assistenzsystems erhält ein Schiffsführer Hinweise, wie er seinen Zielhafen treibstoffsparend und termingerecht erreichen kann. Dafür werden neben Motor- und Verbrauchsdaten von Schiffen auch Informationen zur Wassertiefe, Strömungsgeschwindigkeit und Wasserspiegellage für den zu befahrenden Flussabschnitt benötigt. Da präzise Peildaten und mehrdimensionale numerische Modelle nicht flächendeckend für alle Wasserstraßen innerhalb der EU verfügbar sind, rüstet die BAW Binnenschiffe mit Messgeräten zur Erfassung von Sohlenhöhen und Strömungsgeschwindigkeiten aus. Dabei werden gleichermaßen die Machbarkeit und der Aufwand für die Installation und den Betrieb der Sensorik bewertet. Die Reederei Deymann Management GmbH und Co. KG mit Sitz in Haren (Ems) unterstützt das Vorhaben, indem sie die Installation der Sensoren auf dem Großmotorgüterschiff (GMS) MONIKA DEYMANN gestattet. Das Schiff wurde im Juli 2016 in den Dienst gestellt. Die BAW hat in der Bauphase den Einbau und die Verkabelung der geplanten Sensoren mit der Reederei sowie der ausführenden Werft abgestimmt und durchgeführt. Das 135 m lange und 14,2 m breite GMS verkehrt derzeit im Liniendienst zwischen Antwerpen und Mainz. Es fährt in der Regel mit drei Lagen Containern, woraus ein mittlerer Tiefgang zwischen 1,8 m und 2,5 m resultiert. Für einen Umlauf Antwerpen - Mainz - Antwerpen werden sieben bis acht Tage benötigt, sodass das Schiff den Mittelrhein rund zweimal pro Woche passiert. Eine besondere Herausforderung ist es, von einem Binnenschiff aus die Strömungsgeschwindigkeiten im laufenden Schiffsbetrieb zu erfassen, da die Strömung im nahen Umfeld des Schiffes durch das Rückströmungsfeld gestört wird. Dessen Größe und Ausdehnung hängt insbesondere vom Gewässerquerschnitt und der Schiffsgeschwindigkeit gegenüber Wasser ab. Bei geringen Wassertiefen kann daher die Geschwindigkeit nicht vertikal unter einem Binnenschiff gemessen werden, wie es bei Messschiffen sonst üblich ist. (Text gekürzt)

Entwicklung eines Verfahrens zur Berechnung von Binnenschiffsemissionen

In einer Forschungskooperation mit dem Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme der Universität Duisburg-Essen wird eine Software (BinEm) entwickelt, die mithilfe der Messung von Luftschadstoffen auf Binnenschiffen unter realen Betriebsbedingungen kalibriert und validiert werden soll. Aufgabenstellung und Ziel Die Schifffahrt soll nach Vorgaben der EU bis zum Jahr 2050 klimaneutral werden. Zur zwischenzeitlichen Reduktion der Treibhausgas- und Schadstoffemissionen werden verschiedene Technologien (z. B. Abgasreinigung) eingesetzt. Um den Einfluss von neuen Technologien auf die Schiffsemissionen abschätzen zu können, sind realistische Angaben zu den emittierten Schadstoffen durch die Binnenschifffahrt notwendig. Die bisher veröffentlichten Emissionsdaten, die der Binnenschifffahrt zugerechnet werden, basieren auf Modellen mit vielen Annahmen, die die Betriebsparameter im realen Einsatz sehr vereinfacht abschätzen. Aus diesem Grund wurde im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsvorhabens der BAW und der Universität DuisburgEssen ein Verfahren zur Berechnung der Binnenschiffsemissionen entwickelt. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Mit der im Rahmen der Forschungskooperation mit dem Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme (ISMT) entwickelten Software können Emissionen der Binnenschifffahrt für beliebige Regionen und Schiffsflotten modelliert werden. Damit steht der BAW eine Methode zur Verfügung, die es ermöglicht, den Anteil der Binnenschifffahrt an den Luftschadstoffen abzubilden und den Erfolg von Emissionsminderungsmaßnahmen zu bewerten. Auf Basis dieser Ergebnisse können Entscheidungsträger im BMDV und in der GDWS erfolgversprechende Maßnahmen zur Minderung von Binnenschiffsemissionen gezielt ableiten, geltende Vorschriften anpassen oder neue erlassen. Untersuchungsmethoden Das entwickelte Verfahren besteht aus mehreren Modulen. Zunächst wird der Schiffswiderstand in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit über Grund und der Strömung berechnet (Noß und Kossmann 2021). In dem aktuellen Verfahren wird nun auch der zusätzliche Widerstand bei Kurvendrift berücksichtigt. Hierfür greift das Programm auf einen äquivalenten Geradeauswiderstand zurück und addiert in Abhängigkeit des Driftwinkels einen in einer Datenbank hinterlegten Beiwert für den zusätzlichen Widerstand durch Schräganströmung. Anschließend werden der Gütegrad der Propulsion und die Propellerdrehleistung ermittelt. Mithilfe charakteristischer Propellerfreifahrtdiagramme und Motorenkennfelder sowie leistungsbezogener Faktoren werden final der Kraftstoffverbrauch und die Schiffsemissionen berechnet (Noß und Kossmann 2022). Die Spannweite an Schiffs- und Motorenparametern ist sehr groß. Basierend auf Simulations- und Modellversuchsergebnissen charakteristischer Schiffe (Noß und Kossmann 2021, 2022; Kossmann und Wierczoch 2022) wurden einzelne Widerstandsbeiwerte und der Gütegrad der Propulsion in Abhängigkeit von Schiffsgeschwindigkeit und Wassertiefenverhältnis zu Abladetiefenverhältnis berechnet. Der für die Propulsion verwendete Propeller ähnelt in seiner Geometrie einem charakteristischen Binnenschiffs-Düsen-Propeller. In Abhängigkeit von der berechneten Propulsions- bzw. Bremsleistung, der Schiffsgröße und der Anzahl der Propeller wählt das Verfahren einen passenden Motor in einer Datenbank aus. Diese beinhaltet für schnelllaufende Dieselmotoren mit Leistungen zwischen 400 und 1200 kW Daten zur Motorleistung, Drehzahl und zum spezifischen Kraftstoffverbrauch. Der gewählte Ansatz ist für den Großteil der Flotte sowie Betriebspunkte während einer typischen Streckenfahrt anwendbar. Situationen wie Ausweichmanöver, Ausweichmanöver, Schleusenfahrten oder An- und Ablegemanöver lassen sich mit diesem Ansatz jedoch nicht abbilden.

Scrubberabwasser hat schädliche Auswirkungen auf die Meeresumwelt

<p>Mit Scrubbern können Seeschiffe den Schwefeloxid-Gehalt ihrer Abgase verringern und damit Grenzwerte einhalten. Mit dem Abwasser werden jedoch Schadstoffe ins Meer gespült. Besser als die Umweltbelastung so von der Luft ins Wasser zu verlagern wäre, sie direkt an der Quelle zu verringern: mit schwefelarmen, jedoch teureren Kraftstoffen. Mehr im neuen Fact Sheet des Umweltbundesamtes (UBA).</p><p>Scrubber sind eine Technik zur Abgasreinigung an Bord von Seeschiffen, bei der Wasser im Abgasstrom versprüht wird, um schädliches Schwefeloxid (SOx) aus dem Abgas teilweise zu entfernen. Das dabei entstehende Abwasser enthält schwefelige Säure, toxische Schwermetalle, Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PAK#alphabar">PAK</a>⁠) und Öl. Wird es ins Meer eingeleitet, belastet es die Ökosysteme. In einem neuen<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/einsatz-von-scrubbern-auf-seeschiffen-auswirkungen">Fact Sheet</a>stellt das Umweltbundesamt die Funktion der Scrubber-Systeme sowie den aktuellen Wissenstand insbesondere zu den Auswirkungen der Abwassereinleitungen auf die Meeresumwelt dar. Forschungsarbeiten, unter anderem im Auftrag des Umweltbundesamtes, zeigen, dass die eingeleiteten Abwassermengen sowie die im Abwasser enthaltenen Schadstoffe schädliche Wirkungen auf die Meeresumwelt haben. Die bestehenden internationalen Anforderungen an die Einleitung der Abwässer reichen somit nicht aus, um die Meere zu schützen.</p><p>Die Technik ist jedoch durch die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) als Alternative zu schwefelreduzierten Kraftstoffen, die weniger umweltschädlichen Schwefel enthalten, zur Einhaltung der Schwefelgrenzwerte der Schiffsabgase zugelassen. Heute sind weltweit über 5.000 Schiffe mit Scrubbern ausgestattet, da sie die weitere Verwendung von fossilem, billigerem Schweröl ermöglichen. Die Nutzung der Scrubber auf diesen Schiffen führt damit zu einer erheblichen Belastung der Meeresumwelt. Würden stattdessen schwefelarme Kraftstoffe verwendet, würden der Schwefel und weitere Schadstoffe auf dem Meer weder in die Luft noch ins Wasser gelangen.</p><p>Das Umweltbundesamt empfiehlt einen Kraftstoffwechsel hin zu schwefelreduzierten Destillat-Kraftstoffen oder alternativen, schadstoffarmen und klimaneutralen Kraftstoffen, die zusätzlich auch zur Erreichung der Klimaziele beitragen würden. Da ein generelles Verbot der Scrubber, die als technische Alternative zur Nutzung dieser Kraftstoffe zugelassen sind, derzeit politisch nicht durchsetzbar ist, setzt sich das ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠ zusammen mit anderen Behörden für Einleitverbote als erreichbares Ziel ein. Ein erster Erfolg sind Einleitverbote für Scrubberabwasser ab 2027 in den küstennahen Gebieten (innere Gewässer und Häfen) des Nordostatlantiks. Diese wurde im Rahmen von ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/o?tag=OSPAR#alphabar">OSPAR</a>⁠ verabschiedet und schließen somit Bereiche der Nordsee ein. So kann in viel befahrenen und sensiblen Meeresgebieten der Schadstoffeintrag etwas reduziert werden. Das Abwasser darf jedoch außerhalb der Verbotszonen weiter in die Meere eingeleitet werden, so dass nur eine deutliche Ausweitung der Gebiete bis hin zu einem generellen Einleiteverbot die Schadstoffbelastung der Meere reduzieren würde.</p>

Auswirkung von Druck und Druckfall auf den Menschen

Die moderne Meerestechnik erschliesst in immer groesseren Tiefen neue Arbeitsgebiete. Zur Zeit wird Erdoel aus etwa 200 m gewonnen, und es sind technische Geraete zum Abbau anderer Rohstoffe aus diesen Tiefen entwickelt worden. Fuer die technische Erschliessung ist der Einsatz des Menschen im freien Wasser unerlaesslich. Das Ziel der Untersuchungen ist, den Aufenthalt im hohen Ueberdruck abzusichern, Gesundheitsschaeden auszuschliessen und wirtschaftliche Tauchgaenge zu entwickeln. Dabei steht zur Zeit die Entwicklung von Dekompressionstabellen fuer groessere Tiefen im Vordergrund. Fuer den Bereich 50-150 m sind Tabellen, die kuerzere Dekompressionszeiten als bisher aufweisen, erarbeitet. Die Untersuchungen sollen bis 250 m Wassertiefe ausgedehnt werden.

Machbarkeitsstudie 'Klimaregion fränkisches Seenland'

Studie zur möglichen Realisierung eines klimaschonenden Elektroantriebs für ein Fahrgastschiff aus 100 Prozent erneuerbaren Energien und unter Einsatz eines Energiespeichers am Altmühlsee.

Eine neue Bedrohung der stratosphärischen Ozonschicht durch anthropogene kurzlebige Halogenverbindungen

Die stratosphärische Ozonschicht bietet der Erde einen wirkungsvollen Schutzschild gegen den ultravioletten, schädigenden Anteil der solaren Strahlung. Der anthropogene Ozonabbau, verursacht durch Emissionen von langlebigen Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKWs), war eines der größten Umweltprobleme der letzten Jahrzehnte. Emissionen von FCKWs wurden infolge des Montrealer Abkommens von 1987 stark reduziert und eine langsame Erholung der Ozonschicht wird im Laufe der nächsten Jahrzehnte erwartet. Im Gegensatz dazu werden die Emissionen von sehr kurzlebigen Halogenverbindungen (Very Short-Lived Halocarbons, VSLH), welche auch stratosphärisches Ozon zerstören, aufgrund von neuen Technologien ansteigen. Chemische Oxidationsprozesse in der marinen Umwelt, insbesondere die neuartigen Behandlungsverfahren von Ballastwasser, und anwachsende tropische Makroalgenkulturen beeinflussen biogeochemische Kreisläufe und können zu einem starken Anstieg der VSLH Produktion und Emission führen. Zusätzlich zu ihrem schädlichen Effekt auf die Ozonschicht, beeinflussen VSLH den atmosphärischen Strahlungsantrieb und das Vermögen der Atmosphäre viele natürliche und anthropogene Spurenstoffe zu entfernen (atmosphärische Oxidationspotential). Momentan ist nur sehr wenig über die zukünftig zu erwartenden anthropogenen VSLH Emissionen aus dem Ozean sowie ihre bedrohliche Wirkung auf die atmosphärische Chemie bekannt und fundierte wissenschaftliche Untersuchungen sind dringend erforderlich. Das Ziel dieses Antrages ist es, momentane und zukünftige Emissionen anthropogener VSLH und ihren Einfluss auf atmosphärische Zusammensetzung und Chemie zu quantifizieren. Ein besonderer Fokus liegt auf der Untersuchung einer möglichen neuen Bedrohung der stratosphärischen Ozonschicht. In einem ersten Schritt werden globale Karten der ozeanischen Emissionen von anthropogenen VSLH erstellt. Im zweiten Schritt wird, basierend auf atmosphärischer Chemie-Transport Modellierung, die Entwicklung der anthropogenen VSLH in der Atmosphäre quantifiziert. Zu diesem Zweck werden Küsten-auflösende Modellsysteme entwickelt, welche später dazu beitragen Parametrisierungen anthropogener VSLH Prozesse für globale Klima-Chemie Modelle zu erstellen. In einem dritten Schritt wird der globale Einfluss der anthropogenen VSLH auf Ozonabbau, Strahlungsantrieb und atmosphärisches Oxidationspotential bestimmt und mögliche Rückkopplungsmechanismen werden identifiziert. Der interdisziplinäre Forschungsplan umfasst die Synthese existierender Daten, Messungen, sowie Ozean-Zirkulation-, Biogeochemie- und atmosphärische Klima-Chemie Modellierung. Das Forschungsvorhaben wird die Frage beantworten, ob anthropogene Aktivitäten in der marinen Umwelt eine Bedrohung für die stratosphärische Ozonschicht darstellen. Solch eine Risikoabschätzung ist von großer gesellschaftlicher Bedeutung und liefert entscheidende Information für politische Entscheidungsträger bezüglich der Planung zukünftiger menschlicher Aktivitäten.

Nachhaltige Schiffskabinen für eine Kreislaufwirtschaft im Schiffbau, Vorhaben: Integration von Kreislauffähigkeits- und Rücknahmekonzepten in Gestaltungsgrundsätze für innovative maritime Wohnbereiche der Zukunft

Nachhaltige Schiffskabinen für eine Kreislaufwirtschaft im Schiffbau, Vorhaben: Sozialökologische Gestaltungsgrundsätze und Technologien zur Steigerung der Energieeffizienz für kreislauffähige Niedrigenergiekabinen

Miniaturisierte hochauflösende Unterwasserkamera für aquatisches Biodiversitätsmonitoring (Mini-HAWK), Teilvorhaben: Automatisierte Auswertung der Plankton-Bilddaten

Neue robotische Handhabungstechniken und KI-Algorithmen zur präzisen Handhabung von Objekten im Meer am Beispiel von Munitionsaltlasten

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