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.
Die Port Feeder Barge ist ein Ponton, der mit einem eigenen Antrieb und einem vollwertigen Containerkran, wie er auf Seeschiffen installiert ist, ausgerüstet sein wird. Durch den Einsatz dieses neuartigen Gerätes wird die Carl Robert Eckelmann Transport & Logistik GmbH die umweltverträgliche Verlagerung eines Teils der Containerumfuhren innerhalb des Hamburger Hafens von der Straße auf das Wasser durchführen können. Der Hamburger Hafen ist mit 4,2 Mio. TEU1 umgeschlagener Container (2000) nach Rotterdam der zweitgrößte Containerhafen Europas. Der Umschlag erfolgt im wesentlichen an vier (künftig fünf) reinen Containerterminals und mehreren Mehrzweckterminals, die über das ganze Hafengebiet verteilt sind. Sowohl zwischen diesen Terminals als auch zwischen den Terminals und einigen wasserseitigen Containerpackstationen (z.B. Überseezentrum) sowie Containerdepots müssen in erheblichem Umfang Container hafenintern umgefahren werden. Dies erfolgt derzeit fast ausschließlich per Lkw - mit der Folge der Überlastung des Straßennetzes im Bereich des Hamburger Hafens sowie der resultierenden verkehrsbedingten Umweltbelastungen. Die von der Carl Robert Eckelmann Transport & Logistik GmbH in Zukunft betriebene Port Feeder Barge wird in einer täglichen Rundreise die Container- und Mehrzweckterminals im Hamburger Hafen anlaufen. Mit einer Ladekapazität von 150 TEU wird sie dabei die hafenintern umzuschlagenden Container an den Umschlagsbetrieben selbständig aufnehmen und absetzen. Die Verlagerung des Containerumschlages von der Straße auf das Wasser mittels der Port Feeder Barge wird zu einer deutlichen Verringerung des Lkw-Verkehrs im Hamburger Hafen führen und somit auch zu einer Reduzierung verkehrsbedingter Kohlendioxid-, Luftschadstoff- und Lärmemissionen beitragen. Nach erfolgreichem Abschluss des Pilotprojektes ist an den Einsatz weiterer Port Feeder Barges in anderen Häfen gedacht. Dieses in Deutschland gewonnene know-how kann weltweit exportiert werden.
In der Verkehrserschließung der Universität Kassel hat sich in der letzen Zeit die Situation zugespitzt: Die Belastung der Straßenbahnlinien zum Holländischen Platz hat stetig zu genommen, starke bis unzumutbare Überfüllung der Bahnen in den Spitzenstunden ist mittlerweile die Regel. Der Übergang der Aus- und Einsteiger von der derzeitigen Haltestelle zur Hochschule ist zudem in der Kapazität an der Grenze bis hin zur Gefährlichkeit. Pläne der Umgestaltung verzögern sich aus verschiedenen Gründen immer wieder. Auch die Situation im Radverkehr ist stark verbesserungswürdig. Der Anteil der Studierenden, die mit dem Rad zur Universität kommen ist im Vergleich zu anderen Hochschulorten immer noch unterdurchschnittlich, die Ursachen sind von der Existenz eines sehr kostengünstigen Zuganges zum ÖV (Semesterticket) bis hin zu der unzureichenden Infrastruktur für Radverkehr in Kassel und einem offenbar fehlenden Bewusstsein der Studierenden vielfältig. Ein höherer Anteil der Studierenden im Fahrradverkehr wäre aber sehr wünschenswert und könnte die Situation im ÖPNV entspannen. Insgesamt muss es darum gehen, die Verkehrserschließung der Universität Kassel so zu gestalten, dass die günstige räumliche Ausganglage der Hochschule auch zu einem nachhaltigen Verkehrsverhalten führt. Dies würde die Universität auch in den Bemühungen um eine insgesamt gute CO2-Bilanz stark stützen. Angesichts der gegenwärtig begrenzten Potenziale der Stadt Kassel (zahlreiche Personalwechsel) und der offensichtlichen Notwendigkeit einer zeitlichen Beschleunigung der naturgemäß durch Planungsverfahren und Bauvorbereitungen langfristigen Prozesse der infrastrukturellen Verbesserung der Hochschulerschließung ist es angebracht, durch wissenschaftliche und organisatorische Unterstützung der Universität einen sinnvollen Beitrag zu leisten. Dabei kommt es darauf an, wissenschaftliches Material anzubieten und durch Unterstützung des Präsidiums im Interesse der Hochschule liegende Maßnahmen frühzeitig zu identifizieren, zu verdeutlichen und ggf. gegenüber der Stadt Kassel zu vertreten. Im Einzelnen werden folgende Aufgaben wahrgenommen: FG Integrierte Verkehrsplanung/Mobilitätsentwicklung (Prof. Holzapfel) - Verbesserte Anbindung aller Standorte an die studentischen Wohnquartiere- Verbindung der verschiedenen Hochschulstandorte über Fahrradstraßen - Überdachte Fahrradstellplätze auf dem Campusgelände - Fahrradhaus/Servicestation mit Meisterwerkstatt (Modell Uni Hamburg) - Förderung von E-Bikes. FG Verkehrsplanung und Verkehrssysteme (Prof. Sommer) - Konkrete Verbesserungsvorschläge im ÖPNV (z. B. Taktung Straßenbahn, verstärkter Einsatz von Bussen, die das Campusgelände direkt anfahren) - Verbesserung von Jobticket/Semesterticket - Intermodale Angebote - Mobilitätsportal im Intranet. Beide Fachgebiete bearbeiten die Aufgaben einer stärkeren Beteiligung der Universität an KONRAD sowie des Aufzeigens von Mobilitätsmöglichkeiten für Mitarbeiter in Form eines Welcome-Pakets. (Text gekürzt)
Einfluss von Meeresspiegelanstiegs- und Wattwachstumsszenarien auf die Tidedynamik und Geometrie in der Tideelbe
Im Rahmen des BMDV-Expertennetzwerks „Wissen – Können – Handeln“
Im BMVI-Expertennetzwerk (2020-2025) untersucht die BAW Hamburg gemeinsam mit weiteren Fachbehörden des BMVI die Auswirkungen eines möglichen Klimawandels auf die Funktionsfähigkeit der Seeschifffahrtsstraßen und entwickelt Anpassungsoptionen zur Erhöhung der Resilienz des Systems (www.bmvi-expertennetzwerk.de).
Aufgabenstellung und Ziel
Im BMDV-Expertennetzwerk haben sich sieben Ressortforschungseinrichtungen und Fachbehörden des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV) zusammengeschlossen (DWD, BSH, BfG, BAW, DZSF/EBA, BASt und BAG). Im Themenfeld 1 des BMDV-Expertennetzwerks werden durch Klimaveränderungen und extreme Wetterereignisse bedingte Auswirkungen für Verkehr und Infrastruktur bestimmt und beispielhaft Anpassungsoptionen entwickelt. Die Phase 2 (Laufzeit 2020 bis 2025) baut auf der Phase 1 (2016 bis 2019) des Expertennetzwerks auf, indem weitere Klimawirkungen in die Betrachtung integriert, Modellansätze weiterentwickelt und Wissenslücken geschlossen werden. Der Schwerpunkt der BAW am Standort Hamburg liegt auf der Untersuchung der Funktionsfähigkeit des Verkehrssystems Seeschifffahrtsstraße mit dem Küstenbereich und den Seehafenzufahrten.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Der zukünftige globale mittlere Meeresspiegelanstieg (SLR) wird in der Deutschen Bucht und ihren Ästuaren unter anderem einen Einfluss auf die dortigen Ökosysteme, den Küstenschutz sowie die Seeschifffahrtsstraßen haben. Der SLR hebt nicht nur die Wasserstände an, sondern verändert auch die Tidedynamik und somit die Topografie der Watten. In der Vergangenheit konnten die Wattgebiete der Deutschen Bucht größtenteils mit dem SLR mitwachsen (Benninghoff und Winter 2019; Lepper et al. 2023). Die zukünftige Entwicklung der Watten bei beschleunigtem SLR ist jedoch ungewiss. Um mögliche Wechselwirkungen zwischen SLR, Wattentwicklung und Tidedynamik zu erfassen, wird in der hier beschriebenen Sensitivitätsstudie der Einfluss von Meeresspiegelanstiegsszenarien und vereinfachten hypothetischen Wattwachstumsszenarien auf die Tidedynamik in der Tideelbe untersucht (Mahavadi et al. 2024). Die Untersuchung fördert ein verbessertes Systemverständnis und bildet eine Grundlage, um zukünftige Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel zu entwickeln.
Untersuchungsmethoden
Für die Untersuchung wird das hydrodynamisch-numerische (HN) Modellverfahren UnTRIM² (Casulli 2008) eingesetzt. Das verwendete HN-Modell umfasst das Gebiet der gesamten Deutschen Bucht von Terschelling in den Niederlanden bis Hvide Sande in Dänemark sowie die Ästuare von Ems, Weser und Elbe. Mit dem Modell werden verschiedene vereinfachte, hypothetische Wattwachstumsszenarien für einen SLR von 110 cm untersucht. Dabei werden die Wattflächen im gesamten Modellgebiet gleichmäßig um 50 % bzw. 100 % mit dem Meeresspiegel angehoben. In der Tideelbe werden außerdem die folgenden zwei Szenarien betrachtet:
- ein Anheben der Watten bis in die Mündung der Tideelbe (Szenario A),
- ein Anheben der Watten in der gesamten Tideelbe (Szenario B).
Im Rahmen einer sich an die Modellrechnung anschließenden Auswertung der Modellergebnisse für einen Analysezeitraum mit typischen Verhältnissen ohne starken Wind werden Tidekennwerte des Wasserstandes entlang der Tideelbe sowie geometrische Parameter analysiert und visualisiert. Eine detaillierte Beschreibung der Untersuchungsmethoden und der Ergebnisse ist in Mahavadi et al. (2024) zu finden.
Einfluss von Meeresspiegelanstiegs- und Wattwachstumsszenarien auf die Tidedynamik und Geometrie in der Tideelbe
Im Rahmen des BMDV-Expertennetzwerks „Wissen - Können - Handeln“
Im BMVI-Expertennetzwerk (2020-2025) untersucht die BAW Hamburg gemeinsam mit weiteren Fachbehörden des BMVI die Auswirkungen eines möglichen Klimawa
Teilprojekt C05 hat zum Ziel, den wichtigen Eintragsweg für Kunststoffe, in Form von Mikroplastik, in die Umwelt aus technischen Anlagen (MP) mechanistisch aufzuklären. Gleichzeitig sollen neue Ansätze verfolgt werden, die zur Vermeidung bzw. Reduktion von MP aus Standardkunststoffen maßgeblich beitragen sollen. Zu diesem Zweck sollen Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Nylon, Polyethylenterephthalat, Polyisopren und Polyvinylchlorid durch Beschleuniger (in situ) in ihren Oberflächeneigenschaften für die Biofilmbildung modifiziert und dadurch unter Prozessbedingungen biologisch angreifbar und abbaubar gemacht werden. So können auch Standardkunststoffe umweltverträglicher bezüglich der MP-Partikel Bildung werden. Damit geht TP C05 weit über die bislang üblichen eher deskriptiven Studien zu MP in technischen Anlagen und der Umwelt hinaus. Folgende zentrale Fragen sollen in TP C05 in Hinblick MP-Partikel in technischen Anlagen der Abfall- und Abwasserwirtschaft beantwortet werden: 1. Kommt es in den Anlagen zu spezifischen (biologischen) Abbau- und Degradationsvorgängen? 2. Wie hängen die zu beobachtenden Prozesse von MP-Charakteristika (Materialsorte, Zusammensetzung, Größe, Morphologie, Beschichtung) ab, ? 3. Lassen sich die Vorgänge ('Bioabbaubarkeit') durch gezielte Modifikation der Partikeloberfläche vor oder in den Anlagen beschleunigen? 4. Welche ökologischen Konsequenzen einer Ausbringung der (modifizierten) Partikel in die Umwelt und hier vor allem in den Boden lassen sich postulieren?