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Schifffahrt:Windunterstützung für dreckige Schiffe

Bis zu 300 Meter hoch können die Drachensegel steigen - das bis zu 320 Quadratmeter große Segel zieht das Frachtschiff dann mit sich.

(Foto: Skysails Marine)

Hohe Spritpreise und der Umweltschutz drängen die Seefahrt dazu, wieder auf ein altes Prinzip zu setzen: die Kraft des Windes.

Ein grünweißer Schiffsrumpf schiebt sich langsam in den Rotterdamer Hafen. Sechsmal die Woche kommt die finnische Estraden mit Lastwagen und Containern vorbei; die 20 Jahre alte Fähre ist ein "Ro-Pax-Kombicarrier", sie kann also Laster und Container im "Roll on, roll off"-Verkehr transportieren, hat aber auch zwölf Passagierkabinen an Bord. Das allerdings bieten auch andere Schiffe. Was die Estraden indes auszeichnet, sind die zwei merkwürdigen Säulen auf der Backbordseite. Die Dinger drehen sich im Wind wie überdimensionierte Lüfter auf einem Kühlfahrzeug, doch es gibt keine Lüftungsschlitze und offensichtlich auch nichts zu kühlen. Wozu also die Walzen?

"Das sind Norsepower-Rotorsegel", erklärt Tuomas Riski. "Mechanische Segel, die wie die Flugzeugflügel Vortrieb erzeugen und Kraftstoff einsparen, aber nicht so aussehen. Dafür bringen sie mit weniger Segelfläche viel mehr Vorwärtsschub." Riski, 40, ist Chef von Norsepower, einem finnischen Start-up-Unternehmen für Windkraftanlagen auf Schiffen. Die Estraden liegt ihm besonders am Herzen, denn sie fährt schon seit vier Jahren mit seinen Rotorsegeln - und spart somit Treibstoff.

Der Rotorantrieb gilt als wetterfest und wartungsarm. Zudem kann er von der Brücke aus gesteuert werden.

(Foto: Norsepower Sails)

Die Funktionsweise der beiden tonnenschweren 18-Meter-Zylinder basiert auf dem Magnus-Effekt, benannt nach dem Physiker Heinrich Gustav Magnus (1802 - 1870). Er fand heraus, dass bei einer Strömung, die auf einen rotierenden Zylinder oder eine Kugel trifft, unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten auf den Seiten und damit Druckunterschiede entstehen. Die daraus entstehende Kraft lässt sich nutzen; Fußballspieler tun dies zum Beispiel, wenn sie eine Bananenflanke spielen und so eine Ablenkung des Balls von seiner eigentlichen Bahn erzeugen.

Ähnlich läuft es bei den beiden Riesenwalzen auf der Estraden: Von Elektromotoren angetrieben, drehen sie bis zu 300 Touren schnell und führen eine dünne Luftschicht mit sich. Bläst der Wind über einen rotierenden Zylinder, zieht er die gleichgerichtete Luftschicht auf der einen Seite mit, gegenüber verlangsamt er die gegenläufige Strömung. So entsteht eine Art Sog, der Rotor samt Schiff mitzieht, der Schiffsdiesel muss weniger leisten und verbraucht weniger Sprit. Die Rotoren (auch "Rotorsegel" genannt) wirken etwa zehnmal so effektiv wie herkömmliche Segel, vor allem, wenn der Wind genau seitlich einfällt. Wichtig ist die Walzendrehzahl, denn der Magnus-Effekt ist am größten, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Walze ungefähr dreimal so hoch ist wie die Strömungsgeschwindigkeit des Windes.

Auf der Estraden scheint sich der Einsatz der Rotoren zu lohnen. "Pro Jahr spart die Fähre mit dieser Technik ungefähr 400 Tonnen Kraftstoff ein, das entspricht ungefähr 400 Dollar Ersparnis pro Tag und senkt den CO₂-Ausstoß um 1000 Tonnen jährlich", erklärt Norsepower-Chef Riski. Damit gehören seine Rotorschiffe zu den "Green Shipping"-Konzepten, mit denen die Schifffahrtsbranche versucht, ihre Antriebe auf die Anforderungen des Umwelt- und des Klimaschutzes umzustellen. Nach einer Statistik der International Maritime Organisation (IMO) produzieren weltweit etwa 50 000 Handelsschiffe mit ihren schwerölbetriebenen Dieselmotoren etwas mehr als zwei Prozent aller CO₂-Emissionen, so viel wie die gesamte Bundesrepublik. Umweltorganisationen drängen daher auf umweltfreundlichere Antriebe; die Kraft des Windes zu nutzen, könnte da eine Lösung sein. Nicht zuletzt, weil wirtschaftliche Gründe der Windkraft auf See ein Comeback bescheren könnten.

Noch vor hundert Jahren brachten Großsegler wie die schnittigen "P"-Liner emissionsfrei Fracht über die Weltmeere, bis billiger Dieselantrieb und kalkulierbare Fahrtzeiten die umweltfreundlichen Riesen verdrängten. Jetzt könnte es umgekehrt laufen: Die Treibstoffpreise steigen, härtere Vorschriften zwingen Reedereien zum Umstieg auf teureres Schiffsgasöl und schwefelarmes Heizöl; die Branche befürchtet Mehrkosten von 100 Milliarden Dollar pro Jahr. Sie transportiert rund 90 Prozent des Welthandels und spielt alternative Antriebsvarianten durch, vom reinen Segler bis zum Hybriden mit allen denkbaren Antriebsformen. Am besten schneidet kurzfristig Windkraft als Hilfsantrieb für Motorschiffe ab, denn man muss die großen Pötte nicht völlig neu konstruieren. Zudem kostet Wind nichts, und er weht (meist) auch bei Nacht und schlechtem Wetter.

Rotor- vs. Drachensegel

Beim Rotorschiff dreht sich eine Art Riesenwalze an Deck. Bläst der Wind über den Zylinder, entsteht ein Sog, der das Schiff mitzieht. Die Technik gilt als robust und einfach zu bedienen. Beste Leistungen werden bei seitlichen Winden erzielt. Als Nachteil gilt unter anderem der Platzbedarf; auf reinen Containerschiffen dürfte sich die Technik daher nicht durchsetzen.

Das Drachensegel wird vor das Schiff gespannt - kommt der Wind von hinten, wird die beste Wirkung erzielt. Der Aufwand für den Einbau der Technik ist gering, die Kosten sind überschaubar. Fast jedes Schiff lässt sich damit nachrüsten. Die Technik gilt aber als wetteranfällig, bei einem plötzlich auftretenden Sturm droht unter Umständen der Totalverlust des Segels.

Neben den Rotorschiffen kommen deshalb auch Schiffe mit Drachensegel zum Einsatz. Dabei wird vor einen Frachter in etwa 100 bis 300 Meter Höhe ein großes Segel gespannt, das den schweren Kahn wie einen Kite-Surfer hinter sich herzieht. Eine Vorrichtung auf dem Vorschiff fährt das 160 bis 320 Quadratmeter große Segel, das an einem robusten Kunststoffseil befestigt ist, innerhalb von zehn bis 20 Minuten auf die gewünschte Höhe aus. Kommt der Wind von achtern, also von hinten, entlastet die Zugkraft des Drachensegels "die Maschine recht ordentlich und sorgt damit für beachtliche Brennstoffersparnis", erklärt der Athener Schifffahrtsexperte Alexander Vassiliadis.

Drachensegel wurden bereits vor über zehn Jahren auf deutschen Motorschiffen erprobt und erfolgreich eingesetzt; Aufmerksamkeit erregte seinerzeit der Frachter Beluga SkySails des Reeders Niels Stolberg. Nach Angaben des deutschen Marktführers Skysails Marine in Hamburg sind derzeit mehrere Schiffe mit dieser Technik im Einsatz. Das System benötigt mit dem faltbaren Ausleger zum Ausrollen und Einholen des Drachensegels nur wenig Platz an Bord und soll je nach Windrichtung und -stärke eine Kraftstoffersparnis von zehn bis 25 Prozent bringen. Eines der wenigen Risiken: der Absturz des Drachensegels durch plötzlich auftretende Windböen.

Kommt der Wind von hinten, soll mit den Drachensegeln eine Kraftstoffersparnis von bis zu 25 Prozent drin sein, sagen die Entwickler.

(Foto: Skysails Marine)

Rotorschiffe haben dennoch gegenüber den "Drachenbooten" einige Vorteile, auch wenn die Zylinder mitsamt ihrem Elektroantrieb etwas mehr Platz an Bord wegnehmen. So sind die Rotoren robuster als die Segel und trotzen jedem Wetter, sie benötigen kaum Wartung und sind per Knopfdruck von der Brücke aus zu bedienen. Dabei sind die futuristischen Litfaßsäulen bereits seit fast hundert Jahr bekannt.

So meldete der Mathematiklehrer Anton Flettner (1885 - 1961) das Rotorprinzip schon zu Beginn der Zwanzigerjahre des vorigen Jahrhunderts zum Patent an, entfernte 1924 die Takelage des Dreimastschoners Buckau und installierte an Deck zwei etwa 18 Meter hohe Walzen. Das Schiff mit dem Namen eines Magdeburger Vorortes fuhr nun mit einer 220 PS starken Hauptmaschine und zwei "Flettner-Rotoren" mit 7,5-kW-Elektromotor, die von einem Dieselgenerator versorgt wurden. Wo immer das Schiff auftauchte, war der Jubel groß. "... Ein dreifaches Hurra! auf Flettner, den Erbauer!", schrieben etwa die Hamburger Nachrichten im Sommer 1925.

Im Jahr 1926 machte das in Baden-Baden umgetaufte Schiff auf einer großen Amerikafahrt Furore. Ausgezeichnetes Seeverhalten im stärksten Sturm, Stabilität durch den Kreiseleffekt der drehenden Rotoren, bis zu 90 Prozent Brennstoffersparnis bei reiner Rotorfahrt - Anton Flettner sah riesige Verkaufschancen für seine Rotoren. Dass daraus nichts wurde, lag an der geringen Gesamtleistung von Rotoren und Diesel: Die Durchschnittsgeschwindigkeit des Hybriden war im Vergleich zu den damaligen Motorschiffen zu klein; jeder der Rotoren wog 3,5 Tonnen und musste mit Elektrokraft auf Drehzahl gebracht werden. Um die 150 Touren schafften die E-Motoren der Baden-Baden, für schnellere Fahrt bei starkem Wind wäre das Doppelte nötig gewesen.

Norsepower-Chef Riski glaubt dennoch, dass moderne Rotorschiffe über kurz oder lang einen Siegeszug antreten werden, sofern die Dieselpreise nicht ins Bodenlose fallen und der Umweltschutz gekippt wird. Wären sie Zeitgenossen gewesen, hätten sich Riski und Rotor-Pionier Flettner wohl prächtig verstanden. Zumal sich mit den Möglichkeiten von heute - beispielsweise Verbundwerkstoffe, stärkere Elektromotoren, Computerdesign und Online-Vermarktung - der Rotortechnik neue Perspektiven öffnen.

Flettner indes, mit seiner Technik zu früh am Markt, wechselte nach dem Rotor-Flop in den Flugzeugbau. Er entwickelte Ruder und Auftriebshilfen, außerdem den Hubschrauber FI 282 Kolibri und viele weitere Produkte. Zwischen 1912 und 1960 meldete er mehr als 1000 Patente an. Die Buckau aber, deren Technik ihrer Zeit damals so weit voraus war, verkaufte der rührige Flettner nach dem Ende der Erprobungsphase an einen Schiffseigner in den USA, der den Hybriden wieder zum Segler umrüstete. Im Jahr 1931 ging das erste Motorschiff der Welt mit "grüner" Technik in einem Sturm vor der Küste von Cape Hatteras, North Carolina, verloren.

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