BAWKolloquium. Tagungsband. Erfahrungen aus bisherigen Schiffsneubauten und Standardisierung von Wasserfahrzeugen in der WSV 15.

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1 BAWKolloquium Tagungsband Erfahrungen aus bisherigen Schiffsneubauten und Standardisierung von Wasserfahrzeugen in der WSV

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3 Programm Donnerstag, 10:00 Uhr Begrüßung und Einführung Dipl.-Ing. Holger Rahlf (BAW Hamburg) 10:05 Uhr Einführung in die Thematik Dipl.-Ing. Benno Lenkeit (BAW Hamburg) 10:10 Uhr Expertengruppe Standardisierung von Wasserfahrzeugen in der WSV Dipl.-Ing. Andreas Klute (BMVI) Es werden die Aufgaben und Tätigkeiten der Expertengruppe Standardisierung von Wasserfahrzeugen in der WSV dargestellt sowie ein Überblick über den derzeitigen Stand der Erarbeitung von Muster-Bauvorschriften für Binnenschiffe der WSV gegeben. 10:50 Uhr Arbeitsschiff mit Eisbrecheigenschaften Typ I Dipl.-Ing. Volker Kaiser (BAW Hamburg) Die Erfahrungen aus dem Bau und dem Betrieb einer Serie von fünf Arbeitsschiffen mit Eisbrecheigenschaften werden vorgestellt. Zudem wird die wesentliche Weiterentwicklung der alten Bauvorschrift (BV) im Rahmen der Standardisierung zur (neuen) Muster-BV Arbeitsschiff mit Eisbrecheigenschaften Typ I erläutert. 11:40 Uhr CFD-Optimierung einer Strahlumlenkung hinter einem Arbeitsschiff mit Eisbrecheigenschaften Dipl.-Ing. Erik Schomburg (SVA Potsdam) Dipl.-Ing. Adolf Buhlert (Fa. Technomar) Die Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH (SVA) wurde von der Fachstelle Maschinenwesen Mitte (FMM) beim Wasser- und Schifffahrtsamt Minden beauftragt, eine Strahlumlenkung hinter einem Arbeitsschiff zu entwerfen und unter Zuhilfenahme von CFD-Berechnungen zu optimieren. Der Binnen-Eisbrecher TURMFALKE soll während der eisfreien Zeit unter anderem zum Aufwirbeln und Wegspülen von am Gewässerboden abgelagertem Schlick genutzt werden. 12:20 Uhr Pause I

4 13:10 Uhr Abgasreduzierung und Nachbehandlungssystem SCR Guido Will (FMWW Datteln) Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entstehen im Motor ungewollte Abgase. Ca. 0,3 Prozent der Abgase sind toxisch. Hierzu werden folgende Aspekte präsentiert: Schadstoffentstehung; Abgaszusammensetzung; Toxische Schadstoffe / Entstehung; Innermotorische Maßnahmen; Abgas-Emissionen gemäß BinSchUO / ZKR II; Externe Maßnahmen; SCR-Anlage auf einem Binnenschiff 13:50 Uhr Beschaffung eines speziellen Nassbaggergerätes für die Hamburg Port Authority (HPA) Dipl.-Ing. Jens Bald (Hamburg Port Authority) Für das Verspülen von im Hamburger Hafen gebaggerten Sedimenten betreibt die HPA einen Schutensauger. Dieser verspült das Baggergut aus Schuten in die METHA (Mechanische Trennung und Entwässerung von Hafensedimenten). Diese bereitet die Sedimente zur weiteren Verwendung oder Deponierung auf. Da die gesamte Elektroanlage und Steuerung des Sauger III nicht mehr dem Stand der Technik entspricht, erfolgte eine Ersatzbeschaffung. Der Neubau sollte alle Erfahrungen aus dem über 100-jährigen Betrieb mit dem Sauger III in sich vereinen. 14:30 Uhr Pause 15:00 Uhr Alternative Energiewandlung im Sinne einer klimafreundlicheren Seeschifffahrt Anneliese Jost (BMVI) Brennstoffzellen können mit Brennstoffen wie Dieselöl (einschließlich Biodiesel) und anderen Kohlen-Wasserstoff enthaltenden Brennstoffen, wie z. B. LNG, Alkoholen etc. genutzt werden. Die Entwicklung von Brennstoffzellen-Energiewandlungssystemen für den Dauerbetrieb auf kommerziellen Seeschiffen wird national unterstützt. Derzeit werden Demonstratoren auf zwei Seeschiffen erprobt. 15:40 Uhr Abschlussdiskussion Dipl.-Ing. Benno Lenkeit (BAW Hamburg) 16:00 Uhr Ende der Veranstaltung II

5 Liste der Referenten Bald, Jens Hamburg Port Authority AöR An der Horeburg Hamburg Buhlert, Adolf TECHNOMAR GmbH & Co. KG Carl-Stockhinger-Str Bremen Jost, Anneliese Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur Robert-Schuman-Platz Bonn Kaiser, Volker Bundesanstalt für Wasserbau Bernhard-Nocht-Strasse Hamburg Klute, Andreas Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur Robert-Schuman-Platz Bonn Schomburg, Erik Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH Marquardter Chaussee Potsdam Will, Guido FMW Datteln Speeckstraße Datteln III

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7 Teilnehmerliste Name Firma Ort Alich, Pascal Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Wilhelmshaven Bielke, Peter Fachstelle Maschinenwesen Nord Rendsburg Biran, Juan Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg Böttner, Dr. Carl-Uwe Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg Braun, Michael Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Berlin Burckhardt, Mike Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Braunschweig Burger, Michael Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Bonn Caris, Mathias Bundesanstalt für Verwaltungsdienstleistungen Münster Christiansen, Marten Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg Claußen, Gerrit Fachstelle Maschinenwesen Minden Czerson, Tobias Fachstelle für Maschinenwesen SW Koblenz Fimmen, Hanno Bundesanstalt für Wasserbau Hamuburg Garber, Bernd Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg Godenau, Gunnar Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Cuxhaven Gröhn, Sönke Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg Heidbrink, Michael Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Bonn Hentschel, Thomas Fachstelle Maschinenwesen Nord Rendsburg Herlyn, Herro Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Bonn Hof, Eckard Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Duisburg Hübner, Erwin Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg hustedt, michael Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Verden Janssen, Harald Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Wilhelmshaven Joecks, Michael Fachstelle Maschinenwesen Nord Rendsburg Joeris, Heinz-Josef Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Bonn Kasper, Jörg Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg Katz, Heiner Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg Kleine, Ulf Fachstelle Maschinenwesen Nord Rendsburg Kramer, Josef Wasserstrassen- und Schifffahrtsamt Emden Kriebitzsch, Michel Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg Kroll, Annina Prüfungsamt des Bundes Hamburg Krüger, Simone Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Berlin Lamprecht, Ulrich Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Cuxhaven Lange, Ronny Bundesministerium für Verkehr Bonn und digitale Infrastruktur Lattmann, Carsten Technische Fachstelle Nordwest Brake Lenkeit, Benno Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg Leonhardt, Wolfgang Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Bonn V

8 Name Firma Ort Leukel, Holger Bundesministerium für Verkehr Bonn und digitale Infrastruktur Litmeyer, Bernhard Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Bonn Lohse, Claudia Prüfungsamt des Bundes Hamburg Hamburg Lorenz, Tobias Bundesanstalt für Verwaltungsdienstleistungen Aurich Mallau, Ulrich Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Rheine Mulckau, Alexander Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg Mülle, Marcel Fachstelle für Maschinenwesen Datteln Müller, Christian Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Bonn Muradi, Daud Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Brunsbüttel Nikolay, Peter Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Bingen Platt, Volker Wasserstraßen und Schifffahrtsamt Koblenz Plenge, Thassilo Five Oceans Maritime Asset Management Hamburg GmbH & Co. KG Radzialowski, Dariusz Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Bonn Rahlf, Holger Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg Reimer, Heinrich Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Minden Ringel, Wilfried Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Berlin Rose, Gerald Fachstelle für Maschinenwesen SW Koblenz Rottmann, Dietmar Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Schweinfurt Sauer, Martin Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Braunschweig Saure, Andreas Bundesministerium für Verkehr Bonn und digitale Infrastruktur Schäfer, Sascha Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Emden Schaper, Carsten Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Braunschweig Schlichtmann, Kai Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Mannheim Seiwald, Thorsten Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Meppen Severiens, Jan Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Bonn Stolz, Stefan Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Brunsbüttel Streich, Martin Fachstelle Maschinenwesen Nord Rendsburg Strenge, Rainer Fachstelle der WSV für Verkehrstechniken Koblenz Theede, Carsten Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Brunsbüttel Thies, Marcel Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Tönning Türmer, Ulf Bundesanstalt für Wasserbau Hamburg van Dülmen, Alfred Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Meppen Voigt, Hartmut Fachstelle für Maschinenwesen Südwest Koblenz Westerman, Eiko Schiffstechnik Buchloh GmbH u. Co. KG Unkel Wicher, Erich Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Duisburg-Rhein VI

9 Kurzfassungen der Vorträge

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11 Expertengruppe Standardisierung von Wasserfahrzeugen in der WSV Dipl.-Umweltwissenschaftler, Dipl.-Bauingenieur (FH) Andreas Klute, BMVI Einleitung: Die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) betreibt im Küsten- und Binnenbereich etwa Wasserfahrzeuge. Altersbedingt muss eine Vielzahl von Schiffen neugebaut werden. Auch wenn einige Beschaffungen schon bislang im Rahmen von Typfamilien erfolgten, so dominiert dennoch eine Individualplanung, die man auch als Prototypenbau bezeichnen könnte. Diese individuelle Planung und Beschaffung von Schiffen ist aufwändig, zeitintensiv und fehlerbehaftet. Da zudem die zur Verfügung stehenden Ingenieurkapazitäten für die Konzeptionen, Planung, Ausschreibung, etc. zu knapp bemessen sind, ist eine deutliche Effizienzsteigerung bei der Planung und Beschaffung ist zwingend erforderlich! Dies ist nur mit einer konsequenten Standardisierung erreichbar. Zudem sind bei einer konsequenten Standardisierung eine Kostensenkung und eine bessere Qualität zu erwarten. Diese Vorteile übersteigen die möglicherweise befürchteten Nachteile von Standards bei weitem. Eine konsequente Standardisierung ist daher alternativlos!!! Anlass: Vor ca. 6-7 Jahren wurden bei einer Vielzahl von etwa zeitgleich zu realisierenden Schiffneubauten trotz identischer oder ähnlicher Nutzungsanforderungen gänzlich unterschiedliche technische Entwürfe vorgelegt. Dies war der Anlass, eine konsequentere Standardisierung im Schiffsbau zu verfolgen. Ziele hierbei waren, die Beschaffungen zu beschleunigen, die Kosten zu reduzieren, die Qualität zu erhöhen, aber auch den Unterhaltungsaufwand zu reduzieren und die Bedienungsergonomie für die Schiffsführung und das Deckpersonal einheitlicher zu gestalten. Hierzu wurde eine Expertengruppe eingerichtet, die sich mit dem Thema Standardisierung von Binnenschiffen beschäftigt. Zusammensetzung der Expertengruppe: Die Expertengruppe setzt mit Mitarbeitern der (ehemaligen) Wasser- und Schifffahrtsdirektionen, der Fachstellen der WSV, der BAW, Referat K 4 und dem BMVI Referat WS 10 zusammen. Aktuelle Mitarbeiter der Expertengruppe: Burkhard Knuth, GDWS Standort Magdeburg, WNA Magdeburg (Leiter der Expertengruppe) Hans-Jürgen Blum, GDWS Standort Magdeburg Ulf Kleine, GDWS - Standort Kiel, FMN Rendsburg Herro Herlyn, GDWS - Standort Aurich Mathias Caris, GDWS - Standort Münster - 1 -

12 Guido Will, GDWS - Standort Münster, FMW Datteln Rainer Hegerfeld, GDWS - Standort Hannover Gerrit Claussen, GDWS - Standort Hannover, FMM Minden Markus Pöhlmann, GDWS - Standort Würzburg, FMS Nürnberg Frank Höpfner, GDWS - Standort Mainz Gerald Rose, GDWS - Standort Mainz, FMSW Koblenz Rainer Schwab, GDWS Standort Magdeburg Arbeitssicherheit Die Ergebnisse dieser Expertengruppe werden im Folgenden vorgestellt. Vorgehensweise: Folgende Ansätze standen im Vordergrund der Bearbeitung: Best practice -Lösungen auf der Basis realisierter Objekte, möglichst keine weiteren neue Prototypen. Ausrichtung der Technik an den begründeten Nutzungsbedürfnissen (keine nice-tohave -Lösungen). Konstruktionsprinzip des modularen Baukastens mit definierten Schnittstellen. Eine besondere Bedeutung hat hierbei das Prinzip der Standardisierung mittels Modulen mit definierten Schnittstellen. Damit kann unterschiedlichen Anforderungsprofilen Rechnung getragen werden und auch einzelne Elemente in einer gesicherten Qualität können schnell auf andere Schiffstypen übertragen werden. Zudem ermöglicht dieses Prinzip, dass der technische Fortschritt zügig ausgerollt werden kann. Dementsprechend wurden die Baubeschreibungen zu Musterbaubeschreibungen aufgearbeitet. Diese sind jeweils als Baukasten konzipiert, der sowohl Schiffstypen-übergreifende einheitliche Module enthält, aber auch optionale Module, wie z. B. ein Stelzensystem, ein Krahn-System, Auffahrrampen, etc. Zu beachten ist hier aber folgendes: Im Vorfeld der konstruktiven Bearbeitung muss das Anforderungsprofil begründet und definiert werden, und zwar funktional und nicht konstruktiv. Als nächstes muss klar definiert sein, was zwingend erforderlich ist und was vielleicht wünschenswert oder lediglich nett ist. Dann kann man sich den standardisierten Baukasten nehmen und die einzelnen Bauteile auswählen. Diese Vorgehensweise beschleunigt die Übernahme von Verbesserungen und garantiert eine schnelle Übertragung der Verbesserungen für alle künftigen Beschaffungen aus dem Baukasten. Ergebnisse: Die Ergebnisse sind beachtlich. So wurden mittlerweile zu fast jeder Objektuntergruppe ein Standardschiff mit Kurzbeschreibungen, Fotodokumentation, Musterbauvorschriften, Vergabe

13 und Verdingungsunterlagen, Ausführungsunterlagen, Prüfprotokolle und die technische Dokumentation erstellt. Diese wurden dem BMVI vorgelegt und sollen nach Zustimmung durch die Interessenvertretungen als Standard verbindlich eingeführt werden. Für folgende Schiffstypen liegen die Standards dem BMVI vor: Objektuntergruppe 832 Peilschiffe Typ "Visurgis" 842 Motorschiffe - Arbeits- und Aufsichtsschiff "Spatz" - Arbeits- und Aufsichtsschiff Rhein/Donau - Arbeitsschiff mit Eisbrecheigenschaften Typ I / L = 22,50 m - Arbeitsschiff mit Eisbrecheigenschaften Typ II / L = 15,00 m 851 Klappprahme 853 Deckprahme Binnen 853 Deckprahme Zone 2 (Binnen/See) 854 offene Prahme 865 Bauhüttenschiffe 862 Taucherschiffe 881 Schwimmgreifer - Schwimmgreifer Typ I - Schwimmgreifer Typ III Steuerstände - Steuerstand für Arbeits- und Aufsichtsschiff "Spatz" - Steuerstand für Arbeits- und Aufsichtsschiff "Rhein/Donau" Ergänzende optionale Module u. a. - Stelzensysteme - 3 -

14 Beispiele der Standardschiffe: Objektuntergruppe 842: Arbeits- und Aufsichtsschiff Rhein/Donau Bild 1: MS Bingen Klassifikation: Binnen Fahrtzulassung: Rhein / Zone 3 und 4 Betreiber: WSA Koblenz Bauwerft: Werft Barthel Baujahr: 2012 Hauptdaten: Länge über alles: 20,18 m Breite über alles: 4,80 m Konstruktionstiefgang: 1,10 m Fixpunkthöhe: 4,40 m Verdrängung: 58,8 t Geschwindigkeit: 20,4 km/h Antriebsleistung: 486 kw Besatzung: 2 Pers. Aufgabe / Einsatzzweck / Einsatzgebiete: Aufsichtsschiffe mit Schubeinrichtung werden im Bereich der Wasser- und Schifffahrtsämter auf Rhein und Donau für Aufsichtsfahrten, Messfahrten und für Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten an Wasserbauwerken eingesetzt

15 Objektuntergruppe 851: Klappprahm Bild 2: Klappprahm 70 m³ Klassifikation: ohne Fahrtzulassung: Zone 3-4 Betreiber: WSA Eberswalde Bauwerft: Neue Oderwerft GmbH Baujahr: 2009 Hauptdaten: Länge über alles: 30,00 m Breite über alles: 5,02 m Tiefgang max.: 1,32 m Fixpunkthöhe: 3,10 m Verdrängung: ca. 173 t Aufgabe / Einsatzzweck / Einsatzgebiete: Klappprahme werden im Bereich der Wasserstraßen- und Schifffahrtsämter auf den Binnenwasserstraßen für Schütt- und Stückgütertransporte eingesetzt. Ein Betrieb als Deckprahm ist möglich

16 Objektuntergruppe 865: Bauhüttenschiff Bild 3: Bauhüttenschiff B 4402 Klassifikation: ohne Fahrtzulassung: Zone 3-4 Betreiber: WSA Lauenburg Bauwerft: Neue Oderwerft GmbH Baujahr: 2011 Hauptdaten: Länge über alles: 18,65 m Breite über alles: 5,07 m Konstruktionstiefgang: 0,75 m Fixpunkthöhe: 3,20 m Verdrängung: ca. 45 t Aufgabe / Einsatzzweck / Einsatzgebiete: Das Bauhüttenschiff ist für den Einsatz auf den Binnenwasserstraßen vorgesehen. Es ist als Baustellenunterkunft bei Unterhaltungsarbeiten bestimmt

17 Arbeitsschiff mit Eisbrecheigenschaften Typ I Dipl.-Ing. Volker Kaiser, BAW Hamburg Von Dezember 2011 bis Dezember 2014 wurden fünf Arbeitsschiffe mit Eisbrecheigenschaften auf der Werft SET Schiffbau- und Entwicklungsgesellschaft Tangermünde mbh gebaut. Diese Arbeitsschiffe erhielten während der Bauphase die Typenbezeichnung Arbeitsschiff mit Eisbrecheigenschaften Typ I. Auftraggeber und Vergabestelle war die BAW Referat Schiffstechnik. Das Auftragsvolumen belief sich auf gesamt. Die Bauabwicklung erfolgte von Januar 2012 bis Dezember Die Gewährleistungsabwicklung wird voraussichtlich im Dezember 2016 abgeschlossen sein. Die fünf Arbeitsschiffe wurden gebaut basierend auf den Erkenntnissen aus dem Betrieb und der Erprobungen (Eiserprobung, Schubbetrieb mit einer Klappschute) mit dem Arbeitsschiffe Eisvogel des WSA Meppen. Hierfür ist eine Bauvorschrift erstellt worden für das Arbeitsschiff 1 des WSA Meppen, mit ergänzenden Bauvorschriften für die weiteren Arbeitsschiffe. Die ergänzenden Bauvorschriften enthielten die Abweichungen die Schiffe 2-4 gegenüber der Hauptbauvorschrift für das 1. Schiff. Auf Basis der Bauvorschriften für die Arbeitsschiffe, mit Berücksichtigung der Änderungen und Ergänzungen aus der Bauphase, wurde von der BAW Referat Schiffstechnik eine Musterbauvorschrift erstellt. Diese wurde der Arbeitsgruppe Standardisierung Wasserfahrzeuge Anfang 2016 übergeben

18 Abgeliefert wurden die Schiffe in folgender Reihenfolge: Bild 1: Bevergern Quelle: SET - Olaf Hesse Bild 2: Turmfalke Quelle: SET Olaf Hesse - 8 -

19 Bild 3: Biber Quelle: SET Olaf Hesse Bild 4: Elbe Quelle: SET Olaf Hesse - 9 -

20 Bild 4: Löwe Quelle: SET Olaf Hesse Projektlaufzeit von der Werft SET wie folgt kompensiert werden: Schiff Name Stapellauf geplant Ein sich aufgebauter Verzug im Bauplan der Fahrzeuge konnte innerhalb der Gesamt- Ablieferungstermin Verzug 1 Bevergern ca. 9 Monate 2 Turmfalke ca. 8 Monate 3 Biber ca. 7 Monate 4 Elbe ca. 4 Monate 5 Löwe ca. 2 Monate

21 Änderungen gegenüber dem Prototyp Eisvogel Im Vorwege identifizierte erforderliche Änderungen gegenüber dem Prototyp Eisvogel wurden umgesetzt. Daraus resultierte eine vollständige Neukonstruktion der Arbeitsschiffe. Beibehalten wurde das Erscheinungsbild, die Rumpfform und das Raumkonzept. Ausführung Die Ausführung der Arbeitsschiffe erfolgte als Typschiff mit Varianten. Bei allen fünf Fahrzeugen gleich ausgeführt wurden: Rumpf (Linien) und Aufbauten bis zum Steuerhausboden Navigationsanlagen inklusive Steuerhauspult Art des Innenausbaus, Dekore, sanitäre Einrichtungen, Ausrüstung Maschinenanlage, Ruderanlage, Ankereinrichtungen, Bugstrahlruder, Zentral- und Ruderhydraulik Pumpen, Hilfsdiesel, Ver- und Entsorgungsanlagen, Klimaanlage Masten und Signaleinrichtungen Dusche, WC und Küche Optimiert und verändert wurden: Steuerhauspult Neukonstruktion gemäß Erlass und Vorgabe durch DIN EN 1864 Fahrzeuge der Binnenschifffahrt - Steuerhaus - Ergonomische und sicherheitstechnische Anforderungen, mit zwei Monitoren, je ein Monitor für die Darstellung ECDIS mit AIS und ECDIS mit Radaroverlay Masten Anordnung der Tanks : Frischwasser, Abwasser, Hydraulik- und Kraftstofftanks Maschinenraumeinrichtung Gewicht Verbreiterung des Rumpfes und Anpassung der Linien für mehr Auftrieb Verwendung von höherfestem Stahl und Anpassung der Plattenstärken für den Rumpf Optimierung der Gewichte des Innenausbaus Aussetzvorrichtung der Schiffe Turmfalke und Elbe, Zuggeschirr mit Anschlagpunkten und Umlenkungen Außenhautkühlzellen beim Eisvogel innenliegend, bei den Arbeitsschiffen außen aufgesetzt Folgende Ausführungen wurden im Projekt alternativ umgesetzt: Aussetzvorrichtung für Unterwasserarbeitsgeräte (Sandhobel und Schlickegge), alternativ Kran für Instandhaltungsarbeiten, Tonnenlegearbeiten etc. Festes Steuerhaus, alternativ Stülpsteuerhaus

22 Einrichtungen zum Steuern eines zu schiebenden Fahrzeugs im Steuerhauspult, z.b. Steuerung eines Brückenuntersuchungsschiffes, alternativ ist eine Nachrüstung in den Pulten möglich Koppelwinden alternativ Spannzylinder Tisch mit Bank und Stühlen im Steuerhaus alternativ Vermessungsecholot und zweiter Arbeitsplatz mit Vermessungsrechner im Steuerhaus Zwei Besatzungskammern und Küche mit Messebereich, alternativ drei Besatzungskammern und Küche ohne Messe, dafür Sitzplatz im Steuerhaus Für die Inneneinrichtung wurde ein mit den WSÄ abgestimmtes Designkonzept erarbeitet. Technische Daten der Arbeitsschiffe mit Eisbrecheigenschaften Typ I Klassezeichen: GL A5 IN(0,6) Z, ICE, Work Boat + MC Antrieb: Motor MAN D2842 LE 412 mit 588 kw Getriebe Reintjes WAF 665 L Wellenanlage Wassergeschmiert, Fa. Thies Propeller Festpropeller Ø 1,10 m Auslegung in Anlehnung an E2 des GL Geschwindigkeit max. 18,5 km/h Fixpunkthöhe - Schiff 1 bis 4 4,25 m (bei 10% Vorräten) - Schiff 5 3,80 m mit Stülpsteuerhaus (AS Löwe) Rückschau Von den in Betrieb befindlichen Schiffen wurden bisher keine wesentliche Mängel der Technik und der Leistungsfähigkeit berichtet, welche eine größerer Änderung der Konzepte erforderlich machen würde. Gewährleistungsmängel bezogen sich auf Mängel einzelner Bauteile. Die Besatzungen hatten nach Inbetriebnahme oftmals Informationsbedarf, welchem seitens der Werft zeitnah und ausreichend entsprochen wurde. Handlungsanweisungen zur Bedienung und Informationen zum Verständnis der Anlagen wurden von der Werft ebenfalls umgehend zur Verfügung gestellt. Die Eiserprobung steht noch aus mangels Eiswinter seit der Indieststellung. Die Gewährleistungsabwicklung der letzten Neubauten endet im Dezember Es lässt sich jedoch berichten, dass Mängel von der Werft bzw. den Unterlieferanten zeitnah behoben worden sind. Ein Mangel, die Steuerung der Hilfsdiesel 1 (45 KW) betreffend, ist noch zu beheben. Die Bearbeitung durch die Werft erfolgt derzeit

23 Was fiel intern auf? Die positiven Aspekte der Begleitung, Prüfung, Überwachung und Abnahme durch eine Klassifikationsgesellschaft haben sich bestätigt. Die Begleitung des Projektes durch die Klasse (GL, jetzt DNVGL) trug zur Entlastung der Bauaufsicht bei. Förderlich während der Bauabwicklung war die Zugänglichkeit und Konsistenz der Unterlagen durch digitale Speicherung und Fernzugriff auf die Daten, sowie der einheitliche Aufbau der digitalen Projektakte Alle Ablieferungsunterlagen wurden in digitaler Form bereitgestellt. Somit ist eine Überführung der Unterlagen in die DVtU möglich. Musterbauvorschrift Auf Basis der Bauvorschrift von Schiff 1, und der während der Bauabwicklung notwendigen Änderungen, wurde eine Muster BV für die Arbeitsgruppe Standardisierung von Binnenschiffen der WSV erarbeitet. Diese wurde als modulare Musterbauvorschrift erstellt. Sie enthält die möglichen Varianten als beschreibende Module der alternativen Ausführungen des Arbeitsschiffes mit Eisbrecheigenschaften Typ I. Erforderliche Änderungen auf Grund von Betriebserfahrungen der Betreiber wurden in die Musterbauvorschrift aufgenommen, z.b. Heckankerwinde, Glattdeckluken achtern

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25 CFD-Optimierung einer Strahlumlenkung hinter einem Arbeitsschiff mit Eisbrecheigenschaften Dipl.-Ing. Erik Schomburg, Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH Dipl.-Ing. Adolf Buhlert, TECHNOMAR GmbH & Co.KG Auf der Werft SET-Tangermünde, Betrieb Genthin, wurden 5 Arbeitsschiffe mit Eisbrechereigenschaften im Auftrag der BAW für verschiedene Wasser-schifffahrtsämter gebaut. Zwei Schiffe wurden zusätzlich mit Einrichtungen zur Gewässerpflege ausgerüstet. Hauptabmessungen: L = 22,73 m, B = 7,10 m, T = 1,25 m, Leistung 1 x 588 kw auf Festpropeller, Die Schiffe TURMFALKE für das WSA-Meppen und ELBE für das WSA-Magdeburg erhielten ein Aussetzgeschirr, SWL 2,5 / 5 t. Ein hydraulisch schwenkbarer A-Galgen und eine Hydraulikwinde wurden eingebaut für den Betrieb einer Schlickegge oder eines Sandhobels zur Gewässerpflege, d.h. Entfernen von Untiefen, also zur Solenregulierung. Die Geräte werden durch das Schiff geschleppt. Sie sind über ein Zuggeschirr mit dem Schiff verbunden. Die Arbeitstiefe ist in der Höhe mit dem Aussetzgeschirr einstellbar. Das Sediment wird aufgewirbelt und mit dem Strom weggetragen. Diese Arbeitsmethode beinhaltet Einschränkungen. Es ist zum Beispiel nicht möglich, sehr dicht an schwimmende Geräte bzw. Dalben heranzukommen. Die Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH (SVA) wurde von der Fachstelle Maschinenwesen Mitte (FMM) beim Wasser- und Schifffahrtsamt Minden beauftragt eine Strahlumlenkung hinter einem Schiff zu entwerfen und zu berechnen. Der Propellerstrahl des Schiffs soll so mit einer Vorrichtung umgelenkt werden, dass eine möglichst gute Aufwirbelung von abgelagertem Schlick am Gewässerboden erreicht wird. Die Funktionsweise eines ähnlichen Systems wurde dem Auftraggeber durch ein anderes Unternehmen bereits mehrfach unter Beweis gestellt. Die Untersuchungen in der SVA erfolgten auf Grundlage von numerischen Strömungssimulationen (englisch: computational fluid dynamics, CFD). Die Aufgabenstellung wurde in 4 Arbeitspakete gegliedert. In einer Vorstudie wurden verschiedene mögliche Umlenkvorrichtungen grundlegend miteinander verglichen. Anschließend wurde eine ausgewählte Variante hinsichtlich ihrer Wirkung am Gewässerboden optimiert werden. Darauf folgten die Untersuchung der Wirksamkeit bei verschiedenen Wassertiefen sowie die Untersuchung der Wirksamkeit verschiedener Steuerklappen zur Unterstützung der Manövrierbarkeit. Mit Hilfe eines Probefahrtprotokolls eines Schwesterschiffs wurde ein Propeller der Wageningen B- Serie ermittelt, der ungefähr die Kennwerte der Probefahrt erreicht. Die radiale Schub- und Momentenverteilung dieses Propellers wurde mit dem SVA eigenen Programm VORTEX bestimmt und durch eine Actuator-Disc in den CFD-Berechnungen modelliert. Die Geometrie der Umlenkvorrichtung unterlag nur wenigen Beschränkungen. So sollte der Tiefgang der Umlenkvorrichtung nicht den des Schiffs überschreiten. Weiterhin war auf die Realisierbarkeit mit einfachen Stahlbaumethoden zu achten

26 Der Tiefgang des Schiffs in den Berechnungen beträgt T = 1.4 m. Die Wassertiefe wurde in der Vorstudie und während der Optimierung auf h = 2.5 m festgelegt Berechnet wurde die Wirkung der Strahlumlenkung auf dem Gewässerboden. Die Sandrauhigkeit des angenommenen Schlickbodens betrug k = 0.06 mm (Literaturangabe in Absprache mit dem Kunden). Durch den als fest angenommenen Boden konnte keine Änderung der Bodentopologie durch die Strahlwirkung erfasst werden. Schlick ist eine Binghamsche Flüssigkeit, die ab einer bestimmten Scherspannung zu fließen beginnt. Daher war das für die Auslegung wesentliche Gütekriterium die Größe der Fläche des Bodens auf der eine Wandschubspannung von τ = 120 Pa überschritten wird. Als ein weiteres Bewertungskriterium konnte der Druck auf den Boden ausgewertet werden. Bei den Berechnungen zeigte sich, dass für eine effektive Strahlumlenkung eine Seitenplatte erforderlich ist. Hierdurch wird ein Ausweichen des Strahls zur Seite deutlich reduziert. Ohne Seitenplatte wird die erforderliche Wandschubspannung von τ = 120 Pa nicht erreicht. Strömungsdurchlässige Spalten in der Umlenkvorrichtung sollten möglichst vermieden werden, da diese die Wirkung der Umlenkvorrichtung maßgeblich reduzieren. Die geschlossene Tunnel- Variante war am effektivsten und wurde vom Kunden für eine Optimierung ausgewählt. Bild 2, 3, 4: Beispiele verschiedener möglicher Umlenkvorrichtungen aus der Vorstudie Für die Geometrieoptimierung des Tunnels wurde ein Parametermodell im CAE Programm CAESES entwickelt. Die Breite der Eingangsfläche wurde auf 1.30 m festgelegt. So ist die Funktion auch bei leichten Ruderausschlägen gewährleistet. Durch die Abhängigkeit der Geometrie von definierten Parametern ließ sich diese für die Optimierung vollautomatisch verändern. Die Höhe der Oberkante des Tunneleingangs, die Höhe der Eintrittsfläche, die Länge des Tunnels, das Verhältnis von Eingangsfläche/Ausgangsfläche sowie das Verhältnis von Länge/Breite der Ausgangsfläche wurden mittels Parametervariation hinsichtlich der resultierenden Bodenfläche mit einer Wandschubspannung von τ > 120 Pa optimiert. Die Oberkante des optimierten Tunnels liegt genau unter der Wasseroberfläche. Um ein Überströmen der Umlenkvorrichtung zu vermeiden, sollte der Bereich zwischen Schiff und Umlenkvorrichtung an der Wasseroberfläche abgedeckt sein. Die Breite der Wandschubspannung mit τ > 120 Pa liegt bei etwa 2.5 m, die Länge bei etwa 2 m. Die Wandschubspannung und der

27 Druck am Gewässerboden welche von der optimalen Tunnelvariante generiert werden zeigen die folgenden Bilder. Bild 5, 6: Optimierte Variante, Wandschubspannung und Druck auf dem Gewässerboden Um die Wirksamkeit der optimierten Tunnelgeometrie bei verschiedenen Wassertiefen einschätzen zu können, wurde zusätzliche Rechnungen bei h = 2, 3 und 4 m durchgeführt. Es zeigt sich eine moderate Abnahme der Wirksamkeit mit der Wassertiefe. Bei 4 m Wassertiefe werden 120 Pa Wandschubspannung nicht mehr erreicht. 6.0 Wandschubspann ung > 120Pa [m 2 ] Wassertiefe [m]

28 Aufgrund der Vereinfachungen (feste Wasseroberfläche, quasi statische Berechnungen, Actuator- Disc, keine Änderung der Bodentopologie) können die Ergebnisse nur qualitativ sein. Der Druck auf den Gewässerboden liegt bei einer Wassertiefe von h = 2.5 m in Druckspitzen bei Pa (ca. 2.8 t/m 2 ). Ein solcher Druck sollte zu einer Deformation von Schlick am Gewässerboden führen (ausgespültes Loch) welche die Spülwirkung nochmals deutlich erhöhen wird. Die Kraft auf das Gesamtsystem reagiert empfindlich auf geringe Winkeländerungen des Tunnelausgangs. Eine Klappe am Tunnelausgang kann eine genaue Steuerung der Geschwindigkeit und eventuell die Rückwärtsfahrt ermöglichen. Die Aufgabe der TECHNOMAR GmbH & Co.KG bestand nun darin, einen Kanal zu konstruieren und zu bauen, der den theoretischen Vorgaben weitestgehend entspricht. Der Kanal soll mit dem Aussetzgeschirr von Deck gehoben und an das Schiff angehängt werden. Feste Anbauten, die die Schiffslänge vergrößern, waren nicht zulässig. Eine Voruntersuchung zur Konzeptfindung wurde durchgeführt zur Entscheidungs-findung über den Bau der Schubumlenkung. Die Entscheidung erfolgte gemeinsam mit dem WSA-Meppen. Daraufhin wurden der Kanal und die Anbindung an das Schiff konstruiert und eine statische Berechnung zur Dimensionierung durchgeführt. Der gefertigte Kanal wurde an Bord des Schiffes angebaut und eine Erprobung vor der Schleuse Meppen und in einem Altarm der Ems durchgeführt. Nach einem Programm wurde die Erprobung durchgefahren. Der Kanal kann von einem Decksmann ohne Probleme in die Halterungen am Schiff eingehängt werden. Der Schiffsführer fährt die Winde und den A-Galgen vom Steuerstand aus. Der Kanal hängt mit einem 3-Stranggehänge am A-Galgen und kann zu jeder Zeit mit der Winde in die Arbeitsposition abgelassen und wieder aufgenommen werden. Zur Verriegelung in der Arbeitsposition sind nur zwei Vorsteckbolzen zur Aufnahme des Propellerschubs einzustecken. Zunächst wurde die Manövrierfähigkeit des Schiffes getestet. Eine merkliche Einschränkung in der Manövrierfähigkeit wurde vom Schiffsführer nicht festgestellt. Dieses rührt vermutlich von dem Beckerruder her, das den Propellerstrahl wirksam umlenkt. Anschließend wurde auch die Vorausfahrt getestet. Die Geschwindigkeit bei Volllast hat sich durch den angehängten Kanal, der nun durch das Wasser gezogen werden muss, auf 12 km/h verringert. Die Freifahrtgeschwindigkeit des Schiffes beträgt 15 km/h. Alle Beteiligten waren erstaunt, dass die Geschwindigkeit nur um 3 km/h abgenommen hat. Die Rückwärtsfahrt mit dem Gerät in Position ergab keine Probleme. Nach der Manöverfahrt wurden Spülversuche in einem Altarm durchgeführt. Eine Strecke von 400 bis 500 m wurde abgefahren und eine mittlere Wassertiefe von 2,40 m festgestellt. Die Teststrecke wurde dann dreimal durchfahren. Nach dem dritten Durchgang wurde eine Wassertiefe von 2,80 m gemessen. Alle Beteiligten waren von der Wirksamkeit des umgelenkten Propellerstrahls überzeugt. Im Anschluss an die Erprobung wurde festgelegt, dass das Schiff zunächst mit dem Gerät im Realbetrieb arbeiten soll. Nach längerem Einsatz wurde ermittelt:

29 Das Schiff ist zu schnell beim Einsatz, in der Freifahrt. Es wird nicht genügend Sediment aufgewirbelt. Der Arbeitsbereich an schwimmenden Geräten ist im Gegensatz zur Schlickegge in Ordnung. Daraufhin wurden die Schleusensohle und der Bereich um die Dalben bearbeitet. Das Schiff machte sich mit einem Tau am Objekt fest und spülte unter Volllast den Bereich frei. Dieses ergab zufriedenstellende Ergebnisse. Fazit nach einer Besprechung beim WSA-Meppen, Abt. Lathen Die Geschwindigkeit des Schiffes muss herabgesetzt werden. Der Kanal soll mit Zusatzschildern und Leitblechen ausgerüstet werden, um die Geschwindigkeit auf ca. 3-5 km/h herabzusetzen. Die Zusatzschilder sollen einstellbar ausgeführt werden, um die optimale Bedingung zu ermitteln. Der Propellerstrahl soll noch mehr in die Kanalöffnung gedrückt werden. Zusatzumlenkbleche sollen seitlich am Kanal angebracht werden. Mit dieser Zusatzausrüstung sollen dann weitere Versuche ausgeführt werden

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31 Abgasreduzierung und Nachbehandlungssystem SCR Guido Will, FMW Datteln Diverse Anfragen meiner Kollegen von den Wasserstraßen und Schifffahrtsämtern haben mich dazu bewogen, Ihnen einen Überblick über die Möglichkeiten der Abgasreduzierung und Nachbehandlungsmethodik im Bereich Schiffbau zu geben. Wie Sie den nachfolgenden Themenbereichen entnehmen können, bewegt man sich in den Fachbereichen der Chemie, des Maschinenbaus, der Mess- und Regeltechnik und dem der Umwelttechnik. Folgende Aspekte der Abgasreduzierung und Nachbehandlungsmethodik werden präsentiert: Schadstoffentstehung Abgaszusammensetzung Toxische Schadstoffe / Entstehung Innermotorische Maßnahmen Abgas-Emissionen gemäß BinSchUO / ZKR II Externe Maßnahmen; SCR-Anlage auf einem Binnenschiff Kurzfassung des Vortrags

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37 Fotostrecke SCR-Abgasnachbehandlungsanlage

38 Literaturverzeichnis Pischinger, F.: Verbrennungsmotoren I und II: Vorlesungsumdruck, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 1995 Forschungsvereinigung Automobil-Technik e.v. ; FAT-Schriftreihe 238, Seite 38, 39, 40, 45 und 50 AGR Schema der Firma BMW BinSchUO - Emissionsgrenzwerte Stufe II der ZKR Bildung und Zerfall von Stickstoffmonoxid NO nach Hollemann und Wilberg Fotostrecke: Laborschiff Max Prüss vom Land NRW

39 Beschaffung eines speziellen Nassbaggergerätes für die Hamburg Port Authority (HPA) Dipl.-Ing. Jens Bald, HPA Bild 1: SAUGER III (Damen Shipyards)

40 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Hamburg Port Authority Baggerungen im Hamburger Hafen Unterbringung von Baggergut Schutensauger Was ist ein Schutensauger Schutensauger in Deutschland Schneidkopfsaugbagger AMORIS HPA Saugerstation Neubau SAUGER III Sauger III (Bj.1905) Gründe für den Neubau Anforderungen an den Neubau Entwurf Ausschreibung Auswahl der Ausschreibungsart Teilnahmewettbewerb Verhandlungsverfahren Bauphase Bau Stapellauf Abnahme und Inbetriebnahme Ausblick Literatur

41 Abbildungsverzeichnis Bild 1: SAUGER III (Damen Shipyards)...29 Bild 2: Eimerkettenbagger ODIN (HPA)...32 Bild 3: Greifbagger MODI (HPA)...32 Bild 4: Hopperbagger IJSSELDELTA (B. Visser)...33 Bild 5: Planiergerät STOCKHAUSEN (HPA)...33 Bild 6: Wasserinjektionsgerät AKKE der Firma JADESAND (HPA)...33 Bild 7: Fließdiagramm der METHA (HPA)...34 Bild 8: METHA Vorlagebecken (HPA)...34 Bild 9: Schneidkopfsaugbagger AMORIS (Damen)...36 Bild 10: Saugerstation im Finkenwerder Vorhafen (HPA)...37 Bild 11: Längsschnitt SAUGER III Bj (HPA)...37 Bild 12: Erster Entwurf mit zwei Baggerpumpen (HPA)...39 Bild 13: Ausschreibungszeichnung (HPA)...39 Bild 14: Stapellauf SAUGER III (HPA)...42 Bild 15: SAUGER III fertig für den Stapellauf (HPA)...42 Bild 16: Überführung SAUGER III über die Nordsee (Damen Shipyards)

42 1 Hamburg Port Authority Die Hamburg Port Authority AöR (HPA) betreibt seit 2005 ein zukunftsorientiertes Hafenmanagement aus einer Hand und ist überall dort aktiv, wo es um Effizienz, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit im Hamburger Hafen geht. Den wachsenden Ansprüchen des Hafens begegnet die HPA mit intelligenten und innovativen Lösungen. Die HPA ist verantwortlich für die effiziente, Ressourcen schonende und nachhaltige Planung und Durchführung von Infrastrukturmaßnahmen im Hafen und Ansprechpartner für alle Fragen hinsichtlich der wasser- und landseitigen Infrastruktur, der Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs, der Hafenbahnanlagen, des Immobilienmanagements und der wirtschaftlichen Bedingungen im Hafen. Dazu stellt die HPA die erforderlichen Flächen bereit und übernimmt alle hoheitlichen Aufgaben und hafenwirtschaftliche Dienstleistungen. Sie vermarktet spezielles, hafenspezifisches Fachwissen und nimmt zudem die hamburgischen Hafeninteressen auf nationaler und internationaler Ebene wahr. 1.1 Baggerungen im Hamburger Hafen Es werden je nach Bedarf Baggerungen mit unterschiedlichen Baggern durchgeführt. Der weitaus größte Teil davon sind Unterhaltungsbaggerungen. Diese dienen der Aufrechterhaltung der anzustrebenden Unterhaltungswassertiefen. Eimerkettenbagger: Über 180 Jahre wurden im Hamburger Hafen Eimerkettenbagger eingesetzt. Im Sommer 2015 wurde mit dem Eimerkettenbagger ODIN der letzte Hamburger Eimerkettenbagger außer Dienst gestellt. Eimerkettenbagger werden vor allem bei harten Böden eingesetzt. Bild 2: Eimerkettenbagger ODIN (HPA) Greifbagger: Für das Baggern von kleinen Flächen, sowie Untiefen in Bereichen, die mit einem Hopperbagger nicht zu erreichen sind, werden Greifbagger eingesetzt. Die HPA verfügt über mehrere Seilgreifbagger. Bei dem Bagger FAFNER ist der Bagger fest mit dem Rumpf verbunden. Der Bagger MODI ist ein Ponton, auf dem ein kompletter Bagger mit Fahrwerk angeordnet ist. Bild 3: Greifbagger MODI (HPA)

43 Hopperbagger: Über 90 Prozent der Baggerungen werden mit Hopperbaggern durchgeführt. Die HPA schreibt die Baggerarbeiten je nach Bedarf für Hopperbagger unterschiedlichster Größe aus. Planiergerät: Eine Planiergerät ist ein Pflug, der den Boden planiert. Nachdem verschiedene Planiergeräte von Privatunternehmen in Hamburg erfolgreich im Einsatz gewesen sind, entschloß sich die HPA 2005 den Schlepper OTTO STOCK- HAUSEN zur Planiergerät umzubauen. Nach einer Baggerung mit einem Hopperbagger wird der Gewässerboden mit einem Planiergerät planiert. Bild 4: Hopperbagger IJSSELDELTA (B. Visser) Wasserinjektionsgerät: Eine weitere Möglichkeit den Gewässerboden zu planieren ist der Einsatz eines Wasserinjektionsgerätes. Dieses Verfahren ist vor allem bei Ebbtide sinnvoll. Eine Pumpe saugt Wasser von außenbords an. Das Wasser wird in eine Vielzahl von Wässerdüsen geleitet, die auf einem Spühlrohr angeordnet sind. Das Rohr wird auf den Gewässerboden abgelassen und mit Hilfe des Wasserstrahls bildet sich ein Sediment Wassergemisch (Sedimentsuspension). Im Idealfall bildet sich eine dichte Suspensionsschicht, die mit der Ebbtide abtransportiert wird. Bild 5: Planiergerät STOCKHAUSEN (HPA) Bild 6: Wasserinjektionsgerät AKKE der Firma JADESAND (HPA)

44 1.2 Unterbringung von Baggergut Stärker belastetes Baggergut aus dem Hamburger Hafen wird landseitig aufbereitet und entwässert. Nach der Entwässerung werden die einzelnen Fraktionen der internen und externen Verwertung zugeführt. Dieses Baggergut wird über Laderaumsaugbagger direkt in Spülfelder verpumpt bzw. über Transportschuten zur Saugerstation Finkenwerder Vorhafen transportiert, wo es dann über den Schutensauger in das Vorlagebecken der METHA verspült wird. Die METHA nahm 1993 den Betrieb auf und war die weltweit erste Großanlage für die Aufbereitung von Baggergut. Sie wurde in enger Zusammenarbeit zwischen dem Hamburger Amt für Strom- und Hafenbau (heute HPA), der Technischen Universität Hamburg-Harburg und dem Anlagenbauer Lurgi AG entwickelt. In der METHA wird das Baggergut in einzelne Fraktionen vorwiegend Schluff, Grobschluff und Sand getrennt. Grobschluff und Sand sind in der Regel unbelastete Fraktionen und schonen ggf. erforderliche Deponiekapazitäten. Baggergut, das nicht aufgrund seiner Belastung an Land behandelt und deponiert werden muss, wird u.a. stromab des Hafens im Zeitraum November bis März an der Landesgrenze bei Neßsand umgelagert. Bild 7: Fließdiagramm der METHA (HPA) Bild 8: METHA Vorlagebecken (HPA)

45 2 Schutensauger 2.1 Was ist ein Schutensauger Mit der Indienststellung des ersten Dampfeimerkettenbaggers im Hamburger Hafen am 9. August 1834 begann der Einsatz von Dampfbaggern in Hamburger Hafen. Dieser Baggertyp erwies sich als so leistungsfähig, dass im Laufe des 19. Jahrhunderts die Stadt Hamburg einen eigenen Baggerei- und Schifffahrtsbetrieb aufbaute. Mit dem stetigen Anstieg der Menge des Baggergutes wuchs auch die Notwendigkeit dieses schnell und effektiv an Land zu bringen. Die Baggerschuten wurden anfangs noch von Hand, später mit der Hilfe von Dampfkranen entladen. Zur Ende des 19. Jahrhunderts setzte sich ein Kranbahnsystem durch, mit dem das Baggergut aus der Schute gehoben und bis zu 200 m weit an Land verbracht werden konnte. Ob in etwa zehn Jahren 60 solcher Hängebahnbrücken in Betrieb genommen wurden, gab es aufgrund des zu dieser Zeit herrschenden rasanten technischen Fortschritts, bald eine neue Lösung. Kreiselpumpen wurden sehr leistungsfähig. Dadurch bestand die Möglichkeit zwei Pumpen auf einem Ponton zu installieren. Eine kleinere Pumpe förderte Wasser in die Baggerschute, um das Baggergut pumpfähig zu machen. Eine zweite größere Pumpe fördert das Baggergut hydraulisch über ein Rohrleitungssystem an Land. Dieses Prinzip funktionierte bei feinkörnigen Böden. Diese Geräte wurden Schutensauger genannt. Innerhalb weniger Jahre wurden sieben dieser Geräte beschafft. Der Begriff Schutensauger wird nur in Hamburg verwendet. Deutschlandweit spricht man von Spüler. Das Prinzip eines Schutensaugers ist mit dem eines Hopperbaggers vergleichbar. Statt wie der Hopperbagger das Baggergut vom Boden des Hafenbeckens aufzusaugen, saugt der Schutensauger das Sediment aus einer Schute. Sie werden meist zum Aufspülen von Land genutzt, oder spülen das Sediment in Anlagen ein, die das Sediment aufbereitet. 2.2 Schutensauger in Deutschland Da der weitaus größte Anteil von Baggerungen in Deutschland von Hopperbaggern vorgenommen wird, sind Schutensauger recht selten anzutreffen. Moderne Hopperbagger sind in der Lage, Baggergut über große Strecken zu verspülen. Mit der fortschreitenden Entwicklung von Hopperbaggern wurden Eimerkettenbagger, die in Schuten baggern, vom Markt verdrängt. Als Folge dieser Entwicklung wurden auch Schutensauger außer Betrieb gestellt. An der Weser liegt der SPÜLER WESER von Bremenports. Dieser entleert die unternehmenseigenen Klappschuten und spült das Baggergut in die integrierte Baggergutentsorgungsanlage in Bremen-Seehausen ein. Am Niederrhein verspülen die SPÜLER 20 und SPÜLER 16 von Hülskens Wasserbau an

46 verschiedenen Orten Sedimente. Das Unternehmen Detlef Hegemann Dredging verfügt über den Schutensauger ROLAND IV. 2.3 Schneidkopfsaugbagger AMORIS In Antwerpen betreibt der belgische Nassbaggerkonzern Jan de Nul in einem Joint Venture mit Dredging International und Antwerpen Ports den Schneidkopfsaugbagger AMORIS, der auch über eine Einrichtung zum Entladen von Schuten verfügt. Die AMORIS spült in eine Anlage zur Baggergutaufbereitung AMORAS ein, die nach dem Vorbild der METHA gebaut worden ist. 2.4 HPA Saugerstation Die HPA Saugerstation ist die einzige Anlage im Hamburger Hafen, die in der Lage ist, gebaggertes Sediment an Land zu verspülen. Es werden nicht nur Schuten von der HPA an der Saugerstation verspült, sondern auch Schuten von Privatunternehmen, die im Hafen baggern. Daher besitzt die Anlage eine hohe Priorität innerhalb der HPA. Der Schutensauger besteht aus einer Förderpumpe, die das Baggergut aus den angelieferten Schuten pumpt. Um die Sedimente pumpfähig zu machen, werden diese mit zusätzlichem Wasser aufgelockert. Das erforderliche Wasser wird in einem geschlossenen Kreislauf geführt, dabei dient ein Lieger als Wasserspeicher. Der Pumpmeister kann je nach Bedarf Zusatzwasser in das zu verspülende Baggergut geben. Wieviel Zusatzwasser benötigt wird, hängt von den zu verspülenden Sedimenten ab. Neben dem elektrisch betriebenen Sauger III wird als Ersatz der dieselgetriebene Sauger V vorgehalten. Bild 9: Schneidkopfsaugbagger AMORIS (Damen)

47 Bild 10: Saugerstation im Finkenwerder Vorhafen (HPA) 3 Neubau SAUGER III 3.1 Sauger III (Bj.1905) Der SAUGER III besteht aus einem Schiffskörper des Baujahrs 1905, einer darauf befindlichen 10 kv Trafostation, sowie einer Fördereinrichtung für das zu verspülende Baggergut. Beides wurde 1976 eingebaut, als die ursprünglich mit Öl betriebene Förderanlage einen elektrischen Antrieb erhielt. Die unter Deck befindliche Trafoanlage transformiert den Strom von 10 kv auf 6 kv. Mit dieser Spannung wird der 2,25 MW E-Motor für die Förderpumpe gespeist. Weiter wird auf 400 V transformiert um die Zusatzwasserpumpe zu betreiben, durch deren Wasserzugabe das Sediment pumpfähig gemacht wird. Bild 11: Längsschnitt SAUGER III Bj (HPA) 3.2 Gründe für den Neubau Die 1974 gebaute Elektroanlage und Steuerung von SAUGER III wurde zunehmend störanfällig. Insbesondere die Kohlebürsten der Elektromotoren mussten häufig getauscht werden. Insgesamt entsprach die gesamte Elektroanlage nicht mehr dem Stand der Technik. Die

48 Ersatzteilbeschaffung gestaltete sich zunehmend schwierig. Sowohl aus ökonomischen als auch aus ökologischen Gründen sollte der Spülbetrieb jedoch weiterhin elektrisch durchgeführt werden. Daher kam eine dauerhafte Inbetriebnahme des Reservegerätes SAUGER V nicht in Frage. Die Erneuerung der Elektroanlage hätte umfangreiche Schiffbau- und Tischlerarbeiten notwendig gemacht. Die Kosten hierfür hätten die Kosten der Erneuerung der Elektroanlage um ein vielfaches übertroffen. Zudem wäre die Fördereinrichtung noch auf dem Stand von 1974 gewesen. Daher wurde entschieden, SAUGER III durch einen gleichfalls elektrisch betriebenen Neubau zu ersetzen. 3.3 Anforderungen an den Neubau Die Anforderungen an den Neubau wurden wie folgt definiert: Die Bordspannung darf maximal 690 V betragen. Daher wurde parallel zum Bau des Schutensaugers eine Trafostation im Böschungsbereich errichtet, die 10 kv auf 690 V transformiert. Die Abmessungen des SAUGER III sollten übernommen werden, um denselben Liegeplatz nutzen zu können. Die Fördereinrichtung soll identisch mit der von SAUGER III (Bj. 1905) sein. An Bord soll ein kleiner Kran vorhanden sein, um Unrat aus Schuten zu entfernen. Mit einem großen Kran sollen sowohl die Förderpumpe als auch deren Elektromotor ausgebaut werden können. Da die Förderpumpe einwandig ist, sollte der Pumpenraum und der Motorenraum voneinander getrennt sein. Der Elektromotor sollte die Pumpe direkt antreiben, frequenzgeregelt und daher ohne Kohlebürsten sein. Das Baggergut sollte statt über eine starre Leitung über eine Schwimmleitung an Land verspült werden. Der Neubau soll das Einspülen in die METHA für die nächsten 40 Jahre sicherstellen. Die Förderpumpe wird nach den vorhandenen Plänen nachgebaut, wobei die vorhandenen Gussmodelle genutzt werden können. Die Beibehaltung der vorhandenen Förderpumpe ist notwendig gewesen, da die HPA die Pumpe mit eigenem Personal innerhalb von kürzester Zeit instand setzt. Der durch Abrieb entstandene Verschleiß macht es erforderlich, das Pumpengehäuse regelmäßig aufzuschweißen oder gegebenenfalls den Pumpenkreisel auszutauschen. Die Arbeiten werden in der Regel an einem Wochenende ausgeführt

49 3.4 Entwurf Die genannten Anforderungen wurden nach umfangreichen Vorplanungen festgelegt. Da der Schutensauger eine Monopolstellung im Hamburger Hafen einnimmt, sollte der Neubau vollständig redundant sein. Zudem sollten zwei Baggerpumpen und zwei Saugrüssel vorhanden sein. Dieser Entwurf wurde aus Kostengründen verworfen. Es wurde ein Entwurf mit einer Förderpumpe gewählt, dessen Fördereinrichtung mit der von SAUGER III nahezu identisch ist. Bild 12: Erster Entwurf mit zwei Baggerpumpen (HPA) Bild 13: Ausschreibungszeichnung (HPA)

50 4 Ausschreibung 4.1 Auswahl der Ausschreibungsart Für die Ausschreibung wurde als Vergabeart ein europaweiter Teilnahmewettbewerb mit anschließendem Verhandlungsverfahren durchgeführt. Grund hierfür ist, dass Schutensauger spezielle Nassbaggergeräte sind und wenige Werften Erfahrung im Bau von Nassbaggern haben. Daher sollten die Werften im Vorfeld auf ihre technische und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit hin geprüft werden. Es wurde seitens der HPA mit einer Bauzeit von 24 Monaten von Auftragserteilung bis Inbetriebnahme gerechnet. Es musste gewährleistet sein, dass der Auftragnehmer in dieser Zeit nicht in ernsthafte wirtschaftliche Schwierigkeiten kommt, die die Ablieferung des Gerätes verzögern konnten. 4.2 Teilnahmewettbewerb Die Teilnehmer des Wettbewerbes wurden besichtigt, um deren Leistungsfähigkeit zu prüfen. Vier Unternehmen wurden ins Verhandlungsverfahren übernommen und zur Angebotsabgabe aufgefordert. Für die Teilnahme am Wettbewerb mussten die Firmen ein Bewerbungsformblatt ausfüllen und einreichen. Dieses beinhaltete folgendes: Verwendungszweck und Aufgabenbeschreibung des Gerätes Basisdaten des Bewerbers Wirtschaftliche Lage des Teilnehmers inkl. Bonitätsprüfung Technische Leistungsfähigkeit (Referenzen, Anlagen, Technisches Büro) Besichtigung der Bieter zur Prüfung derer Leistungsfähigkeit Bewerbergemeinschaften Nachunternehmer Eingangskriterien zum Teilnahmewettbewerb Weiteres Verfahren (Besichtigung des SAUGER III Voraussetzung für Teilnahme) Bei der Besichtigung der Bieter auf dem Sauger äußerten die meisten eine Bauzeit die erheblich unter den von HPA geschätzten 24 Monaten lagen. Dies konnte in den meisten Fällen darauf zurückgeführt werden, dass die Bieter die Komplexität des Gerätes sowie die Anforderungen der HPA unterschätzen

51 4.3 Verhandlungsverfahren Nach Auswertung der Teilnahmeanträge wurden vier Unternehmen ins Verhandlungsverfahren übernommen und aufgefordert ein Angebot abzugeben. Es ist nur eine Verhandlungsrunde notwendig gewesen. Der Auftrag wurde im November 2014 an Damen Shipyards vergeben. Ein wesentlicher Grund für die Vergabe an Damen Shipyards war deren umfassende Erfahrung im Bau von Hopperbaggern und Schneidkopfsaugbaggern. Zudem ist Damen Shipyards das einzige Unternehmen, das mit der AMORIS ein vergleichbares Gerät gebaut hat. 5 Bauphase 5.1 Bau Der Rumpf des neuen SAUGER III entstand bei Ibis Constructie in der Nähe von Leeuwarden (Niederlande). Die Bauaufsicht fand sowohl durch Damen Shipyards als auch durch die HPA statt. Der Stapellauf fand am 12.Oktober 2015 statt. Die Fördereinrichtung lieferte Damen Dredging und die Elektroinstallation wurde von der Firma van der Leun Installatiebouw geliefert. Der Einbau der Elektrotechnik und der Fördereinrichtung sowie die Endausrüstung fand auf der Damen Werft in Hardinxveld-Giessendam (Niederlande) statt. Nach einer ausführlichen Erprobungsphase wurde der Neubau, der wie sein Vorgänger SAUGER III heißen soll, im Mai 2016 an die HPA übergeben. Die für den Betrieb des neuen Schutensaugers notwendige Trafostation wurde bereits 2014 errichtet. Im Jahr 2015 wurde die Speicherschute durch einen Neubau ersetzt. Mit der Ablieferung von SAUGER III ist die Erneuerung der HPA Saugerstation beendet. Die neue Anlage ist für eine Betriebsdauer von 40 Jahren ausgelegt. Damit ist die Einspülung von Baggergut in die METHA langfristig sichergestellt. Elektroinstallation van der leun installatiebouw Ausrüstung Damen Shipyards Gorinchem Projektleitung Damen Shipyards Hardinxveld Lieferung Fördereinrichtung Damen Dredging Equipment Rumpfbau Las- en Constructiebedrijf IBIS

52 5.2 Stapellauf Am 12. Oktober 2015 konnte der Stapellauf stattfinden. Dafür wurde der Rumpf über Schienen auf die Querhelling gefahren. An jedem der beiden äußeren Hellingwagen wurde jeweils innen und außen ein Hydraulikzylinder angeordnet. Diese sollten den Sauger erst durch Druck nach oben lösen, dann einfahren und gegen den Uhrzeigersinn umschlagen. Bild 15: SAUGER III fertig für den Stapellauf (HPA) Bild 14: Stapellauf SAUGER III (HPA) 5.3 Abnahme und Inbetriebnahme Der SAUGER III ist im Mai 2016 termingerecht fertiggestellt und erprobt. Die Erprobung der Fördereinrichtung konnte nur mit Wasser erfolgen. Um die Baggerpumpe unter Betriebsdruck zu erproben wurde gegen eine mit einem Loch versehene Scheibe gebaggert. Für den Stromanschluß wurde ein mit Transformatoren beladener Ponton längseits gelegt. Der SAUGER III wurde Mitte Mai nach Hamburg überführt. Die Erprobung der Fördereinrichtung, sowie die Inbetriebnahme werden im September erfolgen. 6 Ausblick Ökologische Aspekte haben vor allem bei öffentlichen Unternehmen eine immer höhere Priorität. Daher steht die Entsorgung von behandlungsbedürftigem Baggergut zunehmend im Fokus der Öffentlichkeit. Somit besteht auch verstärkt die Notwendigkeit Baggergut in Anlagen zur Baggergutbehandlung einzuspülen

53 Bild 16: Überführung SAUGER III über die Nordsee (Damen Shipyards) 7 Literatur Göhren, Harald und Werner, Georg: 150 Jahre maschinelle Nassbaggerei im Hamburger Hafen, Schiff & Hafen, Heft 07/84 Thomas Groß und Michael Wilms: Unterhaltungsbaggerung für die Binnenschifffahrt, Bautechnik 05/2014 Bald, Jens: Erfahrung aus 100 Jahren, Binnenschifffahrt 07/

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55 Alternative Energiewandlung im Sinne einer klimafreundlicheren Seeschifffahrt Dipl.-Ing. Anneliese Jost, BMVI Brennstoffzellen können mit Brennstoffen wie Dieselöl (einschließlich Biodiesel) und anderen Kohlen-Wasserstoff enthaltenden Brennstoffen, wie z.b. LNG, Alkoholen etc. genutzt werden. Die Entwicklung von Brennstoffzellen-Energiewandlungssystemen für den Dauerbetrieb auf kommerziellen Seeschiffen wird national unterstützt. Derzeit werden Demonstratoren auf zwei Seeschiffen erprobt. Schifffahrt, insbesondere Seeschifffahrt ist das Rückgrat unseres heutigen Wohlstands. Sie gilt als der energieeffizienteste Verkehrsträger und wird heute dennoch als Mitverursacher von Klimaschäden wahrgenommen. Nicht zuletzt deshalb wird über Schadstoffemissionen und geregelte Emissionsbegrenzung bzw. Emissionsvermeidung nachgedacht. Lösungen lassen sich insbesondere bei der Verwendung von Energiequellen, also Schiffsbrennstoffen finden, die wenig oder keine Beimengungen z.b. an Stickstoff- und Schwefel haben. Die internationale Diskussion über technische Entwicklung und alternative Schiffsantriebe dauert an. Ein erstes Ergebnis ist der so genannte IGF Code (International Code of safety for ships unsing Gases or other low-flashpoint Fuels), der zum über SOLAS Ergänzungen in Kraft treten wird. Damit gibt es eine verbindliche Regelung für Schiffe, die mit LNG als Schiffsbrennstoff Verbrennungsmotoren nutzen. Andere Schiffsbrennstoffe mit niedrigem Flammpunkt können unter Betrachtung des jeweiligen Risikos ebenfalls auf dieser Grundlage zugelassen werden. Konkrete, maßgeschneiderte Vorschriften dafür sind in der Diskussion. Die Motivation der Nutzung dieser Option ergibt sich aus den geltenden Bestimmungen zu Emissionsbegrenzungen zum Beispiel in Nord- und Ostsee. Derzeit werden vor allem die praktische Nutzung dieser Vorschriften bei Neu- und Umbauten viel diskutiert. Die Versorgung mit entsprechenden LNG-Bunkermöglichkeiten ist eine Herausforderung, die gegenwärtig viel Aufmerksamkeit hat. Aus mehreren Gründen ist ein solcher Schiffsantrieb mit LNG nur als guter aber erster Schritt zu werten. Dazu zählen u.a.: LNG betriebene Schiffe haben zwar die Vorteile der besseren Umweltverträglichkeit, aber operative Besonderheiten, die gelöst werden müssen, sind nach wie vor eine Hürde. Dazu gehören auch die Notwendigkeit der genauen Planung und Vorbereitung des Bunkervorgangs, Probleme mit den Eigenschaften tiefkalter Flüssigkeiten und wenn es sich um dual fuel

56 Maschinen handelt, Maßnahmen der korrekten Handhabung der Brennstoffumstellungen. Manches dieser Besonderheiten wird zur Routine werden. Sie sind ISM Code relevant und werden in den Unfallstatistiken auftauchen. LNG ist trotz der verbesserten Umweltbilanz nicht ohne Luftschadstoffe zu erzeugen, zu verbrennen. Der Gesamtwirkungsgrad des Verbrennungsmotors ist wegen des geringeren Brennwertes geringer. Andere Schiffsbrennstoffe mit ähnlich reduzierten Emissionswerten sind nicht so aufwendig im Betrieb (z.b. wenn sie nicht tief kalt gefahren werden müssen) und ggf. besser verfügbar (wie Straßendiesel). So werden die Arbeiten an weiteren Kapiteln des IGF Codes bei der IMO in mehrfacher Hinsicht fortgesetzt. Einerseits werden konkrete Risikobetrachtungen und daraus resultierende Maßnahmen für andere Brennstoffe erarbeitet. (Ich hoffe sehr, dass Methyl/Ethyl Alkohole so verhandelt werden, dass ein in Kraft treten der ersten Ergänzung des IGF Codes zum möglich sein wird. Das ist im September d.j. möglicherweise absehbar.) Andererseits ist es naheliegend die alternativen Brennstoffe nicht ausschließlich in Verbrennungsmotoren für den Schiffsantrieb zu nutzen, sondern die Nutzung dieser Energieträger ganzheitlicher zu planen. Deswegen sollte nicht mehr von Schiffsantrieben gesprochen, sondern von Energiewandlern an Bord, die auf der Basis der chemischen Nutzung des Energieträgers beruht, also Brennstoffzellen. Dafür werden entsprechende Bestimmungen für den IGF Code erarbeitet. Das Prinzip der Brennstoffzellen ist nicht neu. Es beruht grundsätzlich darauf, dass bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff viel Energie frei wird. Deshalb ist diese Reaktion so durchzuführen, dass sie nicht unkontrolliert, sondern steuerbar wird. Das ist technisch möglich, wenn die beiden Stoffe keine unmittelbare Berührung haben, sondern durch eine Membran voneinander getrennt elektrischen Strom erzeugen

57 Der Wasserstoff wird an der Anode in seine Molekül-Bestandteile aufgespalten. Während die Protonen mit dem Sauerstoff reagieren und sich zu Wasser verbinden, werden die Elektronen über ein Kabel nach außen abgeleitet. Dabei entsteht zusätzlich Wärme, die ebenfalls genutzt werden kann. Bekannt ist die Brennstoffzelle als Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle schon lange. Jules Verne beschrieb die Brennstoffzelle bereits 1870 folgendermaßen: Das Wasser ist die Kohle der Zukunft. Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die Energieversorgung der Erde sichern. Die technische Nutzung indes, ist an einige Voraussetzungen geknüpft. So ist z. B. reiner Wasserstoff aufwendig herzustellen, schwierig zu transportieren und bei der Verwendung an Bord ist ein besonderes, technisches Sicherheitskonzept erforderlich. Zusätzlich sind allgemeine und grundsätzliche Sicherheitsbedenken eine politische Hürde. Heutzutage sind Brennstoffzellen leider noch nicht so technisch erprobt und ausentwickelt wie Verbrennungsmotoren. Darüber hinaus gibt es verschieden Arten von Brennstoffzellentypen, die sich z.b. durch den erforderlichen Elektrolyt, die Membran, das Gas der Kathode, die erzeugte Leistung und die Arbeitstemperatur unterscheiden. Verschiedene Typen der Brennstoffzelle 1 el. Bezeichnung Elektrolyt Mobiles Ion Brennstof f (Anode) Gas der Kathode Leistun g (kw) Temperatur ( C) Wirkungs - grad (%) Alkalische Brennstoffzelle KOH OH H 2 O 2 (CO 2 -frei) Quelle: Wikipedia

58 (AFC) Polymerelektrolyt - Brennstoffzelle (PEMFC) Polymer- Membran H+ H 2 O 2 0, Brennstoffzelle (DMFC) Direktmethanol- Polymer- <0,001 Membran H+ CH 3 OH O H + HCOOH O 2 <0, , 40 (RuCl 2 (PPh 3 ) 2 ) Ameisensäure- Brennstoffzelle, div. Katalysatoren Polymer- (Platin, Palladium, Membran Ruthenium) Phosphorsäure- Brennstoffzelle (PAFC) H 3 PO 4 H 3 O + H 2 O 2 < Schmelzkarbonat- Alkali- H 2, CH 4, Brennstoffzelle Carbonat- CO 3 2 Kohlega O (MCFC) Schmelzen s Festoxid- Brennstoffzelle (SOFC) oxidkeramische r Elektrolyt H 2, CH 4, O 2 Kohlega s O 2 (Luft) < Direktkohlenstoff- Brennstoffzelle (SOFC, MCFC) O 2 C O 2 (Luft) 650 <60 Magnesium-Luft- Brennstoffzelle (MAFC) O 2 Mg O 2 (Luft) 55 <90 [ Der Bundesregierung ist die Nutzung von erneuerbaren und umweltfreundlichen Energien wichtig. Deshalb fördert sie die praktische Entwicklung dieser Art der Energienutzung. In diesem Zusammenhang hat sie die Entwicklung von Brennstoffzellen-Modulen mit dem Rahmen-Projekt e4ships gefördert und plant in Zukunft weitere konkrete Vorhaben in dieser Richtung zu unterstützen. Dabei wird nach Praxis-tauglichen Lösungen mit akzeptablen Sicherheitsrahmen gesucht

59 Im Rahmen von e4ships wurden bisher Einzelprojekte gefördert, deren Ziel nicht nur die Entwicklung von technischen Konzepten, sondern auch deren Nachweis der Praxistauglichkeit mittels Demonstratoren erbracht werden sollte. Fokus der Projekte sind Sicherheit und Machbarkeit. Die Erfahrungen aus diesen Projekten sind in die internationalen Verhandlungen zum IGF Code eingeflossen. Die Anwendung im Einklang mit den geltenden Vorschriften im Seeverkehr trägt zur Planungssicherheit der Einsatzmöglichkeiten der Fahrzeuge bei. Um das Modul einer verwendeten Brennstoffzelle konkret zu verstehen (s. Bild), hilft es vor Augen zu haben, dass die eigentliche Zelle, in der Strom und Wärme erzeugt werden, durch die Anordnung von zusätzlichen Aggregaten zuverlässig versorgt und gesteuert werden muss. Neben der elektronischen Steuerung ist für alle Brennstoffe, die nicht aus reinem Wasserstoff bestehen, ein vorgeschalteter Reformer erforderlich, der diesen Brennstoff (z.b. LNG oder Dieselöl) aufbereitet, also Wasserstoff erzeugt. Damit die Betriebstemperatur des Reformers in den dafür erforderlich engen Grenzen gehalten werden kann, muss die erzeugte Wärme durch einen Wärmetauscher abgeführt werden. Bei modularem Aufbau kann durch Anordnung der Brennstoffzellen in Stapeln die erforderliche Leistung vorgesehen werden

60 Die Ausrüstung mit Brennstoffzellen-Modulen als Energiequelle ist den Motoren- /Generatoranlagen auf Schiffen vergleichbar. Das ist für die Sicherheitskonzeption ein wichtiger Aspekt. Eine maßgebliche Rolle spielt dabei, dass der in der Brennstoffzelle benötigte Wasserstoff nur innerhalb des Moduls zwischen dem Reformer und der eigentlichen Brennstoffzelle fliest. Die Sicherheitsbedenken, die an die Nutzung von Wasserstoff geknüpft sind, werden damit beantwortet, dass das Risiko räumlich minimiert vorkommt und deshalb handhabbar ist

61 Die einzelnen Brennstoffzellen Module können in Stapeln (Stacks) zusammengefasst werden, die in Schränken eingebaut werden können. Je nach Leistungsbedarf und spezifischen Daten der Brennstoffzellen-Module kann damit im Design der Einbau geplant werden. Die Zuverlässigkeit der Anlagen und ihre Praxistauglichkeit müssen nachgewiesen werden. Diese Erprobungen stehen derzeit noch am Anfang. Gleichzeitig erscheint es sinnvoll die Energieerzeugung mit Brennstoffzellen nicht unbedingt den traditionellen Anordnungen an Bord zu unterwerfen

62 Warum sollten alle Brennstoffzellen-Module innerhalb eines Maschinenraums angeordnet werden? Ist es nicht sinnvoll alle Energieumwandlungen an Bord ganzheitlich zu betrachten und diese je nach Art der Nutzung verteilt über die Länge des Schiffes anzuordnen? - Wären zum Beispiel jeder Hauptbrandabschnitt in der Energieversorgung unabhängig von den benachbarten, so wäre die daraus resultierende zusätzliche Redundanz ein Sicherheitsgewinn für Fälle in denen ein einziger Hauptbrandabschnitt ausfällt. Es lassen sich sehr viele konzeptionelle Überlegungen anstellen, die aber teilweise zu Anpassungsbedarf des SOLAS-Übereinkommens führen. Im Rahmen der Förderung von Forschung und Entwicklung hat die Bundesregierung schon 2009 ein nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) auf den Weg gebracht, dessen Ergebnis zur Schifffahrt dieses Jahr bei der SMM vorgestellt werden. Unter anderen gibt es auch maritime Projekte darunter. Zwei dieser Projekte sind für die Seeschifffahrt von Interesse: (a) PaXell - Brennstoffzellen an Bord von Kreuzfahrtschiffen und Yachten sowie (b) SchIBZ Brennstoffzellenstrom für Hochseeschiffe. (a) PaXell - Brennstoffzellen an Bord Zielsetzung des PaXell Projektes war es eine bestehende Brennstoffzelle für den Schiffsbetrieb auf Kreuzfahrtschiffen,

63 Bundesanstalt für Wasserbau (Mega-)Yachten oder RoPAX-Fähren zu ertüchtigen. Dafür wurde ein Energiemodul geplant und gebaut, das in ein geplantes dezentrales Energienetz an Bord integriert werden kann. Zur Entwicklung gehören auch ein Sicherheitskonzept und eine Demonstrator Anlage, deren Energieeffizienz und Emissionen überprüfbar und deren Wirtschaftlichkeit berechnet werden soll. In diesem Sinne wurden Brennstoffe untersucht und Brennstoffsysteme, BrennstoffzellenModulsysteme sowie Energiespeicher entwickelt. Eine Demonstratoren Anlage wurde geplant und gebaut. Zur Anwendung kam eine Hochtemperatur Brennstoffzelle(HT-PEM) als Energiewandler, die mit Methanol betrieben wird. Methanol ist bei Raumtemperatur flüssig, gut zu molekularem Wasserstoff (H2) reformierbar, ein Produkt, das in der chemischen Industrie vielfach verwendet und aus regenerativen Quellen herstellbar ist. Als Energiespeicher werden Batterien wie sie für Yachtinstallationen verwendet werden genutzt. Die Nutzung der thermischen Energie zum Heizen oder Kühlen ist in Kombination mit einer Absorptionskälteanlage vorgesehen. Auf der finnischen Fähre Mariella läuft derzeit die Erprobung der Praxistauglichkeit der Brennstoffzelle. Sie steht auf dem Sonnendeck achtern in dem unscheinbaren kleinen Container hinter dem Schornstein. Es wird elektrische und thermische Energie in das Bordnetz eingespeist

64 Die Beteiligten planen das System weiter zu entwickeln und die Ergebnisse Erprobung für eine verbesserte Laufzeit und größere Leistung zu nutzen. Das Ziel ist in der Tat langfristig ein dezentrales Bordnetz zu realisieren. (b) SchIBZ Brennstoffzellenstrom für Hochseeschiffe Dieses Projekt hatte das Ziel unter Verwendung von Straßendiesel als Primärenergiequelle ein 500 kw Stromgenerator mit Wärmeintegration für Seeschiffe zu entwickeln. Die Projektpartner haben ein hochseetaugliches Stromaggregat auf der Grundlage von Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) entwickelt und gefertigt. Dabei mussten alle Aspekte vom Entwurf des Systemdesigns über die Reformierung, der Entwicklung der Brennstoffzelle selbst und der Abgasnachbehandlung umfassend erarbeitet werden. Die Entscheidung für diesen Brennstoffzellen Typ erfolgte, weil dieser ermöglicht eine Handhabung vorzusehen, sehr ähnlich der mit den bisher verwendeten Brennstoffen ähnlich ist. Das System kann aber auch mit Bio- Diesel oder Methan in verflüssigter Form betrieben werden

65 Demonstrator Testanlage für 50 kw e Inzwischen ist auch dieses Projekt aus den Laborerprobungen heraus, die u.a. Reformierung im Dauerbetrieb und eine mechanische Erprobung beinhalteten

66 Zurzeit läuft eine Demonstrator Version auf der MS Forester. Auch hier wird elektrische und thermische Energie in das Bordnetz eingespeist. Der Demonstrator steht vor dem Frontschott der Aufbauten direkt hinter dem Laderaum des Schiffes. Diese Erprobung wird noch bis Ende 2018 fortgesetzt. Aus den daraus ermittelten Daten wird es Folgearbeiten geben, die ein Design-Review zur Kostensenkung und Überlegungen zur erweiterten Rückgewinnung der Abwärme und möglicherweise Überlegungen zur Automation von Verbundnetzen beinhalten wird