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Erneuerbare Energien: Windantriebe als Zukunft der Seefahrt
Flettner Rotoren – Alte Technik für neue Schiffe

Über viele Jahrhunderte hatten Segelschiffe weltweit eine große Bedeutung für den Personen- und Gütertransport. Zur Fortbewegung nutzten sie ausschließlich Windenergie. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurden die Segel durch Verbrennungsantriebe ersetzt. Angesichts steigender Ölpreise und Umweltverschmutzung erleben Windantriebe nun aber eine Renaissance.

Mærsk-Tanker ausgestattet mit Norsepower-Rotorsegeln (Foto: Norsepower)

Auf den Weltmeeren sah man in den 1920er-Jahren gelegentlich ein etwas merkwürdig aussehendes Schiff, auf dem anstelle von Mast und Segel zwei hohe Litfaßsäulen thronten. Von einem Motor wurden diese in Rotation versetzt. Nach dem Magnus-Effekt entwickeln rotierende runde Körper, wenn sie von Wind angeströmt werden, einen Vortrieb, ähnlich wie ein Flugzeugflügel.

Schiffe mit Stahlsegeln

Anton Flettner (1885-1961) war der Erfinder dieses neuen Brennstoff sparenden Hilfsantriebs. Die zwei zylinderförmigen Röhren wurden nach ihm benannt. Ähnlich wie ein Segel leitet der Flettner-Rotor den Wind seitlich ab und nutzt die entstehenden Kräfte für die Fortbewegung des Schiffes. Anders als beim Segelschiff lässt er sich jedoch von einer Person alleine bedienen. Hundert Jahre nach seiner Erfindung greifen Reeder nun das Konzept der Flettner-Rotoren wieder auf.

Die Funktionsweise lässt sich folgendermaßen erklären: Bläst der Wind gegen den rotierenden Zylinder, wird er an der einen Zylinderseite mitgerissen, an der anderen dagegen abgebremst. Dadurch fließt die Luft auf der einen Seite deutlich schneller als auf der anderen, wodurch ein ein Sog entsteht. Gleichzeitig bremst auf der anderen Seite die Richtung des Rotors den Luftstrom ein wenig ab.

Ein Überdruck entsteht. Ähnlich wie bei einem Flugzeugflügel bewirken diese beiden Kräfte, dass es einen Auftrieb gibt. Der rotierende Zylinder verspürt einen kräftigen Schub, etwa zehn Mal mehr als ein gleich großes Segel. Der Zylinder muss allerdings laufend von einem Elektromotor in Schwung gehalten werden.

Das finnische Unternehmen Norsepower hat den Flettner-Rotor weiterentwickelt und stattet Schiffe mit rotierenden Segeln aus Stahl aus. Mærsk Line, die weltweit größte Containerschiffreederei, gehört zu den Kunden von Norsepower und lässt in der ersten Hälfte des Jahres 2018 ein Tankschiff mit zwei Flettner-Rotoren nachrüsten. Unter realen Bedingungen soll die Testphase bis Ende 2019 laufen. Das Unternehmen rechnet mit einer Treibstoffersparnis zwischen sieben und zehn Prozent, die sich durch die Nutzung der beiden 30 Meter hohen Flettner-Rotoren ergibt.

Modernisierter Flettner-Rotor

Laut Tuomas Riski, CEO von Norsepower, seien die früheren Versionen der Flettner-Rotoren schwierig in der Handhabung gewesen. Sein Unternehmen habe eine Methode entwickelt, bei der die Herstellung der Rotoren aus Verbundwerkstoffen erfolgt. Kohlenstoff- und Glasfasern werden dabei verarbeitet. Dies führe dazu, dass der Rotor gleichzeitig stabil und leicht ist.

Der modernisierte Rotor drehe sich daher schneller als die bisherigen. Die Effizienz des Rotor-Segels ist abhängig von der Fläche, von den Umdrehungen der Rotoren sowie vom Wind. Das System verfügt über Sensoren. Diese registrieren den Wind und starten die Rotoren automatisch. Auf der Brücke fährt die Besatzung die Verbrennungsmaschine so weit herunter, bis das Schiff mit der gewünschten Geschwindigkeit läuft.

Bereits im Jahr 2014 stattete Norsepower das Frachtschiff Estraden mit einem 18 Meter hohen Flettner-Rotor aus. Bei der Estraden bringe der Einsatz von einem Kilowatt elektrischer Energie für die Drehung des Rotors im Schnitt eine Einsparung von 15 Kilowatt an der Hauptmaschine, berichtet Riski.

Groß seien allerdings die Schwankungen. Bei einigen Windbedingungen liege der Faktor gerade mal bei 1-. Die Rotor-Segel könnten da zwar eingesetzt werden, der Effekt wäre dann aber viel geringer, als wenn der Wind von der Seite kommen würde.

Lukrativ für Reedereien

Schiffe können laut Riski durch den Einsatz der Flettner-Rotoren zwischen 5 und 20 Prozent Treibstoff einsparen. Abhängig sei das von der Art und Größe des Schiffes, der Anzahl und Größe der Rotoren sowie von den lokalen Windbedingungen. Norsepower möchte in der ersten Hälfte des kommenden Jahres zwei weitere Schiffe mit Flettner-Rotoren nachrüsten, – das Tankschiff von Mærsk sowie die Fähre Viking Grace der finnischen Viking Line.

Schiffsantriebe zählen zu den schmutzigsten Verbrennungsmotoren überhaupt. Laut Drew Shindell, Professor an der Duke Universität in North Carolina und Co-Autor einer Studie über die Umweltauswirkungen des Schiffsverkehrs in Ostasien aus dem Jahr 2016, produziert der internationale Gütertransport auf See derzeit schon mehr Abgase als die meisten einzelnen Industrienationen. Wären die internationalen Gewässer ein Land, dann wären sie mittlerweile der sechstgrößte Produzent von Treibhausgasen, zwischen Industrienationen wie Japan und Deutschland.

Internationale Schifffahrtsorganisation IMO plant weitere Verschärfungen

Frachtschiffe verwenden meist Schweröl, das einen hohen Anteil an Schwefel und anderen Schadstoffen aufweist und erst auf See verbrannt wird. An Land merkt man selten etwas, da diese in den Häfen mit schwefelarmen Stoffen fahren. Viele Schiffe verfügen über keine Filteranlagen. Sie emittieren in großen Mengen Feinstaub, Ruß, Schwefeloxide und Stickoxide.

Die International Maritime Organization (IMO) möchte der Umweltverschmutzung entgegenwirken und hat wichtige Änderungen beschlossen. Ab 2020 dürfen weltweit nur noch Treibstoffe eingesetzt werden, die höchstens 0,5 Prozent Schwefel enthalten. Derzeit liegt die Obergrenze bei 3,5 Prozent. Die neue Verordnung dürfte daher alternative Hybrid- oder Elektromotoren oder Windantriebe für Reedereien noch attraktiver machen.


Norsepower stellt seine Flettner-Rotoren vor (Video: Norsepower)

Bild oben rechts: MS Buckau 1924, erstes Schiff mit Flettner-Rotoren (Foto: US Library of Congress)

Bild Mitte links: Tuomas Riski, CEO von Norsepower (Foto: Norsepower)

Bild Mitte rechts: RoRo- Schiff „Estraden“ der finnischen Reederei Bore (Foto: Norsepower)

Bild unten links: Fähre "Viking Grace" der finnischen Viking Line (Foto: Norsepower)

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