de.wedoany.com-Bericht: Forscher des norwegischen Forschungsinstituts SINTEF haben festgestellt, dass die derzeit in der Schifffahrt verwendeten vereinfachten Windmodelle zu erheblichen Ungenauigkeiten bei den Treibstoffeinsparungsdaten von windunterstützten Antriebssystemen führen. Aus diesem Grund haben sie das reSail-Projekt ins Leben gerufen, um Optimierungslösungen auf Basis realer Meeresbedingungen zu entwickeln. Große Frachtschiffe, Massengutfrachter und Tanker verursachen etwa 90 % der CO₂-Emissionen des maritimen Sektors, während emissionsfreie Alternativen wie Wasserstoff, Ammoniak oder vollelektrifizierte Antriebe noch Jahre für eine Skalierung benötigen. Angesichts immer strengerer Klimavorschriften wenden sich Reeder zunehmend dem Windantrieb zu – der ältesten Antriebsform. Die moderne Handelsflotte rüstet auf hoch aufragende aerodynamische Strukturen um, die als windunterstützte Antriebssysteme (WAPS) bezeichnet werden. Dazu gehören rotierende Rotorsegel, die den Magnus-Effekt nutzen, vertikale Flügelsegel sowie fortschrittliche Saugsegel, die mit internen Ventilatoren Luft über die Oberfläche ziehen.
Die Anzahl der Schiffe, die diese modernen Segel einsetzen, wächst rasant. Waren es 2020 noch neun Hauptschiffe, so ist die Zahl heute auf 64 gestiegen, und Dutzende weitere befinden sich im Umbau. Die tatsächlichen Ergebnisse sind jedoch verwirrend: Theoretisch sollten die Treibstoffkosten drastisch gesenkt werden, doch in der Praxis schwanken die Einsparungen stark zwischen 2 % und 25 %, was zu sehr instabilen Ergebnissen führt. Um die Ursachen zu ergründen, starteten die SINTEF-Forscher das reSail-Projekt. Ihre Erkenntnisse zeigen, dass die Schifffahrtsindustrie auf übermäßig vereinfachte Windmodelle angewiesen ist, die die realen Meeresbedingungen nicht erfassen. „Wir haben die Windverhältnisse realistischer betrachtet und festgestellt, dass sie erheblich von der Windtheorie abweichen“, sagt Yannick Jooss, Forscher bei SINTEF. „Wenn man, wie heute üblich, nur Standardwindprofile verwendet, sind die Messergebnisse ungenau. Vereinfachte Annahmen und Simulationen reichen nicht aus, da sie die Komplexität und Variabilität des Windes nicht berücksichtigen.“
Laut Projektleiter Jooss führen diese übermäßig vereinfachten Simulationen zu ungenauen Daten. Um die Emissionsminderung zu maximieren, sind präzise, realitätsbasierte Kenntnisse des Windverhaltens und der Segelanordnung sowie eine automatische Anpassung zur Optimierung des gesamten Schiffsbetriebs erforderlich. Die Hauptkomplexität liegt in der Struktur selbst: Wenn ein 22 Meter hohes starres Segel an einem riesigen Metallrumpf befestigt wird, verändert das Schiff seine Umgebung, indem es den Wind biegt, blockiert und verwirbelt, bevor er das Segel erreicht, und so komplexe Mikroströmungen erzeugt. Um dieses unsichtbare Chaos zu kartieren, stattete das reSail-Team den von Odfjell betriebenen Chemikalientanker Bow Olympus mit einem hochfrequenten LiDAR-System (Light Detection and Ranging) aus, das erfolgreich Windgeschwindigkeit und -richtung mit hoher Präzision relativ zum fahrenden Schiff erfasste. Die Forscher sendeten Laserstrahlen in die Atmosphäre und nutzten den Doppler-Effekt, um die Veränderungen des Lichts nach der Reflexion an Staubpartikeln in der Luft zu verfolgen.
Die von der Bow Olympus gesammelten Daten führen die Forschung in die Laboroptimierungsphase, die sich auf drei Bereiche konzentriert. Das Team zielt darauf ab, durch den Einsatz des Windkanals der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie (NTNU) den aerodynamischen Optimalpunkt der Segelanordnung zu bestimmen, ein Vorhersagesystem zu entwickeln, das die Segel automatisch vor dem Eintreffen von Böen anpasst, und Echtzeit-Windvorhersagen in die Navigationscomputer zu integrieren, um den Schiffsbetrieb umfassend zu optimieren. „Unser Ziel ist es, moderne Segel auf Schiffen attraktiver zu machen und so zu den notwendigen Emissionsminderungen im maritimen Sektor beizutragen“, ergänzt Jooss. Vorschriften wie FuelEU Maritime verlangen eine Reduzierung der Schifffahrtsemissionen um 80 % bis 2050. Wenn das reSail-Projekt die Lücke zwischen Theorie und Realität erfolgreich schließt, könnte dies die Treibstoffeinsparungen stabil über die 25-Prozent-Marke heben.
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