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Tarnumhang für Schiffe

Ein Spezial-Schiffslack soll in Zukunft dafür sorgen, Schiffsrümpfe für Mikroorganismen „unsichtbar” zu machen. Denn diese setzen den Schiffen durch ihre „Anhänglichkeit” stark zu: In einem fortlaufenden Prozess lagern sich Algen, Mikroorganismen und Muscheln an alle Flächen an, die sich unter Wasser befinden, und überwuchern sie. Dieses Phänomen, auch als sogenanntes Biofouling bekannt, beginnt fast zeitgleich mit dem „ins Wasser setzen” eines Körpers – in unserem Fall des Schiffes –und ist der heimliche Feind einer effizienten Schifffahrt. Der Bewuchs erhöht den Strömungswiderstand eines Schiffes, verlangsamt es und treibt gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch um bis zu 30 Prozent in die Höhe. Dockungen in kürzeren Zeitintervallen werden nötig, um den Rumpf vom Bewuchs zu befreien. Erfolgen die Reinigungen nicht, steigen die CO2-Emissionen, da das Schiff mehr Energie aufbringen muss, um mit gleicher Geschwindigkeit zu fahren. Unerwünschte Nebenwirkung mit Blick aufs große Ganze: beschleunigter Klimawandel. Laut Schätzungen der International Maritime Organization (IMO) verursacht Biofouling jährlich Kosten in Milliardenhöhe.

Ausgaben, die Reeder gerne einsparen würden und die sich in der Zukunft tatsächlich stark reduzieren ließen, sollte der neue Speziallack halten, was die Feldversuche versprechen. Sogenannte „amphiphile Polymere” könnten die Lösung sein. Um diese zu erzeugen, kombinierten Forscher des Unternehmens Evonik hydrophobes (wasserabstoßendes) Silikon mit einem hydrophilen (wasserliebenden) Polymer. Die wasserliebenden Bereiche des Lacks ziehen das Wasser um den Schiffsrumpf an und bilden damit eine Art Wasserhülle, die den Rumpf tarnt, so dass er von den Organismen nicht entdeckt wird. Der Wechsel der wasserliebenden mit den wasserabweisenden Bereichen verwirrt die Kleinstlebewesen, so dass sie die Oberfläche des Schiffes nicht mehr vom Meerwasser unterscheiden können.

Sollten sich dennoch ein paar besonders pfiffige Mikroorganismen an den Rumpf verirren, sorgt eine „Easy-to-clean-Funktion” für Abhilfe, denn der Lack besitzt Antihaftwirkung. Bereits bei einer geringen Geschwindigkeit reicht der Wasserstrom aus, um die „lockeren Anhängsel” wieder abzulösen. Dieser rein physikalische Prozess ist dabei um ein Vielfaches sinnvoller und umweltfreundlicher als die früher lange Zeit eingesetzten Antifouling-Beschichtungen, die den Bewuchs töteten, dabei allerdings auch permanent toxische Stoffe (Biozide) in das Wasser abgaben. Eine der bekanntesten Verbindungen solcher Beschichtungen ist das Tributylzinn (TBT), dessen Einsatz allerdings seit 2008 international verboten ist, da seine Inhaltsstoffe hochgiftig sind, lange in der Umwelt verbleiben und sich hormonell auf Wasserlebewesen auswirken.

Auch Stefan Silber, Leiter des Innovationsmanagements Coating Additives aus dem Segment Resource Efficiency von Evonik sieht im Biofouling „eines der letzten ungelösten Probleme der Lackindustrie”. Deshalb sind Antifouling-Lacke ein wichtiges Kernthema im Kompetenzzentrum bei Evonik, jenem Unternehmen, das den neuen Lack entwickelt hat.

Doch nicht nur Wirtschaftsunternehmen suchen nach Lösungen, um die Schifffahrt effizienter zu gestalten – auch Experten des Fraunhofer IFAM und der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt (HSVA GmbH) forschen gemeinsam mit zwei weiteren Partnern an der Entwicklung von Oberflächenbeschichtungen, mit Hilfe derer man den Strömungswiderstand im Wasser verringern kann. Als Vorbild dienen ihnen Delfine, deren Körperform sowie elastischen Eigenschaften ihrer Haut Voraussetzung für elegante und ökonomische Fortbewegungen im Meer und damit herausragende Schwimmleistungen sind. Nun ist es dem Verbund der Forscher gelungen, eine Oberflächenbeschichtung zu erzeugen, die den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Vor dem Hintergrund, dass widerstandsvermindernde Rumpfbeschichtungen in der Schifffahrt den Brennstoffverbrauch deutlich senken können, fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie das sogenannte FLIPPER-Projekt (Flow improvement through compliant hull coating for better ship performance). Im Rahmen dieses Projektes arbeiten Wissenschaftler daran, mit Hilfe von Simulationen eine künstliche Delfinhaut für Schiffe zu entwickeln, die sowohl die Strömung positiv beeinflusst, sich unkompliziert verarbeiten lässt und darüber hinaus langzeitstabil ist. Vor kurzem wurde außerdem eine neuartige Kunststoff-Folie der Firma Renolit aus Worms im Rahmen eines Pilotprojektes im Hamburger Hafen getestet. Die sogenannte Release-Folie kommt völlig ohne Biozide aus und wird lediglich auf den Rumpf eines Schiffes geklebt. Nach knapp zwei Jahren im Einsatz kam es nun zu einer Inspektion, bei der sich herausstellte, dass die Öko-Folie prima funktionierte. Der mit ihr versehene Rumpf wies keinerlei Bewuchs auf.

Ob Speziallack oder andere Oberflächenbeschichtungen: Die Entwicklungen zur Bekämpfung von Biofouling dürften von der Schifffahrt, den Reedereien sowie den Umweltverbänden gleichermaßen positiv bewertet werden. Denn Schiffe, deren Strömungswiderstand sich verringert, deren Energie- und Treibstoffverbrauch sich reduzieren und deren Emissionen sinken, sind von globalem Interesse.

Quellen: Ingenieur, „Dieser Lack könnte Reedereien Millionen sparen”, 23.10.2017; Fraunhofer Institut, „Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen”, 27.6.2017; IMO, „Biofouling”, 2017; Umweltbundesamt, „Antifouling-Mittel”, 9.9.2015; Täglicher Hafenbericht, „Umweltfreundliche Folien im Dauereinsatz”, 22.11.2017; Farbe und Lack, „Schiffsrümpfe für Mikroorganismen unsichtbar machen”, 6.10.2017; Evonik, „Intelligente Lacke: Evonik zieht Schiffen Tarnkappen an”, 5.10.2017; Wikipedia, „Fouling (Schiffbau)”, 6.11.2017.
Bildquelle: iStock

Mit Zauberwatte gegen Ölkatastrophen

Aus Fehlern lernt man – wie oft hat man diesen Satz schon gehört? Doch aus Fehlern lernt man nicht nur. Manchmal ist ein Fehler sogar die Grundlage einer großen Erfindung. So auch bei Pure, der „Zauberwatte” von Deurex. Sie gibt Hoffnung, dass folgenschwere Ölkatastrophen, die z.B. durch marode Pipelines, Explosionen auf Bohrinseln oder havarierte Tanker ausgelöst werden, zukünftig schneller und effektiver bekämpft werden können als bisher.

Zur bahnbrechenden Zufalls-„Erfindung” kam es im Jahr 2010, als ein Mitarbeiter der Chemiefirma aus Sachsen-Anhalt im Rahmen eines Versuches Druck und Temperatur verwechselte und die Maschine über Nacht laufen ließ. Das Ergebnis konnten die Angestellten in Form von rund 10 Tonnen einer watteähnlichen Substanz bewundern, die am nächsten Morgen über den gesamten Fabrikboden verteilt war. Ein Missgeschick, das sich als Glücksfall für die Umwelt entpuppte...

Auf die Idee, aus der fehlproduzierten Watte einen Schwamm für Öl zu machen, kam der deutsche Chemiker Günter Hufschmid anlässlich des Unfalls auf der Ölplattform Deepwater Horizon. Hufschmid beschloss zu prüfen, ob die Watte in der Lage sei, Öl aufzusaugen. Das Ergebnis war verblüffend und übertraf andere Produkte gleich in mehrfacher Hinsicht: Pure ist nämlich in der Lage, das rund siebenfache ihres Eigengewichtes an Öl aufzunehmen und ist anschließend sogar wiederverwendbar: zwischen drei bis vier Mal. Ihr hohes Absorptionsverhältnis reduziert die Abfallmenge und macht auf diese Weise ihre Produktion ökonomischer.

Ein weiterer Vorteil der Watte besteht darin, dass sie sich im Wasser nicht auflöst, wie es gängige Ölbindemittel tun, die meist aus Pulver bestehen. Entscheidend für ihre Wirkung und Kraft ist ihre Faserstruktur, erklärt Hufschmid, Patentanmelder und einer der Geschäftsführer von Deurex, und verweist auf ihre unglaublich hohe Verzweigung im Nano-Bereich. Nur ein Gramm des Produktes besitzt eine Oberfläche von rund drei Quadratmetern, an die sich das Öl anheftet. Durch die Fäden entsteht eine Kapillarwirkung: Hochviskoses Öl wird aufgesaugt, Wasser perlt ab. Ein weiteres Plus des Superstoffes: Die vollgesogene Watte kann nach erfolgter Ölbindung wie ein dreckiger Klumpen aus dem Wasser gefischt werden, da sie weder untergeht noch sich zersetzt. „Danach hat es (das Wasser) wieder Trinkwasserqualität”, so Ernst Krendlinger, Chemiker bei Deurex. Das wollten ihm die Patentämter in München und Den Haag zunächst gar nicht glauben. „Ich bin dann vorbeigefahren und habe es ihnen vorgeführt. Erst als ich einen Schluck des gereinigten Wassers getrunken habe, haben sie mir geglaubt”, berichtet Krendlinger. Am 15. Juni dieses Jahres wurde das Bindemittel schließlich sogar vom Europäischen Patentamt in Venedig mit dem „Europäischen Erfinderpreis” ausgezeichnet.

Die Einsatzmöglichkeiten der Wolle sind breit gefächert: Sie reichen von globalen Ölkatastrophen bis hin zum Hausgebrauch für die eigene Garage, in der das Auto leckt. Erstmalig wurde Pure 2013 beim Elbe-Jahrhundert-Hochwasser genutzt, als es von der Feuerwehr gegen Verschmutzungen durch Heizöl eingesetzt wurde. Im Bereich der Windräder feiert es ebenfalls große Erfolge. Denn nicht nur aus Tankern und Pipelines kann Öl austreten, sondern auch aus Windkrafträdern. Deren Getriebe und Hydraulik benötigen Öl, ebenso die Turbinen. Hier sorgt die eingesetzte Zauberwatte mit ihrer Sogwirkung dafür, dass austretendes Öl nicht ins Grundwasser sickert. Anfragen kommen mittlerweile aus der ganzen Welt: Neben Israel, Indonesien, Nigeria und Mexiko zeigt sich auch China interessiert.

Doch auch produzierende Unternehmen, bei deren Herstellungsprozessen Öl Wasser verunreinigt, melden Interesse an. Bei ihnen muss das Wasser aufbereitet bzw. speziell behandelt werden. Für die industrielle Wiedereinleitung existieren strenge Vorgaben und Grenzwerte, die bei 10 bis 20 Milligramm Kohlenwasserstoff pro Liter liegen. Kommt Pure zum Einsatz, werden deutlich niedrigere Grenzwerte von 0,3 Milligramm erreicht.

Branchenkenner prophezeien der Zauberwatte für die Zukunft hohe Wachstumsraten. Denn Pure eröffnet dem Unternehmen, das „im normalen Leben” mit der Herstellung von Wachsen für Farben und Lacke beschäftigt ist, den Zugang im Bereich Management von Ölverschmutzungen. In diesem Segment werden für das Jahr 2022 globale Absätze in der Höhe von etwa 118 Mrd. Euro erwartet. Im Jahr 2010 lagen diese noch bei rund 13 Mrd. Euro.

Denn solange Erdöl als Energieträger genutzt wird, muss dieser vom Ort der Gewinnung zum Einsatzort befördert werden – ob nun per Pipeline oder Tankschiff und weiter per Tanklastwagen. Unfälle sind selten, können aber nie gänzlich ausgeschlossen werden. Dann besitzen Produkte wie Pure eine essentielle Bedeutung für die Umwelt und machen Hoffnung auf schnellstmögliche Schadensbegrenzung. Angeliefert wird die Watte in ganz unterschiedlicher „Verpackungsgröße” – je nach Einsatzort und zu reinigendem Areal.

Auch Hansa Hamburg transportiert mit ihren Tankschiffen regelmäßig Ölmengen zwischen 60.000 und 75.000 bzw. 180.000 und 190.000 Tonnen. Glücklicherweise waren die Schiffe von Havarien bislang nicht betroffen. Doch für den Fall der Fälle ist es beruhigend zu wissen, dass Bindemittel wie Pure existieren.

Für die klassischen Suezmax-Rohöltanker hat der Schiffsmakler Braemar ACM im November 2017 einen zum Vormonat leicht gestiegenen Ratendurchschnitt für Einzelreisen (Zeitcharteräquivalent) von etwa USD 9.840 pro Tag (Vormonat: USD 8.400) angegeben. Für LR1-/Panamax-Produktentanker („dirty”) ermittelte Braemar ACM Raten von etwa USD 7.750 (Vormonat: USD 8.900) und für LR1-Produktentanker („clean”) von circa USD 9.700 pro Tag (Vormonat: USD 8.600). Auch Einjahres-Zeitcharter-Verträge werden vereinzelt geschlossen: Als Einjahres-Zeitcharterrate errechnete Braemar ACM für Rohöltanker der Größe Suezmax eine Rate von USD 17.500 pro Tag (zum Vormonat unverändert) und für die Größe LR1 (coated) eine Zwölfmonatsrate von USD 13.000 pro Tag (Vormonat USD 13.500).

Quellen: Chemie.de, „Europäischer Erfinderpreis für Superschwamm gegen Ölvermschmutzungen”, 16.6.2017; Ingenieur.de, „Zauberwatte gegen Ölpest: Wie aus einer Panne eine glorreiche Erfindung wurde”, 18.10.2016; Deutschlandfunk, „Zauberwatte gegen Ölverschmutzung”, 13.6.2017; Europäisches Patentamt, Mit „Zauberwatte” gegen Öl-Katasrophen, 26.4.2017; Braemar ACM Weekly Tanker Market Report, 17.11.2017.
Bildquelle: Deurex AG, 06729 Elsteraue

Auf CO2 gebettet

Es klingt fast zu schön, um wahr zu sein: Sollte es möglich sein, aus dem Klimakiller Kohlendioxid (CO2) tatsächlich so etwas wie einen „nützlichen Rohstoff” machen zu können? Und noch ein bisschen utopischer: einen, auf dem in Zukunft die Menschen schlafen werden?

Dass diese Vision gar nicht so abwegig ist, wie sie auf den ersten Blick erscheinen mag, ließ bereits eine Konferenz im Jahre 2012 in Essen vermuten, bei der Experten aus Wissenschaft und Technik zusammenkamen, um über CO2 als potentiellen Rohstoff der Zukunft zu diskutieren.

Vier Jahre später nutzte ein Chemiekonzern das Klimagas, das als Abfallprodukt eines benachbarten Ammoniakherstellers anfiel, erstmals im industriellen Maßstab als Rohstoff. Die Bayer-Tochter Covestro setzte Kohlendioxid zur Herstellung eines Schaumstoffes für Matratzen und Polstermöbel ein. In ihrem Werk in Dormagen steht damit die erste Anlage in Deutschland, die CO2 als Ausgangsstoff für die Produktion von Kunststoff nutzt und dieses so dauerhaft bindet. Avisiert ist ein Durchsatz von 5.000 Tonnen pro Jahr.

„Das reaktionsträge Molekül Kohlendioxid in effizienter Weise chemisch zu nutzen, ist eine wissenschaftliche und technische Herausforderung”, gibt Professor Ernst Schmachtenberg, Rektor der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH Aachen) allerdings zu bedenken. Seine Hochschule war an der Entwicklung der Anlage beteiligt. „Im Zusammenspiel von anwendungsnaher Grundlagenforschung und forschungsbasierter Industrie ist uns hier ein Durchbruch gelungen”, so Schmachtenberg weiter.

Das Projekt wird sogar von der Bundesregierung unterstützt – in Form von 7,5 Mio. Euro. Damit übernimmt die Regierung rund die Hälfte der anfallenden Gesamtkosten. Covestro-Chef Patrick Thomas sieht Verbraucher schon bald „auf CO2 schlafen”. Qualitativ sei der neue Schaumstoff angeblich mindestens so gut wie konventionell hergestelltes Material, das Rohöl zur Grundlage hat. Der Kohlendioxid-Gehalt einer Klimagas-Matratze aus Dormagen beträgt rund 20 Prozent. Thomas sieht in dem verwendeten CO2 die potentielle Antwort auf eine der größten Herausforderungen unserer Zeit: einen Ersatz für die begrenzten fossilen Ressourcen wie Öl und Gas zu finden. Der gleichen Ansicht ist auch Thomas Rachel, Parlamentarischer Staatssekretär des Bundesforschungsministeriums. Er unterstützt die stoffliche Nutzung von Kohlendioxid und hält sie für einen wichtigen Schritt auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft.

Manche Umweltschützer, wie z.B. Hermann Fischer vom Naturschutzbund, sehen darin allerdings vielmehr einen ökologischen Alptraum. Das CO2 als Endprodukt der Verbrennung enthalte nur noch wenig Energie. Demzufolge müsse viel Energie in die Anlage hineingesteckt werden, um eine Reaktion zu provozieren. Covestro sieht das völlig anders und gibt zu bedenken, dass auch bei der Förderung von Erdöl als Rohstoff für Kunststoff große Mengen Energie aufgewendet werden müssen. Damit, so die Bayer-Tochter, sei das neue Verfahren zur Kunststoffherstellung sogar „umweltverträglicher als herkömmliche Produktionsprozesse.”

Aus Kohlendioxid lassen sich auch andere Kunststoffe herstellen. Sollte sich die Anlage bewähren, so plant das Unternehmen seine Produktion deutlich auszuweiten. Auf diese Weise soll Erdöl als Ausgangsprodukt zunehmend durch CO2 ersetzt werden.

Doch auch andernorts wird eifrig in diverse Richtungen geforscht. In England ist es einem Forscherteam gelungen, CO2 unschädlich zu machen, indem sie es tief unter der Erde in ein Karbonat verwandelten. In Dresden wird in einer ersten Anlage aus CO2 Kraftstoff produziert, eine ähnliche Anlage ist in Vancouver von kanadischen Ingenieuren in Betrieb genommen worden. In der Schweiz hat die ETH Zürich ein Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe Kohlendioxid als Wachstumsförderer in Treibhäusern einsetzt werden kann.

Der Ansatz, schädliche Treibhausgase in nützliche Produkte umzuwandeln, ist sicherlich positiv zu bewerten. Besser als CO2 unter hohem Energieaufwand weiter zu verarbeiten wäre es allerdings, bereits seine Entstehung einzudämmen. Helfen kann dabei das Flüssiggas. Es ist auch unter dem Kürzel LPG (Liquefied Petroleum Gas) bekannt und dient u.a. als Treibstoff für flüssiggasbetriebene Autos. Diese produzieren beim Fahren rund 21 Prozent weniger CO2 pro Energieeinheit (im Vergleich zu den mit Dieselkraftstoffen sogar 23 Prozent weniger). Durch sie kann sich die Abgassituation in den Großstädten vor allem in Ballungsgebieten entschärfen.

Moderne Flüssiggastankschiffe der Hansa Hamburg transportieren dieses Gas regelmäßig. Neben den Tankschiffen mit einem Ladevolumen von 17.000 Kubikmeter zum Transport von Flüssiggasen wie Ethylen, Propylen und Butadien für die petrochemische Industrie gehört auch der LPG-Tanker „Queen Zenobia” zur Flotte von Hansa Hamburg. Er ist auf den Transport von LPG spezialisiert und besitzt ein Ladetankvolumen von rund 22.800 Kubikmetern. Im November dieses Jahres verzeichnete Clarkson Research für LPG-Flüssiggastankschiffe der Größenordnung um 22.500 Kubikmeter Charterraten von rund 11.800 US-Dollar pro Tag (Durchschnitt Vormonat: 10.500 USD/d).

Quellen: Ingenieur, ”So wird aus klimaschädlichem CO2 eine Bettmatratze”, 21.6.2016 und „CO2 als Rohstoff nutzen”, 21.12.2012; Clarkson Research, Shipping Intelligence Weekly Nr. 1.298, 17.11.2017.
Bildquelle: Freeimages (user:Claudia Meyer)