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May 13, 2023

Frachtschiffe kehren wieder zur Windenergie zurück

Windenergie zieht immer mehr Schwergewichte in der globalen Schifffahrtsindustrie an,

Windkraft zieht immer mehr Schwergewichte in der globalen Schifffahrtsbranche an, darunter Sea-Cargo und Sumitomo.

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Führende Akteure der globalen Schifffahrtsindustrie stehen unter enormem Druck zur Dekarbonisierung, und die Suche nach Lösungen hat sie in einige seltsame Bereiche geführt. Die jahrtausendealte Technologie der Windkraft ist mit von der Partie, aber es ist nicht das, was Sie denken. Anstelle von im Wind flatternden Segeltuchsegeln ist das Frachtschiff der Zukunft ganz anders.

Das Hochseewindkraftunternehmen Norsepower brachte bereits 2014 seine anders aussehenden Rotorsegel auf den Markt, und jetzt sieht es so aus, als würde sich die ganze harte Arbeit bald auszahlen.

Auf den ersten Blick sehen Rotorsegel überhaupt nicht wie Segel aus. Auch auf den zweiten Blick sehen sie so aus. Keine Leinwand, keine Seile, nichts. Stattdessen sehen sie aus wie extrahohe Schornsteine. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Schornsteinen können diese Segel jedoch geneigt werden, um unter Brücken hindurchzufahren.

Im Jahr 2019 war Norsepower auf Erfolgskurs, nachdem es sich mit dem finnischen Unternehmen Wärtsilä zusammengetan hatte, um den kommerziellen Seeverkehr in Richtung Windkraft voranzutreiben.

Die Idee erhielt 2021 einen weiteren Adrenalinstoß, als der Schifffahrtsriese Vale beschloss, die Windkraft auf einem Very Large Ore Carrier auszuprobieren. Es war nur ein Schiff, aber es löste in der maritimen Presse einen Feuersturm der Aufmerksamkeit aus (siehe unsere vollständige Berichterstattung hier).

Rotorsegel nutzen eine jahrzehntealte Erfindung namens Flettner-Rotoren, die einen Effekt auslösen, den Isaac Newton im 17. Jahrhundert beobachtete, als er Tennisspiele in Cambridge verfolgte. Er beobachtete, dass der Ball beim Drehen eine gekrümmte Bahn bilden kann, ein Phänomen, das er auf den Luftwiderstand zurückführte. Der schwierige Teil besteht darin, zu erklären, warum das passiert.

Wie der Forscher James MacDonald betonte, werden die Wurzeln des Magnus-Effekts häufiger dem britischen Mathematiker Benjamin Robins aus dem 18. Jahrhundert zugeschrieben, der einen etwas dramatischeren Ansatz verfolgte.

„Robins wollte wissen, warum Musketen- und Kanonenkugeln dazu neigen, von ihren Zielen abzudriften, und sagte voraus, dass der Luftwiderstand dafür verantwortlich sei“, erklärte MacDonald.

Um den Effekt zu demonstrieren, feuerte Robins zum Erstaunen der Zuschauer eine gebogene Muskete ab, aus der Kugeln in die entgegengesetzte Richtung der Biegung flogen.

Der deutsche Physiker Heinrich Gustav Magnus entwickelte im 19. Jahrhundert einige zusätzliche Erkenntnisse über das Luftwiderstandsphänomen, indem er den Zusammenhang mit der Strömungsdynamik erkannte, und hier blieb der Name hängen.

Die Erfindung der den Flettner-Rotorsegeln zugrunde liegenden Technologie wird übrigens einem finnischen Ingenieur namens Sigurd Savonius zugeschrieben, der herausgefunden hat, wie man den Magnus-Effekt in einem Spinnrohr einsetzen kann. Der Name Flettner entstand, nachdem der deutsche Luftfahrtingenieur Anton Flettner 1926 ein Schiff mit Rotorsegeln über den Atlantik brachte.

Die große Frage ist, ob Flettner-Segel einen Unterschied im Treibstoffverbrauch eines modernen Frachtschiffs machen.

Die Antwort ist, dass Kraftstoffeinsparungen nicht der einzige Vorteil sind, wie Kapitän Artur Sylwestrzak von der globalen Reederei Sea-Cargo erfahren hat. Sea-Cargo übernahm im Jahr 2021 die Windenergie-in-Röhren-Lösung von Norsepower und holte sich für sein Frachtschiff SC Connector unter dem Steuer von Kapitän Sylwstrzak den Titel „Norwegens größtes Segelschiff“. Die Nachrüstung bot ihm die Gelegenheit, zu beobachten, wie sich dasselbe Schiff vor und nach der Windenergie verhielt.

„Die Rotorsegel haben das Seeverhalten des Schiffes erheblich verbessert – es ist jetzt ein völlig anderes Schiff!“ Kapitän Sylwestrzak sagte letzten Monat zu Hellenic Shipping News. „Der Schwerpunkt wurde um eineinhalb Meter angehoben und die Rotorsegel dämpfen die Rollbewegung, sodass das Schiff kaum noch rollt, worüber sich die Besatzung sehr freut.“

Vor dem Hintergrund des Arbeitskräftemangels in der maritimen Industrie bot Sylwestrzak auch einige zusätzliche Einblicke in die Vorteile der Wiedereinführung der Windenergie auf Frachtschiffen.

„Es ist ein großer Vorteil, wenn die Besatzung Interesse an dieser Technologie hat und motiviert ist, etwas zu lernen“, sagte er. „Ich versuche immer, ein Umfeld zu schaffen, das neue Leute motiviert und neugierig macht. Ich lade sie ein, sich zu engagieren, indem ich sage: ‚Lasst uns mit dem System spielen und sehen, was wir dabei lernen können. Dieser Ansatz macht Neulingen viel mehr Spaß.‘ ."

Die Erfahrung auf dem gesamten Schiff mit SC Connector hat Norsepower wichtige Erkenntnisse über die Seetüchtigkeit seiner Rotorsegel geliefert. Der nächste Schritt besteht darin, zu beweisen, dass die Technologie auf breiter Ebene für Investoren geeignet ist. Zu diesem Zweck schloss sich Norsepower mit dem maritimen Software- und Datendienstleistungsunternehmen NAPA und dem führenden Schiffbauer Sumitomo Heavy Industries Marine & Engineering Co., Ltd. (SHI-ME) zu einer Simulationsübung zur Kraftstoffeinsparung zusammen, die ab Dezember 2022 stattfand bis März 2023.

Bei der Übung wurde die treibstoffsparende Voyage Optimization-Software von NAPA eingesetzt, die Wetterbedingungen in die Routenplanung einbezieht, um den Treibstoffverbrauch zu maximieren. Bei einer simulierten Überfahrt zwischen New York und Amsterdam reduzierte die Kombination aus Windkraft und Routenplanung die Emissionen um durchschnittlich 28 %.

„Von diesen durchschnittlichen CO2-Emissionseinsparungen kann der Beitrag der NAPA Voyage Optimization auf 12 % geschätzt werden“, erklärte NAPA.

Die Simulation umfasste insgesamt sechs verschiedene Routen, wobei die Rotorsegel plus Reiseoptimierung zu einer durchschnittlichen Reduzierung der CO2-Emissionen um 19 % führten.

Das ist nur der Anfang. Bisher wurden die Norsepower-Rotorsegel nur auf bestehenden Schiffen installiert, die ursprünglich für den ausschließlichen Betrieb mit flüssigem Treibstoff gebaut wurden. Die Einbeziehung der Windenergie in den Schiffbau bereits in der Entwurfsphase könnte zu noch beeindruckenderen Ergebnissen führen. SHI-ME strebt dieses Ziel bereits an.

„Das Projekt ist Teil des Plans von SHI-ME, einen neuen Proof of Concept für windunterstützte Schiffe zu entwickeln, die mit Norsepower-Rotorsegeln ausgestattet werden“, erklärt NAPA. „Das Projekt und seine Ergebnisse werden dazu beitragen, die wirtschaftlichen Argumente für Investitionen in Windunterstützungstechnologie in einer Zeit zu stärken, in der die Branche unter zunehmendem Druck zur Dekarbonisierung steht.“

NAPA zitiert auch Jukka Kuuskoski, CSO von Norsepower, der feststellte, dass die monatelange Datenerfassung eine solide Grundlage für Investoren bietet.

„…diese Leistungsdaten über die Vorteile der Einführung sauberer Technologien werden der Branche das nötige Vertrauen geben, in die Dekarbonisierung zu investieren“, sagte Kuuskoski.

Das könnte nur die Spitze des Dekarbonisierungs-Eisbergs sein. Halten Sie Ausschau nach Rotorsegeln, die in verschiedenen Konfigurationen mit anderen Dekarbonisierungsoptionen auftauchen, darunter andere Hard-Segel-Konfigurationen, Solarenergie und alternative Kraftstoffe, um neue Möglichkeiten für eine kohlenstoffarme Wirtschaft zu schaffen.

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Foto (beschnitten): Windkraft kehrt auf Frachtschiffe zurück, mit freundlicher Genehmigung von Sea-Cargo über Norsepower.

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