Wetterdaten optimieren Segel moderner Frachtschiffe

Angesichts verschärfter Klimaregulierungen wenden Reedereien sich der weltweit ältesten Antriebsmethode zu: dem Wind. Moderne kommerzielle Flotten setzen auf hochmoderne, aerodynamische Strukturen in großer Höhe, die als Wind-Assisted Propulsion Systems (WAPS) bezeichnet werden.

Dazu gehören rotierende Rotorsegel, die den Magnus-Effekt nutzen, vertikale Flügelsegel sowie fortschrittliche Saugsegel, die interne Ventilatoren einsetzen, um Luft über ihre Oberflächen zu ziehen. Die Annahme dieser Technologie verläuft steil: Im Jahr 2020 nutzten lediglich neun große Schiffe diese modernen Segel.

Heute hat sich diese Zahl auf 64 erhöht, und Dutzende weitere werden derzeit nachgerüstet. Allerdings ist ein erhebliches Problem aufgetreten. Theoretisch sollten diese Segel die Brennstoffkosten drastisch senken.

Technik und Auswirkungen

In der Praxis sind die Ergebnisse aus der realen Welt verblüffend inkonsistent, wobei die Kraftstoffeinsparungen zwischen 2 und 25 Prozent stark schwanken. Um die Ursache zu ermitteln, startete das europäische Forschungsinstitut SINTEF das Projekt reSail.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Schifffahrtsindustrie auf übermäßig vereinfachte Windmodelle zurückgreift, die reale Meeresbedingungen nicht erfassen können. „Wir haben die Windbedingungen realistischer betrachtet, und sie weichen erheblich ", sagte Yannick Jooss, ein Forscher am SINTEF. „Wenn man das Standardwindprofil verwendet, wie es heute oft geschieht, sind die Messungen ungenau.

Vereinfachte Annahmen und Simulationen reichen nicht aus, da sie die Komplexität und die Variabilität des Windes nicht berücksichtigen", betonte Jooss. Optimierung moderner Schiffstakeln Nach Angaben des Projektleiters Jooss führen diese übermäßig vereinfachten Simulationen zu ungenauen Daten.

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Stattdessen erfordert die Maximierung der Emissionsreduktionen präzises, praxisnahes Wissen über das Windverhalten und die Segelplatzierung sowie automatisierte Anpassungen zur Optimierung der gesamten Schiffsbetriebsabläufe. Die Hauptkomplikation ist struktureller Natur.

Wenn ein 22 Meter hoher starres Segel an einen massiven Metallrumpf geschraubt wird, verändert das Schiff selbst die Umgebung. Das Schiff verbiegt sich, blockiert den Wind und erzeugt komplexe Mikroströmungen, bevor die Luft überhaupt auf die Segel trifft.

Um diese unsichtbare Chaoslandschaft zu kartieren, hat das reSail-Team das chemische Tanker Bow Olympus, das, mit Hochfrequenz-LIDAR-Systemen (Light Detection and Ranging) ausgestattet. Mit dieser Technik konnte das Team präzise Windgeschwindigkeiten und -richtungen relativ zu einem sich bewegenden Schiff erfassen.

Was die Studie zeigt

Dazu schossen Forscher Laserstrahlen in die Atmosphäre und nutzten den Dopplereffekt, um das Licht zu verfolgen, das an schwebenden Staubpartikeln reflektiert wurde. Kraftstoffeinsparungen bei großen Schiffen Die gesammelten Daten vom Bow Olympus verschieben die Forschung nun in eine Labor-Optimierungsphase mit Fokus auf drei Schlüsselbereiche.

Das Team zielt darauf ab, Schiffsbetriebe ganzheitlich zu optimieren, indem es Windkanäle der NTNU nutzt, um den aerodynamischen optimalen Punkt für die Segelplatzierung zu ermitteln, vorausschauende Systeme entwickelt, die Segel automatisch vor Windböen anpassen, sowie Echtzeit-Wettervorhersagen in Navigationscomputer integriert. „Unser Ziel ist es, moderne Segel auf Schiffen attraktiver zu machen und so zum notwendigen Emissionsrückgang im Seeverkehr beizutragen", fügte Jooss hinzu.

Vorschriften wie FuelEU Maritime verlangen eine Reduktion der Schifffahrtsemissionen um 80 % bis 2050. Wenn das reSail-Projekt es schafft, die Lücke zwischen Theorie und Realität zu schließen, könnte es die Kraftstoffeinsparungen sicher über die Marke von 25 Prozent heben.