Luftschmierung für Schiffe

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Kleine Luftblasen, unter dem Schiffsboden ausgestoßen und nach hinten wandernd, dienen zur Luftschmierung und damit zur Verminderung der als Schiffswiderstand bezeichneten Reibung im Wasser. Ziel ist es, den Treibstoffbedarf von Schiffen zu senken.

Aktive Methode[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der „Microbubbles“-Technik werden kleine Luftblasen unter dem Schiffsboden ins Wasser geblasen. Dazu ist der entsprechende statische Wasserdruck und die Oberflächenspannung des Wassers zur Blasenausbildung von insgesamt 1,5 bis 3 bar zu überwinden. Mit dem von der Luftgeschwindigkeit sowie den Rohrdurchmessern und -längen abhängigen dynamischen Druck sind rund 4 bis 5 bar aufzubringen. Bei einem entsprechend geformten Schiffsboden perlen diese Luftblasen von vorn nach hinten und zur Seite und reduzieren den Schiffswiderstand. Damit können bei gleicher Geschwindigkeit der Treibstoffverbrauch und damit die Emissionen gesenkt werden.

Praktische Ausführung

Die als „Mitsubishi Air Lubrication System“ (MALS) patentierte und urheberrechtlich geschützte Methode wurde bereits praktisch – mit Leistungseinsparungen von über 10 % – erprobt. Es fanden umfangreiche Untersuchungen im Modell statt, deren Ergebnisse sich beim ersten Schiff in Großausführung – dem Schwergut-Modultransporter Yamatai, gebaut 2010 – bestätigt haben.

Mit der Yamato wurde ein zweiter Schwergut-Modultransporter mit MALS ausgestattet. Diese Schiffe sind relativ breit und haben relativ geringen Tiefgang (Yamatai: 6,37 m), weshalb der Energieaufwand für das Einblasen der Luft wegen des geringeren hydrostatischen Drucks an der Schiffsunterseite geringer ist als bei anderen Schiffen.

Erstmals bei einem Kreuzfahrtschiff kam das System bei der 2014 abgelieferten Quantum of the Seas zum Einsatz. Auch das im Mai 2016 in Dienst gestellte Kreuzfahrtschiff Harmony of the Seas verfügt über ein Luftschmierungssystem. Die zwei von der Werft Mitsubishi Heavy Industries (MHI) für AIDA Cruises gebauten Kreuzfahrtschiffe der Hyperion-Klasse erhielten dieses System ebenfalls.[1] Erwartet werden Treibstoff-Einsparungen von 5 bis 7 %.

Auch die derzeit (2019) größten Containerschiffe, die MSC-Megamax-24-Klasse, wurde mit diesem System ausgerüstet.[2] Bei Binnenschiffen wird die Luftschmierung diskutiert und vereinzelt (Futura Carrier) angewendet.

Passive Methode[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nach dem Vorbild der Natur soll durch eine strukturierte, haarige Beschichtung an der Außenhaut der Schiffe eine dauerhafte Luftschicht am Schiffsrumpf unter Wasser gehalten werden.

In der Natur sind zahlreiche Pflanzen und Tiere zu beobachten, die mit dieser Methode im Wasser leben und damit Kraft und Wärme sparen. Sie haben Oberflächen, die von einer silbrig schimmernden Luftschicht überzogen sind und beim Untertauchen nicht benetzen. Bei genauer Untersuchung werden bei einigen Tierarten feine Haarstrukturen sichtbar, die die Luftschicht auch bei Strömung festhalten. Der Salvinia-Effekt (hydrophile Spitzen auf den ansonsten superhydrophoben Haaren) soll dabei helfen, ein Ablösen von Luftblasen zu verhindern und die Luftschicht stabil zu halten.

Praktische Ausführung

An Forschungsinstituten und technischen Universitäten werden derzeit die Mechanismen untersucht, um das passive Funktionsprinzip auf die Schiffstechnik zu übertragen. Diese Arbeiten sind noch nicht abgeschlossen und Schiffe wurden bisher noch nicht nach diesem Prinzip ausgerüstet.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • I. Zotti, S. Miotto: Study and numerical simulation of the drag reduction on a flat plate lubricated by air injection by micro bubbles, In: Towards Green Marine Technology and Transport, Taylor & Francis, London, 2015, ISBN 978-1-138-02887-6, S. 67–74.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Luftteppiche für die neuen AIDA-Kreuzfahrtschiffe, Schiffsjournal, 9. Juli 2012. Abgerufen am 25. Mai 2016.
  2. Raising the baseline for ULCV, DNV GL, 9. Dezember 2018 (englisch)