Schifffahrt: Yara Birkeland wird der erste autonome E-Frachter
Ruhe für die Einwohner von Porsgrunn: Noch rollen jeden Tag Laster durch die Stadt und transportieren die Produkte des Düngemittelherstellers Yara containerweise zum nächsten Hafen – mehr als 100 am Tag. Doch das soll sich ändern: In Zukunft soll ein Schiff die Frachtbehälter leise abtransportieren.
Die Yara Birkeland(öffnet im neuen Fenster) , benannt nach dem Yara-Gründer Kristian Birkeland, ist jedoch kein gewöhnliches Containerschiff: Sie wird elektrisch angetrieben, fährt also sauber. Außerdem soll sie ohne Besatzung zwischen drei Häfen pendeln. Ende kommenden Jahres soll das Schiff als erstes autonomes Frachtschiff mit Elektroantrieb den Dienst aufnehmen.
Das Schiff fährt zwei Häfen an
Die Yara Birkeland wird ein Feeder sein – Feeder sind kleinere Schiffe, die als Zulieferer oder Verteiler in Häfen eingesetzt werden. Das Schiff soll Container von der Fabrik auf der Halbinsel Herøya zu den Häfen von Brevik und Larvik liefern, von wo aus sie dann verschifft werden. Entwickelt wurde das Konzept von dem norwegischen Technologie-Unternehmen Kongsberg Maritime (KM), einer Tochter des Rüstungsunternehmens Kongsberg Gruppen (KOG).
"Wir wollten ein emissionsfreies Schiff bauen, deshalb ist es elektrisch" , sagte Ketil Olaf Paulsen, Technology General Manager bei KM Technology, Golem.de. "Um es wettbewerbsfähig im Vergleich zu konventionellen Schiffen zu machen, ist es unbemannt."
Das Schiff hat zwei Propellergondeln
Die Yara Birkeland wird 80 Meter lang und 15 Meter breit sein und kann mit 120 Standardcontainern(öffnet im neuen Fenster) beladen werden. Angetrieben wird das Schiff von zwei Propellergondeln(öffnet im neuen Fenster) mit einer Leistung von jeweils 1,2 Megawatt. Damit erreicht das Schiff eine Höchstgeschwindigkeit von 10 bis 12 Knoten, 18,5 bis 22 km pro Stunde, die Reisegeschwindigkeit soll bei 6 bis 7 Knoten, 11 bis 13 km pro Stunde, liegen.
Die Gondeln hängen unter dem Rumpf und sind drehbar – das erhöht die Manövrierfähigkeit. Außerdem braucht das Schiff dann kein Steuerruder. Um einfacher an- und ablegen zu können, sind zudem zwei Bugstrahlruder(öffnet im neuen Fenster) in den Rumpf eingelassen. Jedes von ihnen hat eine Leistung von 0,6 Megawatt.
Geladen wird in Herøya
Den Strom für die Motoren liefert ein Akku mit einer Kapazität von 7 bis 8 Megawattstunden. Das ermöglicht eine Reichweite von 64 Seemeilen, knapp 120 km. Das reicht für die Standardrouten(öffnet im neuen Fenster) : Brevik ist etwa 7 Seemeilen, knapp 13 km, entfernt, Larvik rund 30 Seemeilen, knapp 56 km. Außerdem muss die Yara Birkeland es wieder zurück zum Heimathafen auf Herøya schaffen, denn nur dort können die Akkus geladen werden.
Das Schiff könnte theoretisch auch bis nach Schweden oder Dänemark fahren, sagt Paulsen. Dafür würde es mit einem zusätzlichen Akku oder einem Generator, etwa einer Brennstoffzelle, ausgestattet, um die Reichweite zu vergrößern. Untergebracht wird der Akku oder der Range Extender in einem Container. Eine Besatzung wird das Schiff allerdings nur am Anfang haben.
Sensoren erfassen andere Wasserfahrzeuge
Die Yara Birkeland ist dafür ausgelegt, die Pendelfahrten autonom zu absolvieren. Auch das Einlaufen in den Hafen, das An- und Ablegen und sogar das Be- und Entladen soll automatisiert erfolgen.
Vorteil eines Schiffs ohne Mannschaft: Es braucht keine Unterkünfte sowie die nötigen Versorgungseinrichtungen. Es bleibt also mehr Platz für die Ladung. Die automatischen Systeme sind, wenn sie verlässlich funktionieren, weniger anfällig als Menschen: Die Sensoren halten rund um die Uhr Ausguck, ohne zu ermüden oder abgelenkt zu sein und ohne den Posten zu verlassen. Der Computer trinkt nicht und wird im Sturm nicht seekrank.
Yara Birkeland erkennt andere Schiffe per AIS
Navigieren wird der Frachter mit dem Satellitennavigationssystem Global Positioning System (GPS). Zur Erkennung anderer Schiffe wird das Automatic Identification System(öffnet im neuen Fenster) (AIS) eingesetzt. Über diesen Dienst senden Schiffe automatisiert Daten aus. Dazu gehören Rufzeichen und Angaben über die Ausmaße des Schiffs, seine Ladung und Zielhafen, vor allem aber Position, Kurs und Geschwindigkeit. AIS ist wie GPS in der bemannten Seefahrt obligatorisch.
Kleinere Fahrzeuge und vor allem Sportschiffe haben jedoch oft kein AIS an Bord, mit dem sie identifiziert werden können. Diese sowie Seezeichen und andere Hindernisse werden mit Sensoren erfasst: Ausschau halten Kameras, Radar und Lidar.
Die Kameras sehen sogar Möwen
"Wie wir bisher festgestellt haben, können wir auch Kanus oder Windsurfer erkennen" , sagt Paulsen. Die Auflösung der Kamera sei hoch genug, um Bojen zu sehen – und sogar Möwen, die auf dem Wasser schwimmen. Insofern droht Freizeitkapitänen keine Gefahr von dem unbemannten Schiff: "Wir werden alle, zumindest alle bemannten, Wasserfahrzeuge detektieren."
Im Steuersystem werden die auf See geltenden Regeln hinterlegt, die Kollisionsverhütungsregeln(öffnet im neuen Fenster) (KVR), die die Internationale Seeschifffahrts-Organisation(öffnet im neuen Fenster) (International Maritime Organization, IMO) festgelegt hat. "Wir implementieren die üblichen Navigationsregeln, an die sich alle halten sollten" , sagt Paulsen. Das Problem sei allerdings, dass sich die anderen – unter anderem Freizeitskipper – oft nicht an diese Regeln hielten.
Das Schiff kann schnell stoppen
In so einem Fall wird die Yara Birkeland erst warnen und dann im Zweifel selbst ausweichen. Vorteil sei, dass das Schiff nicht sehr schnell fahre, sagt Paulsen. Es brauche deshalb nur eine Schiffslänge zum Aufstoppen. Das ist wenig: Laut den Regeln der IMO hat ein Schiff 15 Schiffslängen, um zum Stehen zu kommen. Große Schiffe wie die aktuellen Containerfrachter der dänischen Reederei Maersk(öffnet im neuen Fenster) sind mit Geschwindigkeiten um die 20 Knoten, etwa 37 km pro Stunde, unterwegs und brauchen zum Aufstoppen mehrere Kilometer.
Viel der Technik, die KM in der Yara Birkeland verbaut, ist allerdings nicht neu.
Schiffe werden autonom
KM baut bereits seit einiger Zeit Systeme für die automatisierte Navigation und Steuerung von Schiffen. Diese seien mit den Sensoren für das Schiff kombiniert worden, sagt Paulsen. Das Lidar sei dabei eine Eigenentwicklung, ebenso die 360-Grad-Kamera.
Diese wurde ursprünglich für Kontrolltürme von Flugplätzen entwickelt: In Norwegen gebe es eine Reihe kleiner Flughäfen mit nur wenigen Starts und Landungen am Tag. Für diese habe Kongsberg ein System entwickelt, um den Betrieb aus der Ferne abwickeln zu können, sagt Paulsen. Die Kamera sei aber auch schon auf Schiffen im Einsatz. Neu hinzugekommen seien die Software für die Steuerung sowie Systeme für die Erfassung von Gefahrensituationen und die Verhinderung von Kollisionen.
Das Schiff fährt zunächst bemannt
Um sicherzugehen, dass alle Systeme wie geplant zusammenspielen, soll das Schiff die ersten beiden Jahre bemannt fahren. Eine Brücke gibt es auf dem Schiff jedoch nicht: Sie wird in einem Container untergebracht. "Im dritten Jahr soll es dann unbemannt sein. Dann werden wir die Brücke entfernen, und es wird komplett autonom fahren" , sagt Paulsen.
In einem Notfall kann das Schiff um Hilfe rufen. Es ist mit den nötigen Systemen ausgestattet, um es von Land aus fernsteuern zu können. Das Schiff melde sich im Kontrollzentrum, wenn es nicht mehr weiterwisse. Dann übernähmen Steuerleute die Kontrolle.
Kongsberg baut ein zweites autonomes Schiff
Neben der Yara Birkeland arbeitet KM an einem weiteren autonomen Schiff: Hrönn wird ein selbstfahrender Versorger, der Transporte für unterschiedliche Offshore-Einrichtungen übernehmen soll, etwa für Fischzuchtbetriebe oder wissenschaftliche Einrichtungen. Die Hrönn wird voraussichtlich einen diesel-elektrischen Antrieb haben und soll 2019 einsatzbereit sein.
Auch andere Unternehmen beschäftigen sich mit dem Thema: Rolls Royce etwa hat schon vor einigen Jahren ein Konzept für unbemannte Schiffe vorgestellt. Die Europäische Union hatte vor einigen Jahren das Forschungsprojekt Maritime Unmanned Navigation Through Intelligence in Networks (Munin) initiiert, an dem acht Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus Deutschland, Irland, Island, Norwegen und Schweden beteiligt waren, darunter das Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen (CML) in Hamburg.
Die Yara Birkeland wird in Küstengewässern fahren
Ziel von Munin und Rolls Royce sind allerdings hochseetaugliche Schiffe. Bevor diese ablegen dürfen, muss die IMO zuerst die nötigen Regeln ausarbeiten. Diese werden voraussichtlich nicht vor dem Jahr 2020 fertig sein. Solche rechtlichen Probleme haben KM und Yara nicht: Die Yara Birkeland wird ausschließlich in norwegischen Hoheitsgewässern unterwegs sein. Die für diese Gewässer zuständigen Behörden hätten eng mit ihnen zusammengearbeitet, sagt Paulsen.
Petter Østbø, Produktionsleiter bei Yara und Leiter des Projekts, denkt aber schon weiter: Sobald die entsprechenden Regeln da seien, wolle Yara auch in große Schiffe investieren, die den Dünger auch auf andere Kontinente transportieren könnten, sagte er kürzlich dem Wall Street Journal(öffnet im neuen Fenster) .
Erst einmal muss die Yara Birkeland aber gebaut werden.
Schiffe fahren seit langem elektrisch
Yara suche derzeit nach einer Werft, die das Schiff baue, sagt Paulsen. Der Bau selbst soll nicht so lange dauern, so dass das Schiff im vierten Quartal kommenden Jahres bereits vom Stapel laufen kann. In Frage kommen dürfte Fjellstrand(öffnet im neuen Fenster) : Die norwegische Werft hat bereits eine elektrisch betriebene Fähre gebaut, die seit 2015 Autos und Fußgänger über den Sognefjord übersetzt.
Elektroboote sind übrigens keine neue Technik: Das erste wurde 1839 gebaut(öffnet im neuen Fenster) und fuhr über die Kanäle von St. Petersburg. Seit 1909 verkehren Elektroboote auf dem Königssee(öffnet im neuen Fenster) . Prinzregent Luitpold ging es seinerzeit allerdings weniger um Umweltschutz: Er befürchtete, der Krach von Verbrennungsmotoren könnte sein Jagdwild verscheuchen.
Schiffe machen Dreck...
Schiffe mit konventionellem Antrieb sind aber auch nicht unerheblich an der Verschmutzung der Luft beteiligt: In den Maschinen wird meist Schweröl verbrannt, ein Rückstandsprodukt der Rohölverarbeitung. Es hat einen hohen Anteil an Schwefel und anderen Schadstoffen. Viele Schiffe haben keine Filteranlagen und emittieren deshalb Feinstaub, Ruß, Schwefeloxide und Stickoxide in großer Menge. Knapp zehn Prozent der Schwefeloxid- und etwa vier Prozent der Kohlendioxidemissionen weltweit stammen von Schiffen.
An Land ist das nur im Ausnahmefällen sichtbar: Schiffe müssen im Hafen schwefelarme Treibstoffe einsetzen. Das Schweröl darf erst auf See verfeuert werden. Wie viel Dreck Schiffe durch ihren Schornstein in die Luft pusten, zeigte sich in Hamburg im Oktober 2014: Ein Frachter der taiwanischen Reederei Yang Ming stellte schon im Hafengebiet auf Schweröl um(öffnet im neuen Fenster) . Die Rußpartikel lösten in einem Krankenhaus und einem Pflegeheim im Stadtteil Altona die Feuermelder aus. In einem Altonaer Restaurant fand der Wirt sein Mobiliar, seine Gäste sowie deren Speisen und Getränke von Ruß bedeckt(öffnet im neuen Fenster) .
... sollen aber sauberer werden
Das soll sich ändern: Ab 2020 dürfen Schiffe nur Treibstoffe mit einem Schwefelgehalt von maximal 0,5 Prozent einsetzen. Derzeit liegt die Obergrenze bei 3,5 Prozent. Das hat die Internationale Seeschifffahrts-Organisation (International Maritime Organization, IMO), eine Sonderorganisation der Vereinten Nationen, im Herbst vergangenen Jahres beschlossen.
Doch so sauber wie Yara werden sie nicht: Der Strom in Norwegen wird praktisch ausschließlich aus Wasserkraft gewonnen. Zudem ist Strom dort sehr günstig – und das ist ein weiteres Argument für Yara, auf Elektroschiffe zu setzen: "Wir wollen null Emissionen erreichen" , sagt Østbø. "Auch wenn manche sagen, der Klimawandel sei keine Realität, so ist er doch eine geschäftliche Realität, weil Energie aus erneuerbaren Quellen günstiger ist als fossile Brennstoffe."
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