Benutzer:Dr. Karl-Heinz Hochhaus/Binnenschifffahrt

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Die Binnenschifffahrt mit Schwarm-Mobilität wird als eine der Lösungen angesehen, um die zukünftige Güterversorgung mit geringerem CO2-Ausstoß sicherzustellen. Mit Blick auf die CO2-Ziele der Bundesregierimg wird z. Zt. die sogenannte Schwarm-Intelligenz intensiv erforscht, um sowohl Personalengpässe in der Binnenschifffahrt zu beseitigen als auch kleineren Ladungen wieder eine höhere Attraktivität zu verschaffen. Mit rund 10 Mio. Euro Forschungsförderung werden zur Zeit Untersuchungen und Entwicklungen zur Schwarm-Intelligenz unterstützt.

Wurden in der Vergangenheit besonders zugkräftige Unterstützung durch den Dampf der Kettenschlepper, durch Dieselmotoren zum Propellerantrieb oder Strom von Akkumulatoren zum Antrieb der E-Motoren und Propeller benötigt, so ist heute die Intelligenz gefragt. Intelligente von zuverlässiger Sensorik unterstützte Assistenten und die zunehmende Automatisierung übernehmen immer mehr Arbeiten der Schiffsführer. Vernetzte Assistenten fahren schon jetzt streckenweise autonom und entlasten die Kapitäne und Steuerleute.

Treideln an dem Finowkanal

Geschichte

Bis vor 150 Jahren wurden Schiffe auf den Flüssen und Kanälen mit Wind oder Muskelkraft bergauf bewegt. Dann wurden ab 1866 Ketten (seltener Seile) in den großen Flüssen verlegt, an denen sich Schlepper mit Dampfkraft bergauf zogen, da die dafür benötigte Kraft erheblich geringer war als mit Dampfmaschine und Rad bzw. Propeller. Dreiviertel der Kohle wurde gegenüber dem Radschlepper eingespart. Die Weiterentwicklung zur Verbundmaschine und 1885 zur Dreifachexpansionsmaschine relativierte die Vorteile und ab 1905 begann der Dierselmotor seinen Siegeszug. Der im Vergleich zur Kohle erheblich teurere flüssige Brennstoff verzögerte die Durchsetzung und bis in die 1930ger Jahre fuhren sowohl dampfgetriebene Kettenschlepper als auch Dieselschlepper auf der Elbe, Neckar und Main. Auf dem Rhein wurden bis 1905 Seilschlepper eingesetzt.

Elektrische Binnenschiffe fuhren in Ausnahmen mit Oberleitungen, aber bis auf Versuchsstrecken am Dortmund-Ems-Kanal bzw. die Zu- und Abfahrt am Schiffshebewerk Niederfinow setzte sie sich nicht durch. Im Berliner Raum wurden auf der Havel elektrische Ziegelkähne mit Akkumulatoren über einen längeren Zeitraum erfolgreich eingesetzt.

Ketten- und Seilschifffahrt

Wurden die Binnenschiffe anfangs von Menschen oder Pferden flußaufwärts gezogen, setzten sich vor rund 150 Jahren auf den großen Flüssen die Ketten- und Seilschifffahrt in Deutschland durch. Die etwa 50 Jahre später auf der Havel erfolgreich erprobte und durchgesetzte Akkuschifffahrt mit Ziegelkähnen war anscheinend nur eine Episode im Berliner Raum. Der Berliner sagt immer noch, Berlin wurde aus dem Kahn erbaut, ohne sich zu erinnern, dass darunter auch rund 100 Elektrokähne waren. Die Entwicklung der Antriebsanlagen mit Dampf, später mit dem Dieselmotor, ermöglichte die Schleppschifffahrt in größeren Verbänden. Heute sind es vorwiegend Einzelfahrer, deren Dieselmotoren die Propeller antreiben.

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  Zehdenick, Stromerzeugung aus Wasser
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  Zehdenick, E-Motor im Ziegelkahn
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  Akku Laden der Ziegelkähne in Zehdenick

Elektrische Ziegelkähne

1904 bildete die Watt-Akkumulatoren-Werke in Zehdenick mit der Cäsar Wollheim Werft eine Studiengesellschaft, um den Schiffsantrieb mit von Akkus gespeisten Elektromotoren zu untersuchen. Dafür bot sich die an der Oberhavel gelegene Zehdenicker Ziegelindustrie mit rund 60 Ziegeleien an, die zu dieser Zeit Ziegelsteine in riesige Mengen herstellten und nach Berlin transportierte. Die Schiffe wurden zu dieser Zeit vorwiegend von Zehdenicker Schifferfamilien auf der Havel und den Kanälen nach Berlin getreidelt, gesegelt oder seltener von Dampfschlepper mit langsamer Geschwindigkeit gezogen, um die Ufer nicht zu beschädigen. Um Erfahrungen im Reedereibetrieb und Ziegelsteintransport zu nutzen, war neben den Watt-Werken der Berliner Reederei- und Werftbetrieb Cäsar Wollheim sowie fünf Ziegeleibesitzer an der Studiengesellschaft beteiligt. Die Akkufabrik in Zehdenick war für den Bau der Akkus zuständig, die im Zehdenicker Trockendock eingebaut wurden.

Pallettenkran zum Umschlag der Ziegelsteine

Spezielle elektrische Palettenkräne in Berlin sorgten für den schnellen Umschlag in den vielen kleinen Berliner Häfen. Das Konzept war erfolgreich und der elektrische Schiffsantrieb und die Palettenkräne verkürzten die Rundreise eines Schiffes von bisher zwei bis drei Wochen auf eine Woche.

Autonomes Fahren in der Seeschifffahrt

Yara International, ein norwegische Konzern baut ein vollelektrisches autonomes kleines Containerschiff mit dem Namen Yara Birkeland. Das 80 Meter lange und 12 Meter breite Schiff hat eine Tragfähigkeit von 3.200 t und eine Kapazität von 120 TEU. Der Bau des Schiffes hat 2019 begonnen, der Kasko entsteht bei der Vard-Werft in Brăila (Rumänien), der Rest bei der Werft in Brevik (Norwegen). Da nach der geplanten Ablieferung des Schiffes der autonome Betrieb noch nicht umfänglich möglich sein wird – auch wegen noch nicht geklärter Rechtslage–, wird eine provisorische Kommandobrücke installiert. Die Yara Birkeland soll im internen Werkverkehr der Yara-Betriebe in Süd-Norwegen mit Entfernungen zwischen 7½ und 27 Seemeilen eingesetzt werden.

DLR-Forschungsprojekt LAESSI für das autonome Binnenschiff

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat 2018 im Zuge des DLR-Forschungsprojekt LAESSI mit Industriepartnern sowie der Fachstelle für Verkehrstechniken der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes erfolgreich Assistenz-Systeme für Binnenschiffe entwickelt und getestet. Sie sind eine wichtige Grundvoraussetzung für ein zukünftiges autonomes Fahren in der Binnenschifffahrt.

Die MS Wissenschaft inOldenburg

Das Leit- und Assistenzsystem LAESSI dient zur weiteren Erhöhung der Sicherheit der Schifffahrt auf Inlandwasserstraßen. Das Forschungs-Binnenschiff auch MS Wissenschaft genannte MS Jenny wurde vom DLR mit vier neuen Assistenzsystemen ausgestattet, die im Praxistest erprobt wurden. Grundlage ist die genaue Bestimmung von Position, Höhe und Ausrichtung des Schiffs mit Hilfe der Satellitennavigation. Entscheidend sind die ergänzenden Korrekturdaten und weitere jeweils aktualisierte Zusatzinformationen der Wasserstraßen. Die Brückenanfahrwarnung prüft die sichere Durchfahrungen der kommenden Brücken und kontrolliert, ob vorher der Radarmast und/oder das Steuerhaus abzusenken sind. Die Kollisionskontrolle warnt rechtzeitig, wenn der Bahnführungsassistent eine Gefährdung feststellt. Der Anlegeassistent ist für das richtige Anlegen im Hafen zuständig und verknüpft die dafür notwendigen landseitigen Informationen mit den aktuellen Schiffsdaten.

Die Wissenschaftler untersuchen, welche weiteren Anwendungen mit digitalen Assistenzsystemen möglich sind. So soll das eigenständige Auf- und Abladen von Containern erprobt und optimiert werden.

Autonomes Fahren in der Binnenschifffahrt

Koppelverband auf der Donau

In NRW werden rund 25% aller Güter auf dem Wasserweg transportiert. Probleme bereitet der fehlende Nachwuchs an qualifiziertem nautischen und technischen Personal. Aufgrund der sinkenden Kohleverbräuche im Stahlsektor, statt Kohle erfolgt die Sauerstoffreduktion zunehmend mit Wasserstoff, sowie sinkenden Mineralölverbräuchen, verringert sich der zukünftige Transportbedarf dieser Massengüter. Sie werden vorwiegend im Punkt-zu-Punktverkehr gefahren. Dagegegen nimmt der Stückguttransport mit kleineren Partiegrößen zu. Das erfordert im Gegensatz zum bisherigen Trend kleinere Schiffe, um die Stückgutladung in der Fläche zu verteilen.

Die Untersuchung„"Autonomes Fahren in der Binnenschifffahrt“ wurde 2018 im Ruhrgebiet durchgeführt, damit in 15 Jahren neben autonomen Lkw`s autonome Binnenschiffe in dem Wasserstraßensystem mit deutlich mehr Platzreserven als auf der Straße fahren. Damit soll die Anbindung von kleineren Binnenschiffen an digitale Transportketten und neue Gütergruppen realisiert werden. Vor dem Hintergrund dieser zukünftigen Entwicklungen sollen die kleineren Binnenschiffe stärker automatisiert oder autonom mit Schwarmintelligenz betrieben werden. Dass die Binnenschifffahrt dadurch leistungsfähiger und moderner wird, hat die Machbarkeitstudie eindeutig nachgewiesen.

Das Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme e.V. (DST) hat am 1. Oktober 2019 damit begonnen, in Duisburg das Versuchs- und Leitzentrum „"Autonome Binnenschiffe“ aufzubauen. Von NRW wurden 1,5 Mio. Euro bereitgestellt, um auch das dafür notwendige Testfeld auf dem Dortmund-Ems-Kanal vor dem Hafen Dortmund vorzubereiten. 2021 sind erste Testfahrten geplant, um in rund 15 Jahren mit ersten Binnenschiffen im autonomen Betrieb zu fahren.

NOVIMAR, ein EU-Projekt mit Schwarmintelligenz

Systemintegration der autonomen Binnenschifffahrt

Damit Europa auch in Zukunft seinen Wettbewerbsvorsprung halten kann und um Schwachstellen unseres derzeitigen Verkehrssystems zu beseitigen, sind anspruchsvolle technologische Entwicklungen in der Binnenschifffahrt notwendig. Der Verkehr in Europa hängt nach wie vor zu 96 % von fossilen Kraftstoffen ab. Ein umweltfreundlicheres, sichereres, zugänglicheres und effizienteres intermodales und multimodales Verkehrssystem in der EU lassen sich nur erreichen, wenn die Entwicklung und Einführung neuer Technologien und innovativer Lösungen für die Binnenschifffahrt beschleunigt werden.

Hintergrund der Untersuchungen des EU-Projekts NOVIMAR ist das Platooning auf Wasserstraßen, damit ist die Kolonnenfahrt im sogenannten Vessel Train (VT) Verbund gemeint, um technologische Fähigkeiten für den Betrieb der Schwarm-Mobilität von Binnenschiffen zu untersuchen und zu nutzen. NOVIMAR steht für „"NOVel Iwt and MARitime transport concepts". Bei diesem Prinzip wird das erste Schiff, das Mutterschiff weitgehend konventionell durch einen Schiffsführer gefahren. Die nachfolgenden automatisierten oder weitgehend autonomen Folgeschiffe sind dagegen virtuell gekoppelt und halten mit geregelter Antriebsdrehzahl und Ruderlage ihre zugewiesene Position im Verband. Durch diese Technik wird die auf alle Schiffe bezogene Besatzungsstärke reduziert, dadurch sind erhebliche wirtschaftliche Vorteile zu erwarten. Dies kommt besonders kleineren Fahrzeugen mit höheren Personalkostenanteilen zugute. Der Schwerpunkt liegt auf der wirtschaftlichen Machbarkeit, um das Marktpotenzial des innotiven Verkehrskonzepts zu fördern.

Das NOVIMAR-Projekt wird mit rund 8 Mio. Euro von der EU gefördert, hat am 1. Juni 2017 begonnen und wird am 31. Mai 2021 abgeschlossen. Das F&E-Konsortium mit 22 Partnern aus 9 Ländern untersucht verschiedene wirtschaftliche und technische Themenstellungen. Für die Klärung komplexer Zusammenhänge wurde ein dynamisches verkehrsträgerübergreifendes Simulationsmodell erstellt, auch zur wirtschaftlichen Bewertung und Optimierung des Gesamtsystems. Außerden werden die Systeme für die Kommunikation, Sensorik und Regelung der Schiffe abgebildet. Im Schlepptank sowie mit dem Schiffsführungs-Simulator der DST, die auch an diesem Projekt beteiligt sind, werden die Steuer- und Regelalgorithmen für die dem Mutterschiff folgenden Binnenschiffe untersucht und optimiert. Auch moderne Methoden zum schnelleren Ladungsumschlag, wie seitlich angeordnete Lastenfahrstühle oder Roll-on/Roll-off-Rampen sollen berücksichtigt werden. Diese Entwicklungen für den schnellen Umschlag von Gütern werden das wirtschaftliche Potenzial für kleinere Schiffe erheblich verbessern.

Autonomes Fahren mit der Schwarm-Mobilität

Das BMVI unterstützt zur Förderung der Digitalisierung in der Binnenschifffahrt speziell das automatisierte und vernetzte Fahren sowie die Einrichtung von digitalen Testfeldern im Bereich der Binnenwasserstraßen. Das BMVI hat im Bundeshaushalt 2019 Haushaltsmittel für die Einrichtung digitaler Testfelder in Häfen, an Wasserstraßen und Bahnstrecken eingestellt. Auf Grundlage des Masterplans Binnenschifffahrt werden die für eine Routenplanung erforderliche Optimierung der Schleusenprozesse durchgeführt. Dazu gehört die Weiterentwicklung digitaler Plattformen und des Melde- und Informationssystems, die schlussendich zu einem automatisierten und vernetzten, einschließlich autonomen Fahren führen. Bisher spielen Wasserstraßen unter der Klasse IV, also der Europawasserstraße, eine untergeordnete Rolle, da ein Schiff kleiner als das Europaschiff häufig nicht als wettbewerbsfähig gilt. Das Europaschiff hat mit den folgenden Abmessungen - Länge 85 m, Breite 9,50 m, Tiefgang 2,50 – 3,00 m, eine einheitlich festgelegte Größe, die für alle europäischen Wasserstraßen Gültigkeit hat.

Die Schwarm-Mobilität als umweltschonende, intelligent gesteuerte Form der Mobilität mit elektrisch angetriebenen autonomen Fahrzeugen wird das ändern, denn sie wird als Mobilitätssystem der Zukunft betrachtet.Erste Untersuchungen dazu wurden durchgeführt, auch um die Ziele des Bundesverkehrswegeplans bis zum Jahr 2030 zu erreichen. Der Bundesverkehrswegeplan in der Binnenschifffahrt sieht vor, den Güterverkehr um 20 – 30 Prozent zu steigern, auch um den CO2-Austoß im Güterverkehr zu reduzieren. Für die Binnenschifffahrt wird die Anwendung der autonomen Schifffahrt untersucht, um auch Wasserstraßen und Unternehmen zu versorgen, die in der niedrigen Wasserstraßen-Klasse für Binnenschiffe bisher keine oder eine untergeordnete Rolle spielen. Die verantwortlichen Stellen sind sich einig, dass der LkW-Verkehr aufs Wasser verlagert werden muß, um den Straßenverkehr und das Klima deutlich zu entlasten.

Am 1.10.2019 beginnt das Projekt "A – SWARM" (Autonome elektrische Schifffahrt auf WAsseRstrassen in Metropolenregionen), um Alternativen zum Straßenverkehr in den Städten zu untersuchen. Für die Metropole Berlin werden unter der Projektleitung der Schiffbau – Versuchsanstalt Potsdam die Partner Fachgebiet Entwurf und Betrieb Maritimer Systeme an der Technischen Universität Berlin, die Infineon Technologies AG München, die Veinland GmbH Neuseddin, das Institut für Automatisierungstechnik an der Universität Rostock und die BEHALA – Berliner Hafen- und Lagerhausgesellschaft im Verbundvorhaben A–SWARM beteiligt. Dieses Projekt mit einer Laufzeit vom 1.10.2019 bis 31.08.2022 wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmenprogramm Maritime Forschungsstrategie 2025 gefördert und vom Projektträger Jülich (PTJ) betreut.

Behala im Berliner Westhafen

Behala und Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam

Es wird an der Optimierung zur Flexibilität von Lieferketten gearbeitet, um innovativen nachhaltigen Binnenschiffsberkehr zukünftig auch auf kleinen Wasserstraßen zu realisieren. Wird die Logistik von der Straße auf’s Wasser gebracht, wird die geringere Geschwindigkeit durch die größere Ladung pro Schiff mehr als wettgemacht. Wichtig dabei ist, dass möglichst viele Wasserstraßen nutzbar werden, um deutlich mehr Firmen zu erreichen und die Gesamtflexibilität zu erhöhen. Bisher wurde auf immer größere Transporteinheiten gesetzt, dabei wurde vergessen, dass die kleineren bisher immer mehr vernachlässigten Wasserstraßen eine riesige Reserve bilden.

Nachhaltige Hybrideantriebe

In der Antriebstechnologie setzen die Behala und die Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam auf Hybrid-Konzepte. Das hat den Vorteil der Emissionsreduzierung durch innovative Akkumulatorlösungen und Brennstoffzellen. Kleinere aneinander gereihte und gekoppelte Schiffseinheiten bilden einen Schwarm mit sehr wenig Personal. Das ist möglich, da kleine flexible vollautomatische Binnenschiffe mit digitalen Assistenzsysteme miteinander kommunizieren und die restlichen Strecken weitgehend selbsttätig navigieren, sich abkoppeln und im Bestimmungshafen anlegen. Die Spree-Oder-Wasserstraße ist das Real-Labor für die praktischen Versuche. Start des Projektes war der 01. Juli 2019, die Laufzeit dauert bis Mitte 2022.

Literatur und Weblinks

• [1] Vor 100 Jahren, elektrische Ziegelkähne, abgerufen am 20. Oktober 2019
• [2] Benke, C.: Die Ziegelindustrie in Brandenburg im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert, 1998 Magisterarbeit
• [3] Schulthes, C.: Elektrisch angetriebene Propeller, STG Jahrbuch 9. Band, 1908
• [4] Holbach, G. u. a.: Batterieelektrische Antriebe für Binnenfrachtschiffe; STG Jahrbuch 107. Band, 2013
• [5] Autonome Schifffahrt, abgerufen am 20. Oktober 2019
• [6] Zukunft Mobilitaet Schiffe, abgerufen am 21. Oktober 2019
• [6] Yara Birkeland, abgerufen am 21. Oktober 2019
• [7] Ab dem 1. Oktober beginnt der Aufbau des neuen Versuchs- und Leitungszentrum Autonome Binnenschiffe am DST abgerufen am 21. Oktober 2019
• [8] Ein neues Schiffsverkehrskonzept namens Vessel Train abgerufen am 21. Oktober 2019
• [9] Autonomes Fahren auf Wasserstraßen abgerufen am 21. Oktober 2019

Fußnoten

Kategorie:Binnenschiff Kategorie:Werft Kategorie:Schiffsantrieb Kategorie:Antrieb nach Energiequelle Kategorie:Binnenschifffahrt (Deutschland) Kategorie:Verkehrspolitik (Deutschland) Kategorie:Planung und Organisation