Benutzer:Dr. Karl-Heinz Hochhaus/Binnenschifffahrt 2

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Das Autonome Fahren wird in der Binnenschifffahrt als eine der Lösungen angesehen, um die zukünftige Güterversorgung mit geringerem CO₂-Ausstoß sicherzustellen. Intelligente von zuverlässiger Sensorik unterstützte technische Assistenten und die zunehmende Automatisierung übernehmen immer mehr Arbeiten der Schiffsführer. Vernetzte Assistenten fahren schon jetzt streckenweise autonom und entlasten die Kapitäne und Steuerleute. Mit Blick auf die CO₂-Ziele der Bundesregierung wird z. Zt. daher das sogenannte Platooning oder auch 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 folgende Forschungsvorhaben und Entwicklungen in diesen Bereichen unterstützt.

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. Ab 1905 begann der Dieselmotor seinen Siegeszug. Der im Vergleich zur Kohle erheblich teurere flüssige Brennstoff verzögerte die Durchsetzung und bis in die 1930er 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 ab 1900 auf der Havel rund 100 elektrische angetriebene Ziegelkähne mit Akkumulatoren über einen längeren Zeitraum erfolgreich eingesetzt.

NOVIMAR, ein EU-Projekt mit Schwarmintelligenz

Systemintegration der autonomen Binnenschifffahrt

Der Verkehr in Europa hängt nach wie vor zu 96 % von fossilen Kraftstoffen ab. Ein umweltfreundlicheres, sichereres und flexibles Verkehrssystem in der EU lassen sich nur erreichen, wenn die Entwicklung und Einführung neuer Technologien und innovativer Lösungen für die Binnenschifffahrt beschleunigt werden. Damit Europa auch in Zukunft seinen Wettbewerbsvorsprung halten kann und um Schwachstellen des derzeitigen Verkehrssystems zu beseitigen, wurde das EU-Projekt NOVIMAR beschlossen.

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 erheblich geringere Kosten zu erwarten. Dies kommt besonders kleineren Fahrzeugen mit bisher höheren Personalkostenanteilen zugute. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf der wirtschaftlichen Machbarkeit, um das Marktpotenzial des innovativen Verkehrskonzepts zu fördern.

Für die Klärung komplexer Zusammenhänge wurde ein dynamisches verkehrsträgerübergreifendes Simulationsmodell erstellt, auch zur wirtschaftlichen Bewertung und Optimierung des Gesamtsystems. Außerdem werden die Systeme für die Kommunikation, Sensorik und Regelung der Schiffe abgebildet. Im Schlepptank sowie mit dem Schiffsführungs-Simulator des Entwicklungszentrums für Schiffstechnik und Transportsysteme e.V. (DST), das auch an diesem Projekt beteiligt ist, werden die Steuer- und Regelalgorithmen für die dem Mutterschiff folgenden Binnenschiffe untersucht und optimiert. Entwicklungen für den schnelleren Umschlag von Gütern werden das wirtschaftliche Potenzial für kleinere Schiffe erheblich verbessern.

Das NOVIMAR-Projekt mit 22 Partnern aus 9 Ländern wird mit 7,9 Mio. Euro von der EU gefördert, hat am 1. Juni 2017 begonnen und wird am 31. Mai 2021 abgeschlossen.

DLR-Forschungsprojekt LAESSI für das autonome Binnenschiff

Die MS Wissenschaft inOldenburg

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.

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 aktualisierten 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.

DST-Untersuchung "Autonomes Fahren in der Binnenschifffahrt"

Koppelverband auf der Donau

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.

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. Dagegen nimmt der Stückguttransport mit kleineren Partiegrößen zu. Das erfordert im Gegensatz zum bisherigen Trend kleinere Schiffe, um die Stückgutladung in der Fläche zu verteilen.

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.

Schubverband auf der Elbe

Autonomes Fahren mit der Schwarm-Mobilität im BMVI Masterplan Binnenschifffahrt

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 schlussendlich 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-Ausstoß 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.

Behala im Berliner Westhafen

Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam – Autonome elektrische Schifffahrt in Metropolenregionen

Im Juli 2019 begann 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. Oktober 2019 bis 31. August 2022 wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmenprogramm Maritime Forschungsstrategie 2025 gefördert und vom Projektträger Jülich (PTJ) betreut. 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 Hybridantriebe

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 1. Juli 2019, die Laufzeit dauert bis Mitte 2022.

Yara Birkeland – Autonomes Fahren in der Seeschifffahrt

Auch in der Seeschifffahrt wird das autonome Fahren untersucht. Yara International, ein norwegischer 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.

Literatur und Weblinks

• [1] Vor 100 Jahren, elektrische Ziegelkähne, abgerufen am 20. Oktober 2019
• [2] Autonome Schifffahrt, abgerufen am 20. Oktober 2019
• [3] Zukunft Mobilitaet Schiffe, abgerufen am 21. Oktober 2019
• [4] Yara Birkeland, abgerufen am 21. Oktober 2019
• [5] Ab dem 1. Oktober beginnt der Aufbau des neuen Versuchs- und Leitungszentrum Autonome Binnenschiffe am DST abgerufen am 21. Oktober 2019
• [6] Ein neues Schiffsverkehrskonzept namens Vessel Train abgerufen am 21. Oktober 2019
• [7] Autonomes Fahren auf Wasserstraßen abgerufen am 21. Oktober 2019