Nachhaltige Windenergie für den maritimen Sektor

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Der maritime Sektor steht unter großem Druck, die Emissionen von Treibhausgasen und anderen Schadstoffen zu reduzieren. Um die immer strengeren internationalen Vorschriften und die steigende Nachfrage nach CO₂-neutralem Transport zu erfüllen, sind radikale Veränderungen erforderlich. Windunterstützte Antriebssysteme (Wind-Assisted Propulsion Systems, WAPS) bieten den Reedereien eine sofort einsetzbare Technologie zur Verringerung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen. Diese Systeme nutzen die Windenergie als zusätzlichen Antrieb.

„WAPS-Systeme leisten einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Wir stellen fest, dass immer mehr Schiffe mit dieser Technologie ausgestattet werden. Das befürworten wir sehr und empfangen diese Schiffe natürlich gerne in unserem Hafen“, erklärt Hanneke te Niet, Beraterin für Hafenmeisterrichtlinien bei der Port of Rotterdam Authority. Der Rotterdamer Hafen wird schon seit Jahrhunderten von Segelschiffen angesteuert. Auch in moderner Form laufen die nachhaltigen Schiffe immer häufiger den Hafen an. Die SC Connector von Sea-Cargo ist eines von ihnen. Die Reederei besitzt und betreibt eine moderne Flotte von Mehrzweckschiffen für verschiedene Frachtarten. Nach fünf Jahren Vorbereitungszeit konnte Sea-Cargo 2021 sein erstes mit WAPS ausgestattetes Schiff in Empfang nehmen. „Wind ist kostenlos und verursacht keine Umweltverschmutzung. Darüber hinaus sind unsere CO₂-Emissionen deutlich zurückgegangen, sodass wir weniger Emissionszertifikate erwerben müssen und auch weniger Kosten an unsere Kunden weitergeben. Das verschafft uns einen zusätzlichen Wettbewerbsvorteil“, erklärt Siebe Kramer, General Manager bei Sea-Cargo. Aber was genau ist ein WAPS? Und gibt es irgendwelche Einschränkungen, die die Reedereien berücksichtigen müssen?

Verschiedene WAPS-Technologien

WAPS umfasst mehrere Technologien. Die am häufigsten verwendeten sind:

• Rotorsegel (Flettner-Rotoren)
  Rotorsegel sind zylinderförmige Konstruktionen, die sich um ihre eigene Achse drehen und den Magnus-Effekt nutzen. Dieser Effekt erzeugt eine Auftriebskraft, die als zusätzlicher Antrieb für das Schiff verwendet werden kann. Dadurch kann Kraftstoff eingespart werden. Rotorsegel sind relativ kompakt und modular aufgebaut, so dass eine Nachrüstung auf bestehenden Schiffen oft möglich ist. Rotorsegel benötigen ausreichend freien Raum und Stabilität, um die zusätzlichen Kräfte aufzunehmen.
• Flügelsegel
  Die starren Flügelsegel haben ein Profil, das dem von Flugzeugflügeln ähnelt. Durch ihre feste Form bieten sie eine hohe aerodynamische Effizienz, setzen jedoch eine robuste Konstruktion und mehr Freiraum auf dem Deck voraus.
• Saugsegel und Weichsegel
  Saugsegel kombinieren traditionelle Segelformen mit einem Luftsog über der Oberfläche, um den Auftrieb zu erhöhen. Weiche Segel, die oft flexibel ausgeführt sind, stellen eine leichtere Lösung dar und lassen sich bei Nichtgebrauch einfacher verstauen.
• Drachen
  Diese autonomen Drachen arbeiten in größeren Höhen (100–300 m), wo der Wind stärker und konstanter ist. Drachen nehmen nur wenig Platz an Deck in Anspruch, erfordern jedoch spezielle Verfahrensabläufe zum Ausrollen und Einholen. Diese Systeme sind besonders für Schiffe mit langen Seerouten interessant.

Mehr als nur Kraftstoffeinsparungen

„Die Wahl einer WAPS-Technologie hängt unter anderem vom Schiffstyp, den Schifffahrtsrouten und den betrieblichen Zwängen ab“, weiß Kramer. Sea-Cargo entschied sich für ein Flettner-System. Das System besteht aus zwei Rotorsegeln von 35 Metern Höhe und einem Durchmesser von fünf Metern.

Für Reedereien und Schiffseigner bietet eine WAPS-Installation unmittelbare finanzielle Vorteile. Je nach Art und Größe des Systems sowie der Fahrtroute und den Windverhältnissen ermöglicht ein WAPS jährliche Kraftstoffeinsparungen von 5–20 %, mit Spitzenwerten von über 25 % bei optimalen Bedingungen. „Ein weiterer Vorteil ist, dass die Rotorsegel dem Schiff zusätzliche Stabilität verleihen, wodurch auch die Gefahr einer Ladungsverschiebung geringer ist“, ergänzt Kramer.

Sea-Cargo ist von den Vorteilen so überzeugt, dass die Reederei beschlossen hat, zwei weitere Schiffe umzurüsten. Sea-Cargo hofft, diese neuen Systeme noch in diesem Jahr in Betrieb nehmen zu können. Zusätzlich zum verbesserten WAPS-System wurden auf diesen Schiffen weitere Anpassungen vorgenommen, um die CO₂-Emissionen zu reduzieren. „Mit all diesen Änderungen erwarten wir, dass wir bald Kraftstoffeinsparungen von bis zu 50 % erzielen können“, so Kramer.

Keine Nachteile oder Einschränkungen

Der General Manager sieht keine Nachteile. Auch nicht bei Hafenanläufen. „Wegen der Höhe unserer aktuellen Rotorsegel können in manchen Häfen Einschränkungen gelten, zum Beispiel bei Terminals und Brücken. Da wir die Zylinder jedoch so konstruiert haben, dass wir sie umklappen können, entfallen diese Einschränkungen. Und in Rotterdam gibt es überhaupt keine Einschränkungen“, so Kramer.

„Rotorsegel und Flügelsegel gelten als fester Bestandteil der Schiffsausrüstung und unterliegen keinen zusätzlichen Vorschriften für die Hafenfahrt”, erklärt te Niet. „Da die Segel herabgelassen werden, die Rotoren eingeklappt werden und die Systeme in der Regel innerhalb der Konturen des Schiffes bleiben, wirkt sich ein WAPS nur selten auf den Hafenanlauf aus.“ Daher gibt es im Rotterdamer Hafen kein spezielles Wind- oder WAPS-Protokoll. Und es sieht auch nicht so aus, als würde sich daran etwas ändern. Ganz einfach, weil es keinen Grund dafür gibt.

„Sollte ein System dennoch über die Konturen des Schiffes hinausragen oder das Schiff aufgrund einer größeren Windangriffsfläche weniger manövrierfähig sein, kann es vorkommen, dass dieser spezielle Fall eine Sonderregelung erfordert und der Hafenmeister zusätzliche Maßnahmen vorschreibt. Schließlich soll es nicht zu einer Berührung mit einem Hafenkran kommen oder zu einer Beschädigung der Systeme“, fügt te Niet hinzu. Davon ist jedoch nicht auszugehen. Auch nicht, weil die WAPS-Systeme ständig weiterentwickelt werden, unter anderem um das Anlaufen von Häfen so effizient wie möglich zu gestalten.

Zukunftsperspektiven

Es wird erwartet, dass der Markt für WAPS in den kommenden Jahren stark wachsen wird. Mit einer durchschnittlichen Amortisationszeit von drei bis sieben Jahren – abhängig unter anderem von der Art des Systems, den Brennstoffpreisen und den Förderprogrammen – stellt WAPS eine finanziell attraktive Investition dar. „Gerade weil WAPS-Systeme die Abläufe im Hafen kaum oder gar nicht beeinflussen, leisten sie einen wesentlichen Beitrag zur maritimen Energiewende“, argumentiert te Niet.

In Verbindung mit alternativen Kraftstoffen und Optimierungssoftware kann Windunterstützung zu einem wichtigen Baustein für eine nachhaltigere Schifffahrt werden. Der Wind, der jahrhundertelang die treibende Kraft des Seehandels war, spielt erneut eine Schlüsselrolle für die Zukunft des maritimen Sektors.