▲ Kleine Laser für große Tanker: Auf der Hannover Messe zeigt das LZH an einem Modell, wie der Laser gegen Bio-Fouling wirkt.
Foto: Christian Wilhelm Link
Der Laser und das Meer
Lasertechnologie eröffnet in vielen Bereichen des Lebens neue Möglichkeiten. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) forscht auf allen Ebenen und entwickelt kontinuierlich Lösungen für ganz unterschiedliche Probleme. Auf der IdeenExpo zeigt das Forschungsinstitut in diesem Jahr seine Entwicklungen zum Einsatz von Lasertechnologie im maritimen Raum. Wir stellen zwei vielversprechende Projekte vor.
Schiffe auf dem Trockendock bieten einen interessanten Anblick. Denn ihre Unterseiten sind meist so stark von Muscheln, Algen und anderen Meeres-organismen überwuchert, dass man meist die ursprüngliche Farbe des Schiffsrumpfes kaum noch erkennen kann. Dieser Bewuchs wird als Biofouling bezeichnet. In erster Linie erhöht es den Strömungswiderstand des Schiffs – und sorgt dadurch für mehr Kraftstoffverbrauch und CO₂-Ausstoß. Aber auch für die Natur ist Biofouling ein großes Problem. Denn auf diese Weise können Organismen in fremde Ökosysteme eingeschleppt werden, sich ausbreiten und damit das Gleichgewicht empfindlich stören. Um das zu verhindern, verbieten viele Länder immer wieder Fracht- oder Kreuzfahrtschiffen das Anlegen in ihren Häfen.
Aktuell werden Schiffsrümpfe in vielen Länder mit mechanischen Systemen wie etwa Bürsten unter Wasser gereinigt. Doch das birgt die Gefahr, die Beschichtung des Rumpfs zu beschädigen und zusätzlich fremde Organsimen ins Ökosystem einzutragen. Daher ist in vielen Ländern eine Reinigung unter Wasser verboten. Deshalb haben Wissenschaftler des Laser Zentrums Hannover e. V. (LZH) zusammen mit der Laserline GmbH und dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung eine umweltschonende und gleichzeitig effiziente Methode entwickelt, um Biofouling mit Lasertechnik entgegenzuwirken. Der Laser bestrahlt den Bewuchs unter Wasser, ohne die Schiffsrumpfbeschichtung zu schädigen. Die Zellen der Organismen werden durch die Bestrahlung so sehr geschädigt, dass sie absterben und mit der Zeit einfach von der Wasserströmung weggespült werden. Untersuchungen der Forscher auf Helgoland haben schon sehr vielversprechende Ergebnisse gezeigt. „Wir konnten einen deutlichen, zeitversetzten Reinigungseffekt erzielen“, sagt der Unterwassertechnik-Experte Dr.-Ing. Benjamin Emde vom LZH. „Bei simulierter Strömung, wie sie in echt bei einem fahrenden Schiff dazukäme, wird der Reinigungseffekt noch verstärkt.“
In einem Folgeprojekt will das LZH nun den Reinigungsprozess automatisieren und an Schiffen erproben. Dazu wird von der Firma Laserline ein Lasersystem entwickelt, das an einem sogenannten Magnet-Crawler der Firma Oftec GmbH integriert wird, der den Bewuchs des Schiffsrumpfes eigenständig unter Wasser mit dem Laser bestrahlt. Momentan kommen Crawler zum Entladen von Schiffsrümpfen im Trockendock zum Einsatz. Für den Einsatz unter Wasser müssen sie jedoch weiter-entwickelt werden.
Entschärft: Mithilfe des Lasers konnte die Bombenhülle unter Wasser aufgebrochen und das Kampfmittel damit unschädlich gemacht werden.
Zoom: Laser unter Wasser
Laser unter Wasser: Im LZH testen die Wissenschaftler, wie der Laserstrahl auf Wasserorganismen wirkt.
Alles sicher unter Wasser – Bombenentschärfung im Meer
Geisterhaft schweben sie an langen Ketten im Meer und lehren jeden Kapitän das Fürchten: Noch heute bergen Seeminen aus dem Zweiten Weltkrieg große Gefahren für den Schiffsverkehr. Doch sie sind nur ein kleiner Teil der schätzungsweise 1,6 Millionen Tonnen Kriegs-munition, die auf dem Grund von Nord- und Ostsee die Jahrzehnte überdauert hat. Dabei ist nicht nur die Gefahr plötzlicher Detonationen ein Problem. Durch das Wasser korrodiert die Stahlhülle der Kampfmittel mit der Zeit, wodurch der Sprengstoff ins Meer gelangt und erhebliche Folgen für Menschen, Tiere und das gesamte Ökosystem nach sich zieht. Die Beseitigung der Kampfmittel ist allerdings eine Herausforderung: Sprengungen unter Wasser sind nicht nur gefährlich, sie sorgen auch für erhebliche Druckwellen und beeinträchtigen die Meeresbewohner, die dort leben. Auch kann sich nicht umgesetzter, umweltschädlicher Sprengstoff nach der Detonation im Meer ausbreiten. Eine Bergung ist jedoch in den meisten Fällen noch gefährlicher.
In dem Projekt UNLOWDET arbeiten Wissenschaftler des LZH gemeinsam mit den Firmen LASER on demand GmbH und EGGERS Kampfmittelbergung GmbH an einer Lösung: Sie erforschen, wie man Kampfmittel unter Wasser ferngesteuert mit dem Laser entschärfen kann, sodass die Auswirkung der Sprengung auf die Umwelt möglichst gering ausfällt. Ausgangspunkt ist das „Low-Order-Entschärfungsverfahren“ bei dem im Gegensatz zur „High-Order Detonation“ nur ein kleiner Teil des Sprengstoffes umgesetzt wird.
In einem ersten Schritt fügen die Forscher mit einem Laserstrahl eine definierte Fuge in die Hülle des Kampfmittels und schwächen sie dadurch. Im zweiten Schritt wird mit dem Laserstrahl so viel Sprengstoff umgesetzt, so dass das Kampfmittel entlang der eingebrachten Fuge aufplatzt, der Zünder herausgelöst und die Zündkette unterbrochen wird. Da die Systemtechnik mit einem Tauchroboter am Kampfmittel positioniert werden soll, kann der Prozess aus der Distanz gesteuert werden. Dieses Verfahren macht den Prozess des Entschärfens nicht nur sicherer, sondern auch maßgeblich effizienter: Zum Beispiel kann man so auf das zeit- und kostenintensive Ausbringen von Blasenschleiern, die bei Sprengungen üblicherweise für den Schallschutz zum Einsatz kommen, verzichten. Gleichzeitig wird das Risiko minimiert, dass sich nach der Detonation nicht umgesetzter Sprengstoff im Meer ausbreitet.
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