Verbundwerkstoffe läuten die nächste Generation leichter Großschiffe ein
Faserverstärkte Polymere haben gegenüber den Polymeren, die im Großschiffbau zum Einsatz kommen, mehrere Vorteile. Sie sind leicht, wodurch das Gewicht der Schiffe und so die erforderliche Energie reduziert werden, wodurch Betriebskosten eingespart werden. Faserverstärkte Polymermaterialien korrodieren nicht, wodurch die Wartungskosten gesenkt werden. Im Vergleich zum Stahlschiffbau entstehen weniger Schadstoffemissionen und im Betrieb wird weniger Unterwasserlärm erzeugt, was den Meereslebewesen zugutekommt. Um zu demonstrieren, dass faserverstärkte Polymere im Schiffbau eingesetzt werden können, wurden im Rahmen des EU-finanzierten Projekts FIBRESHIP drei Schiffe konzipiert: ein 265 Meter langes Containerschiff, ein 204 Meter langes RoRo-Passagierschiff (RoPax) und ein 85 Meter langes Fischereiforschungsschiff. Diese drei Schiffskategorien wurden gewählt, um nicht nur das Spektrum der Anwendungsmöglichkeiten auf dem Markt, sondern auch die Strukturkonfigurationen aufzuzeigen. Die drei Schiffskonstruktionen zeigten in Simulationen im Vergleich zu konventionellen Stahlschiffen eine signifikante Reduktion des Strukturgewichts: 45,9 % für das Containerschiff, 36,2 % für das RoPax-Schiff und 69,6 % für das Fischereiforschungsschiff. Ein 11 x 11 x 8,6 Meter großer Demonstrator mit einem Gewicht von 20 Tonnen wurde für einen Teil eines 85 Meter langen Fischereiforschungsschiffs gebaut. An einem strukturellen FIBRESHIP-basierten Schott, der die strengen Anforderungen des IMO FTP-Codes Teil 11 für die Brandsicherheit übertraf, wurde ein Test durchgeführt. Das Material war 83 Minuten lang feuerbeständig und übertraf damit die geforderte Dauer um 23 Minuten. „Trotz einiger Brandsicherheitseigenschaften, die verbessert, und einiger behördlicher Hürden, die überwunden werden müssen, zeigt FIBRESHIP, dass es schon bald möglich sein wird, nachhaltige Großschiffe unter Verwendung faserverstärkter Polymermaterialien zu bauen“, sagt Projektkoordinator Alfonso Jurado vom Projektträger TSI.
Unterstützungsinstrumente
Die Schiffskonstruktionen von FIBRESHIP werden mit Systemen zur Überwachung der strukturellen Integrität für die Beurteilung des Zustands des Schiffskörpers ausgestattet. Um dieses Konzept zu demonstrieren, wurde eine Reihe von Sensoren zur Überwachung des Strukturverhaltens eines 260 Meter langen Containerschiffs aus Stahl, ZIM Luanda, angebracht. Die Daten können dann auf faserbasierte Großschiffe umgerechnet werden. „Wir überwachten auf der Fahrt des Schiffs von Spanien nach Kanada in Echtzeit lokale Verformungen und allgemeine Verformungen des Schiffskörpers durch Verwindung und Verdrehung“, erklärt Jurado. FIBRESHIP entwickelte eine Reihe von Softwareanalyseinstrumenten, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Diese Instrumente überprüften Aspekte wie die Feuerbeständigkeit, den thermischen Abbau, die strukturelle Integrität, die Ermüdungslast, das dynamische Strukturverhalten und die hydrodynamische Leistung. Außerdem wurden die Unterwasserlärmpegel berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass die akustische Signatur des faserbasierten Fischereiforschungsschiffs deutlich unter den in den Bestimmungen empfohlenen Maximalpegeln liegt. Das Team entwickelte Inspektions- und Wartungsverfahren für die Schiffe aus faserverstärkten Polymeren, um Defekte wie Delaminationsschäden in den Schotten des Fischereiforschungsschiffs zu erkennen und zu überwachen. „Wir haben darüber hinaus ein Instrument zur Entscheidungsunterstützung entwickelt, das zeigt, dass faserverstärkte Polymermaterialien eine überragende Leistung bieten und dabei kostengünstiger sind und über ihre Lebensdauer weniger Energie verbrauchen. Wir konzipierten außerdem einen Kosten-Nutzen-Rechner, um die während des Baus, des Betriebs und der Abwrackung entstehenden Kosten zu berechnen“, merkt Jurado an.
Revolution des europäischen Schiffbaus
Die Vielseitigkeit der Fertigung unter Verwendung faserverstärkter Polymere ermöglicht den Bau komplexerer Rumpf- und Deckaufbaugeometrien. Das Ergebnis kann ansprechender sein als die Geometrien aus Stahl – ein wichtiger Faktor bei Passagier- und Freizeitschiffen. Doch dabei geht es nicht allein um das Aussehen der Schiffe. Sie sind außerdem leiser und damit auch komfortabler. Das Team arbeitet nun an der Reduzierung der Baukosten und -zeit mithilfe von modularen und automatisierten Fertigungs- und Montageverfahren, um die Arbeit zu beschleunigen. Außerdem entwickeln sie Verfahren für das Recycling- und Entsorgungsmanagement für die Abwrackung. „Es ist sehr wichtig, dass diese Schiffe in die europäische Kreislaufwirtschaftsstrategie integriert werden“, schließt Jurado.
Schlüsselbegriffe
FIBRESHIP, Schiff, Containerschiff, Verbundwerkstoffe, faserverstärkte Polymere, Feuerbeständigkeit, thermischer Abbau, strukturelle Integrität, Ermüdungslast, Strukturverhalten, hydrodynamische Leistung
