Segelyacht mit Xylem-Lösung in mobiles Wissenschaftslabor umgewandelt

Bis zu 15 Prozent des globalen Lastentransports erfolgen über die Ostsee, was sie weltweit zu einem der meist befahrenen Gewässer für Schiffsverkehr macht. Als Teil eines EU-Projekts wurde eine Yacht mit Xylems Wasserüberwachungstechnologie ausgestattet, um die Umweltbeeinflussung durch den Schiffsverkehr in dieser Region zu untersuchen.

Die Ostsee wird derzeit von unterschiedlichen Schiffen, einschließlich Fähren, Kreuzfahrtschiffen, Öltankern, Autotransportern, Container- und anderen Lastschiffen enorm stark befahren. Aufgrund der schmalen Fahrwasser und der geringen Wassertiefe ist das Navigieren in dem Binnenmeer kompliziert. Dies hat zur Folge, dass in einigen der wichtigeren Fahrwasser im Durchschnitt alle zehn Minuten ein großes Schiff passiert.

Die kontinuierlich expandierende Schiffs- und Touristikindustrie hat zu einer wachsenden Umweltbelastung der Ostsee geführt, die sich in Form einer zunehmenden Luft- und Wasserverschmutzung sowie Lärmbelastung zeigt, und die die Zukunft des Binnenmeers gefährdet.

Ein neues Projekt zum Thema nachhaltige Schifffahrt

2010 startete die Europäische Union (EU) BONUS, ein gemeinsames Forschungs- und Entwicklungsprogramm für die Ostsee. Das Projekt dient ausschließlich zur Entwicklung eines wirtschaftlich und ökologisch nachhaltigen Plans für Handel und Gewerbe in der Region. Im Jahr 2015 begann BONUS, das SHEBA Projekt finanziell zu unterstützen, mit dem die Umwelteinflüsse der Schifffahrt in der Ostseeregion untersucht werden.

Das Projekt, das bis 2018 läuft, wird von zahlreichen Interessensvertretern befürwortet und unterstützt. Zu diesen gehören Atmosphärenforscher, Ozeanographen, Wirtschaftswissenschaftler und Experten in den Bereichen Schifffahrt, Umweltpolitik und Umweltrecht. Ein zentraler Aspekt von SHEBA ist es, ein besseres Verständnis über die Umweltverschmutzung zu erhalten.

Segelyacht wird zum mobilen Wissenschaftslabor

2016 wurde eine ehemalige Langstrecken-Racing-Yacht für das SHEBA-Projekt in ein mobiles Wissenschaftslabor umgewandelt. Das Labor hat die Aufgabe, Wasser- und Luftproben in den stark befahrenen Fahrwassern zu nehmen. Durch den Einsatz der Hrimfare af Ranrike, einer Segelyacht ohne Motor, wurde das Problem der Eigenkontamination und möglicher Auswirkungen auf die Messgenauigkeit gelöst.

Während ihrer Expedition im Sommer 2016 in der Ostsee kreuzte die mit wissenschaftlichen Geräten komplett ausgestattete Yacht die Fahrwasser, um Luft- und Wasserproben zu sammeln und auszuwerten. Hierzu wurde eine Gruppe von Sensoren zur Oberflächenmessung an einer Edelstahlstange ca. einen Meter unter der Oberfläche im Heck des Schiffs montiert, damit die Messungen nicht durch die Vorwärtsbewegung der Segelyacht gestört wurden.

Die Sensoren sammelten Daten über gelösten Sauerstoff, Salzgehalt, Temperatur, pH-Wert, pCO2 (Kohlendioxid-Partialdruck) und Öl. Ein SmartGuard Sensor-Hub der Xylem Marke Aanderaaa wurde im Vorluk platziert, um alle 20 Sekunden Daten von den Sensoren und dem GPS der Yacht aufzuzeichnen.

Während die Hrimfare die Fahrwasser kreuzte, waren die Veränderungen in den meisten gemessenen Parametern deutlich erkennbar. Unterschiede im Oberflächenwasser im Bereich und außerhalb der Fahrwasser konnten der Verwirbelung der oberen Meeresschichten durch die großen Schiffe zugeschrieben werden. Diese Schiffe geben zudem Motorkühlwasser und Wäscherwasser ab sowie Abwasser von der an Bord lebenden Mannschaft, was die Wasserqualität der Ostsee beeinträchtigt.

Messungen in unterschiedlichen Tiefen

Um die Verwirbelung in den tieferen Meeresschichten besser zu verstehen, die durch den Schiffsverkehr erzeugt werden, hielt die Hrimfare in regelmäßigen Abständen an, um eine SonTek CastAway CTD von Xylem auszusetzen. Dieses handgeführte Gerät dient zur Kartierung von Geodaten des Salzgehalts, der Temperatur und der Tiefenmessungen mithilfe eines integrierten GPS. Bei jedem Stopp, der weniger als fünf Minuten dauerte, wurden zwei bis drei Profile in Folge erstellt.

Zwei selbstaufzeichnende, akustische, profilierende Instrumente wurden ebenfalls unterhalb der Fahrwasser ausgesetzt, um Strömungen in dünnen Schichten vom Meeresgrund bis zur Oberfläche zu messen. Die Instrumente zeichnen zudem Salzgehalt, Temperatur, gelösten Sauerstoff und Schwebstoffe (Trübheitsgrad) auf. Sie verbleiben üblicherweise 6 bis 12 Monate im Wasser und zeichnen mindestens einmal pro Stunde Daten auf.

Luftverschmutzung von Schiffen und dem nahe gelegenen Festland erkennen

Für kontinuierliche Luftmessungen wurde am Mast ein Rohr zur Probenentnahme montiert, durch das die Luft in eine Reihe von unter Deck installierten Instrumenten geleitet wurde. Die gemessenen Parameter schlossen CO2, NOx, SO2 sowie die größenaufgelöste Partikelmessung (PM) und Ruß (schwarzer Kohlenstoff) ein.

Die erste Datenanalyse zeigte, dass bei den gemessenen Gasen und Partikeln Signaturen der Abgasfahnen einzelner Schiffe identifiziert werden konnten. Wenn z. B. ein mit Wäscher ausgestattetes Schiff vorbei fuhr, konnten deutliche Signale für NOx, CO2 und PM erkannt werden. Das Gleiche galt für die Luftverschmutzung vom nahe gelegenen Festland. Diese Messungen ähneln denen, die in städtischen Gebieten beim Untersuchen von Luftverschmutzung durch Verkehr und Industrie durchgeführt werden.

Das Ende des Projekts steht kurz bevor

Da das SHEBA-Projekt dem Ende zugeht, sind Daten von Schiffen wie der Hrimfare af Ranrike von großer Bedeutung, um zukünftig fundierte politische Entscheidungen treffen zu können.

Interessensvertreter erwarten, dass ein besseres Verständnis darüber, wie die Schifffahrt Luft und Wasser in der Region beeinflusst, zu strengeren Bestimmungen z. B. im Hinblick auf Ballastwasserverschmutzung und den Abfallaustrag führen wird. Dieser Wandel in der Politik würde vermutlich mit einer strengeren Durchsetzung und einer erhöhten Anstrengung einhergehen, den Einsatz umweltfreundlicher Technologien in der kommerziellen Schifffahrt stärker voranzutreiben. Um die Umweltprobleme der Ostsee langfristig zu lösen, müsste die Reduktion von Schadstoffen als integraler Teil in die Entwicklung und Konstruktion neuer Schiffe integriert werden, ob durch ein verbessertes Abfallmanagement, die Inklusion alternativer Antriebsarten oder die effizientere Nutzung existierender Motortypen. Dies ist keine einfache Aufgabe, aber wenn das SHEBA-Projekt einen Hinweis darauf gibt, was durch internationale Zusammenarbeit erreicht werden kann, dann sind wir auf dem richtigen Weg.

Text Dr. Anders Tengberg, Scientific Advisor und Product Manager, Aanderaa

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