Geschwindigkeit bei Schiffen

Wie bei fast allen Verkehrsmitteln gilt auch bei Schiffen, dass der Energieverbrauch stark zunimmt, wenn man schneller fährt. Es hat sich rein ökonomisch ein Geschwindigkeitsbereich von 15-20 Knoten (27-37 km/h, 8-10 m/sec) für Schiffe ergeben. Man kann schnellere Schiffe bauen und es gibt sie auch, vor allem für das Militär und für kleinere Passagierschiffe. Immer wieder wurde experimentiert mit Luftkissenschiffen, Tragflügelbooten, Tragflächenbooten und ähnlichen Bauweisen. In Norwegen, wo immer noch relativ viele Schiffe für Reiseverkehr eingesetzt werden, sieht man aber für schnellere Schiffe entweder Katamarane oder einfach etwas kräftiger motorisierte Einrumpfschiffe.

Nun ist Wasser etwa tausend mal so dicht wie Luft. Das heißt, dass Schiffe, die im Wasser 200 oder 300 km/h fahren wird es kaum geben, zumal abgesehen von der dafür erforderlichen Energie Wasser bei diesen Geschwindigkeiten auch recht aggressiv für den Schiffsrumpf wäre. Um mit dem Verbrauch einigermaßen im Rahmen zu liegen muss man also relativ langsam fahren, die heute üblichen 15-20 Knoten sind wohl der richtige Ansatz. Schiffe verbrauchen je nach Sichtweise sehr viel oder sehr wenig Energie. Waren mit einem großen, gut ausgelasteten Schiff und relativ niedriger Geschwindigkeit über weite Strecken zu transportieren braucht sehr wenig Energie. Nimmt man jedoch vergleichbare Geschwindigkeiten, wird der Energieverbrauch hoch. Und nimmt man den ganzen Güterverkehr der Erde, der mit Seeschiffen bewältigt wird, dann tragen diese ungefähr so viel zur CO_2-Emission und damit zur Klimaerwärmung bei wie der gesamte Flugverkehr. Ob man das viel oder wenig findet, ist eine Frage des Blickwinkels.

Eine Besonderheit bei Schiffen ist, dass ein Teil der Energie in das Erzeugen von Wellen geht. Das hat bei ufernaher Fahrt, vor allem in Kanälen, noch andere Nachteile, weil dadurch die Ufer unterspült werden können. Es macht es gefährlich, in der Nähe von Schiffen zu schwimmen, weil die Wellen mit einem Sog einhergehen, gegen den man schlecht gegenan schwimmen kann, wenn man zu nah an ein Schiff kommt. Aber die Wellenenergie muss auch als Treibstoff hereingesteckt werden und bringt für den eigentlichen Vortrieb nichts.

Nun hat man die Idee gehabt, dass man eine Kugel durch das Wasser führt, die genau die entgegengesetzten Wellen macht. Dann heben sich Welltentäler und Wellenberge auf und im Idealfall hat man flaches Wasser. Auch wenn es für uns als Nicht-Physiker schwer einsehbar ist, wieso zusätzliche Wellen zu erzeugen Energie sparen soll, ist es rechnerisch so und auch in der Praxis. Diese Kugel hat man also kurz unter der Wasserlinie vor dem Bug befestigt. Das ist dieser komische Wulstbug. Man spart damit einiges an Energie oder kann mit derselben Leistung etwa einen Knoten schneller fahren. Wenn jemand von Euch genaue Zahlen hat, bin ich für Kommentare dankbar. 🙂

Die Form hat man inzwischen sehr gut optimiert, dass sie stabil ist und einen möglichst guten Beitrag leistet. Aber der ganze Trick funktioniert nur bei einer bestimmten Geschwindigkeit oder in der Nähe dieser Geschwindigkeit. Die Schiffe sind für diese Betriebsgeschwindigkeit optimiert. Man kann nun einfach langsamer fahren. Das ist möglich und spart Treibstoff, aber die Ersparnis ist geringer als sie sein könnte, weil man nicht mehr im optimalen Tempo der Rumpfform fährt. Die Frage stellt sich, weil je nach Transportmarkt Über- oder Unterkapazitäten bei den Schiffsbeständen existieren. Schiffe sind teuer, die Waren, die sie transportieren, die Hafenliegegebühren und auch der Treibstoff und das Personal. Letztlich will man die Ressource optimal nutzen und fährt dann in Zeiten von Überkapazitäten an Schiffsraum gerne etwas langsamer, dann hat man wenigstens Treibstoffkosten gespart, auch wenn die Fixkosten für Personal und Schiff nicht tiefer werden.

Theoretisch könnte man Schiffe bauen, die einen flexiblen Bug haben, der an die Geschwindigkeit angepasst wird. Das kommt aber wohl nicht in Frage, weil man damit eine Schwachstelle einbaut, die das Schiff gefährden kann. Das Schiff muss ja mit jedem Wetter klarkommen, man kann nicht mitten auf dem Pazifik mal kurz in den Hafen und das Wetter abwarten. Man kann den Wetterbericht beachten und besonders kritische Zonen umfahren, aber das geht mit 15-20 Knoten und der heutigen Qualität der Wettervorhersage natürlich nicht so zuverlässig, dass man mit einem Schönwetterschiff über den Ozean fahren könnte.

Nun werden also Schiffe für ein paar 100’000 EUR umgebaut, um für die geänderte Geschwindigkeit die optimale Form zu haben und noch mehr Treibstoff zu sparen. Wenn dann das Öl billiger oder der Schiffsraum knapper wird, muss man das wieder umbauen. Aber es lohnt sich wohl.

Ein großer Gewinn für die Schifffahrt war übrigens die Satelliten-Navigation, die es auch vor GPS schon gab. Damit konnte man für eine Ozeanüberquerung einige wenige Stunden einsparen, was natürlich für die Treibstoffrechnung und für die Nutzbarkeit des Schiffes in Zeiten von knappem Frachtraum Gold wert ist.

Eine interessante Frage stellt sich immer wieder einmal. Warum nutzt man nicht die Windenergie für Schiffe? Es geht hier nicht darum, die alten Holzschiffe mit ihren großen Besatzungen und der Seefahrerromantik wiederzubeleben. Solange das Öl einigermaßen billig ist, müssen Schiffe nach einem Fahrplan fahren. Aber sie könnten bei entsprechenden Windverhältnissen Treibstoff sparen und Segel setzen. Natürlich sollten die auf Knopfdruck von der Brücke aus bedienbar sein. So etwas wird immer wieder einmal diskutiert, aber letztlich ist es nicht über theoretische Überlegungen hinausgekommen.

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Nordostpassage und Nordwestpassage

Die Nordostpassage ist die Schifffahrtsroute nördlich von Russland durch das Nordpolarmeer, die Nordwestpassage ist die Route nörlich von Kanada und Alaska.

Diese beiden Routen führen durch gebiete, die einen großen Teil des Jahres vereist sind und deshalb selbst im Sommer nur mit Eisbrecherbegleitung oder für besonders eisgängige Schiffe nutzbar. Deshalb fand in diesen Seegieten hauptsächlich der Schiffsverkehr statt, der Ziel oder Quelle in den Nordpolargebieten der Anrainer hatte. Das ändert sich jetzt aber wegen der Klimaerwärmung. Insbesondere die Nordostpassage wird jetzt länger und besser befahrbar und ist schon für einzelne Fahrten zwischen Ostasien und Europa benutzt worden. Das könnten in Zukunft regelmäßige Fahrten werden. Die heute übliche Route durch den Suez-Kanal dauert etwa zwei Wochen länger, kostet einen ordentlichen sechsstelligen Betrag Kanalgebühr und führt durch Gebiete, in denen immer wieder Piraten ihr Unwesen getrieben haben. Deshalb ist damit zu rechnen, dass die Nordostpassage noch an Bedeutung zunehmen wird. Eine dritte Möglichkeit ist die Benutzung der transsibirischen Eisenbahn. Diese Verbindung wird gerade ausgebaut und kann in gut zwei Wochen Container von Ostasien nach Europa transportieren. Allerdings ist sie teurer als die Schiffsbeförderung.

Entsprechend wird die Nordwestpassage einmal einen Teil der Fahrten durch den Panamakanal ersetzen können, aber davon liest man weniger. Auch hier gibt es natürlich transkontinentale Bahnstrecken in Nordamerika als Alternative.

Links dazu:

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Nicaragua-Kanal

Anscheinend soll jetzt ein Nicaragua-Kanal als Konkurrenz zum Panamakanal gebaut werden, finanziert mit chineischen Investitionen:

Interessant ist die Frage, ob der Schiffsverkehr ausreichen wird, um zwei so nahe beieinander liegende Kanäle zu finanzieren. Dabei sind es schon 600 km dazwischen, also je nach Route sind ca. 1000 km Einsparung möglich.

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Tunnel für Seeschiffe

An der Norwegischen Westküste, etwa zwischen Måløy und Ålesund soll ein 1 \frac{3}{4} km langer Tunnel für Seeschiffe durch eine Halbinsel gebaut werden. Er soll etwa 12 m tief, 36 m breit und 37 m hoch werden. Dadurch können Schiffe die gefährliche Umfahrung der Halbinsel sparen.

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