Korrosionskontrolle und das autonome Schiff

Von Buddy Reams • 20 März 2018

Obwohl die Treibstoffkosten bei weitem den Großteil der Versandkosten im Vergleich zu Bordcrews ausmachen, gibt es doch erhebliche Vorteile, die autonome Schiffe ernten können. Die potenziellen wirtschaftlichen Vorteile sind zu groß, um diese aufkommende Technologie zu ignorieren.

Der Erfolg der autonomen Schifffahrt erfordert eine völlige Veränderung der Einstellung derjenigen, die in der Meeresumwelt arbeiten, angefangen bei den Werften, die sich in der Regel nur auf die Senkung der Kosten für neue Schiffe konzentrieren.

Obwohl es verständlich ist, dass das derzeitige Designmodell darauf abzielt, die Kosten für den Bau und den Betrieb von Schiffen zu minimieren, führt dies oft dazu, dass weniger als optimale Korrosionsschutzsysteme verwendet werden. Dieses Entscheidungsfindungsmodell konzentriert sich auf die anfänglichen Kapitalausgaben, ohne die signifikante Sicherheit und langfristige Zuverlässigkeit fortgeschrittener Systeme zu verstehen und zu berücksichtigen. Als Folge treten Situationen auf, in denen eine Schiffsbesatzung kurz nach der Lieferung eine zusätzliche Farbschicht aufträgt oder die Werften die Garantieabdeckung begrenzen, um die weniger als optimalen Korrosionsschutzsysteme zu kompensieren.

Damit die autonome Schifffahrt funktionieren kann, müssen sich die Einstellungen und die Infrastruktur ändern, beginnend mit einer Neugestaltung der Werften auf der Welt - eine nicht geringe Aufgabe. Der Erfolg der autonomen Schifffahrt hängt von der gleichzeitigen Entwicklung vieler Kerntechnologien sowie von einer entsprechenden Veränderung des Verhaltens und der Herangehensweise an Design, Konstruktion und Betrieb ab. Jede der Herausforderungen, vor denen Seeleute an Bord von Schiffen normalerweise stehen, muss in den Computersystemen für autonomen Versand oder ferngesteuerten Versand verkörpert sein.

Herausforderungen des autonomen Versands

Navigation und Kommunikation auf See sind eine Herausforderung. Zum Beispiel bricht die Handy-Verbindung nur drei Meilen von der Küste ab und die Kommunikationskosten steigen dramatisch weiter draußen auf dem Meer.

Die autonome Steuerung einer Schiffsmaschinerie auf der Grundlage von Echtzeitdaten zu Wind- und Meeresströmungen ist nur eine Herausforderung. Zusätzliche Risiken auf See sind die Unvorhersehbarkeit des Wetters und gefährlicher Objekte. Der Schutz vor Piraterie, Cyberpiraterie und Terrorismus ist ebenso problematisch wie die Zuverlässigkeit der elektronischen und mechanischen Systeme des Schiffes. Und schließlich ist das Bewusstsein für den Korrosionszustand der Schiffsstrukturen und -komponenten von entscheidender Bedeutung.

Autonome Schifffahrt könnte für viele Arten von Schiffen gelten, von Schleppbooten, die in einem Hafen zu großen Frachtschiffen führen, die Ozeane überqueren. Ein autonomes Schiff muss sich sowohl seiner äußeren Umgebung als auch seines inneren Zustands bewusst sein. Zu der äußeren Umgebung gehören die Wetterbedingungen sowie Gegenstände auf See, die eine Gefahr darstellen können. Zu den internen Bedingungen gehören das einwandfreie Funktionieren von Strukturelementen, Motoren und Maschinen sowie der digitalen Computer und der damit verbundenen Kommunikations- und Steuerungssysteme. In diesem Sinne muss ein autonomes Schiff "sich selbst bewusst sein".

Herausforderungen der Maritimen Korrosion

Die Geschichte der maritimen Industrie umfasst viele lange Kapitel über Korrosion. Die Entwicklung seetüchtiger Legierungen und Beschichtungen war lang und mühsam und geht bis heute weiter. Heute besteht bereits ein großes Wissen, um Korrosionsprozesse zu verlangsamen und Risiken durch Korrosion zu minimieren. Das Versagen kritischer Komponenten auf See kann zum Verlust von Leben oder zum Untergang eines Schiffes führen; oder kostenintensive Rettungseinsätze erfordern.

Die Herausforderung besteht jetzt darin, den Korrosionsschutz in die Konstruktion und den Bau autonomer Schiffe und ihrer integrierten Sensoren und Computersysteme einzubeziehen. Dies wird keine subtile Veränderung sein und könnte einen ganzheitlichen Blick auf die Konstruktion von Schiffen erfordern. Ein autonomes Schiff kann sich nicht darauf verlassen, dass die Besatzungsmitglieder die Leistung der Beschichtung überwachen und die Wartung auf See angehen. Ein Schiff, das sechs Monate lang nicht beschichtet wurde, wird sich dramatisch verschlechtern. Schiffe müssen vor ihrer Inbetriebnahme auf jeder Ebene mit einer höheren Korrosionsbeständigkeit gebaut werden. Sobald sie im Wasser sind, müssen sie regelmäßig inspiziert und überwacht und auf einem höheren Standard gehalten werden als ein bemanntes Schiff. Andernfalls könnte das Versagen eines relativ kleinen Teils, der normalerweise auf See repariert werden würde, zu einer kostspieligen Rettungsaktion führen, um ein auf See gestrandetes Schiff zu bergen.

Wir lernen jetzt die nachgelagerten Auswirkungen von Tier-II-Motormodifikationen, einschließlich einer erhöhten Kaltkorrosion bei Langhubmotoren und effizienteren Motoren. Neue Probleme könnten mit Tier-III-Motoren ins Spiel kommen, die komplexe Zusätze wie Abgasrückführung (AGR), selektive katalytische Reduktion (SCR) und sogar Wäscher umfassen könnten. Die im vergangenen Jahrzehnt entwickelten Ballastwasserbehandlungssysteme (BWTS) für die Schifffahrt erweisen sich als sehr wartungsintensiv und erfordern Menschen an Bord.

Die Kraftstoffsituation bis 2020 ist bereits ungewiss, und über 2020 hinaus ist es noch mehr. Die eine Gewissheit ist, dass jede größere Veränderung Folgen nach sich ziehen wird.

Glücklicherweise ist Korrosion im Vergleich zu früher besser verstanden. Leider wird solches Wissen im Allgemeinen nicht verwendet; Im besten Fall wird der Korrosionsschutz nicht so effektiv angewendet, wie er sein könnte, wenn man die übermäßige Konzentration auf die Konstruktionskosten und nicht die langfristige Lebensfähigkeit und den Korrosionsschutz in Betracht zieht.

Viele überlegene Produkte und Lösungen, die heute auf dem Markt sind, werden nicht verwendet, weil sie sich nicht einfach in den kostenorientierten Bauprozess einpassen lassen. Die finanziellen Kosten des Schiffes sind die zweitwichtigsten Kosten in der Schifffahrt hinter den Treibstoffkosten. Ausgefeilte Korrosionsschutzlösungen treiben die Kosten in die Höhe, und diese zusätzlichen Kosten könnten höher werden als die Kosten der Besatzungsmitglieder.

Es gibt jetzt neue Legierungen und Beschichtungen, die die Lebensdauer von Bauteilen, insbesondere auf See, erheblich verlängern. Es können verbesserte Methoden zur Korrosionsüberwachung eingesetzt werden. Während Korrosion nicht vollständig beseitigt werden kann, kann sie in einem solchen Ausmaß gehandhabt werden, dass katastrophale Fehler abnehmen.

Die Notwendigkeit, die Schiffskorrosion auf autonomen Schiffen weiter zu minimieren, kann als eine Möglichkeit zur Verbesserung von Systemen zur Überwachung und Kontrolle der Korrosion auf See genutzt werden. Dieser Artikel gibt einen kurzen Überblick über einige Möglichkeiten, wie das derzeitige Wissen über die Korrosion auf See in die Entwicklung der autonomen Schifffahrt einfließen kann.

Korrosion von Strukturelementen

Der Trend zu autonomen Schiffen wird Konsequenzen für das Korrosionsmanagement haben. Maritime Korrosion ist ein Thema, das aggressive, proaktive Maßnahmen erfordert. Spezielle Legierungen, Beschichtungen und Opferanoden wurden entwickelt, um die unvermeidliche Verschlechterung von Materialien in Salzwasserumgebungen zu verlangsamen. Es ist selten eine Frage von "wenn", sondern häufiger von "wann". Außerdem kann Korrosion unvorhersehbar und katastrophal sein. Risiko kann kontrolliert werden, aber es ist nicht leicht zu beseitigen.

Schiffe werden in einer brutal korrosiven Umgebung betrieben, wobei Schiffsrümpfe besonders korrosionsanfällig sind. Das Biofouling der Rümpfe kann dazu beitragen, die Treibstoffkosten zu erhöhen. Frachtschiffe auf langen Reisen brauchen zuverlässige und langlebige Beschichtungen.

Die Zeiten, in denen Schiffe das Problem der Korrosion übersehen konnten, sind vorbei. Ballast- und Ladetanks müssen beschichtet werden. Dies ist eine Klassenanforderung. Wenn diese Beschichtungen nicht entsprechend der Klasse "gut" sind, kann das Schiff nicht handeln.

Es gibt mehrere Ansätze, um die Korrosion eines Schiffsrumpfs zu managen. Die meisten davon beinhalten die Vorhersage der Zeit bis zum Versagen. Der Schiffsrumpf selbst kann aus speziellen Materialien bestehen, die wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit ausgewählt wurden, obwohl praktisch kein Material vollständig vor Korrosion durch Seewasser geschützt ist. Das heißt, Verbundwerkstoffe - wie Glasflockenepoxid - bieten eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Diese nicht ausgelastete Technologie - geeignet für den Einsatz in Handläufen, Leitern, Rohrstützen und Kabeltrassen - ist seit mehr als 20 Jahren verfügbar, aber der Widerstand gegen Veränderungen ist in der Schiffsbaubranche stark ausgeprägt.

Für die autonome Schifffahrt ist die Überwachung des Rumpfzustandes besonders wichtig, da eine tägliche Überwachung durch die Besatzung und das Potenzial für eine frühzeitige Intervention nicht gegeben ist. Die Verwendung von unbemannten Flugsystemen für Vermessungen ist möglicherweise nicht praktikabel, wenn sie von dem autonomen Schiff selbst ohne Besatzung an Bord gestartet werden. Autonome Unterwasserfahrzeuge und ferngesteuerte Fahrzeuge besitzen einzigartige Fähigkeiten, die zur Untersuchung von Schiffsrümpfen auf See entwickelt werden könnten. Der Schlüssel hier ist die Vorhersage der Zeit bis zum Versagen oder der Entdeckung eines möglicherweise katastrophalen Zustands, der es erforderlich machen würde, das Schiff in einen Hafen zur Notfallreparatur zu bringen.

Eine andere Lösung besteht darin, Sensoren in den Rumpf einzubetten, wie zum Beispiel Stresssensoren oder Ultraschallmessgeräte. Die Verarbeitung solcher Signale kann einen Zustand von Biofouling oder Rosten anzeigen; oder auch eine Kombination von beidem.

Wie es normalerweise der Fall ist, gibt es Kompromisse zwischen den Kosten für die Überwachung und Wartung des Rumpfes. Das Risikomanagement erfordert einen Korrosionsexperten, um die Daten zu bewerten. Dieses Wissen könnte in die Wissensbasis des autonomen Schiffes eingebaut werden, oder ein Korrosionsexperte, der den Zustand des Schiffs aus der Ferne überwacht, kann eine Entscheidung treffen.

Das Risikomanagement könnte die Größe des Schiffes beeinflussen; es kann praktischer sein, Fracht auf vielen kleinen Schiffen zu transportieren und so das Risiko zu verteilen.

Überwachung und Reparaturfähigkeit

Typischerweise wird es notwendig sein, die Korrosion kritischer Kontrollsysteme auf autonomen Schiffen aus der Ferne zu überwachen. Zu diesen Systemen gehören die Antriebsausrüstung sowie wichtige Überflutungs- und Brandschutzsysteme. Diese können in der Art von äquivalenten Systemen auf einem Verkehrsflugzeug überwacht werden. Der Hauptunterschied besteht darin, dass autonome Schiffe auf hoher See unterwegs sind und daher über lange Zeiträume stark korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind.

Abhängig von der Art des Schiffes und der Länge der Zeit auf See, kann es notwendig sein, diese Komponenten aus der Ferne zu überwachen. Dies kann durch verschiedene Verfahren erreicht werden. Sensoren können an kritischen Komponenten installiert werden, um ihren Zustand auf See zu überwachen, und diese Daten können erfasst und dem Computersystem zur Verfügung gestellt werden, das für die autonome Steuerung des Schiffs verwendet wird. Diese Situation unterscheidet sich nicht wesentlich von der Situation eines Verkehrsflugzeugs, das möglicherweise unvorhergesehene Landungen durchführen muss, wenn ein Triebwerk oder eine andere kritische Komponente ausfällt.

Der Hauptunterschied zwischen einer Fluggesellschaft und einem Seeschiff ist, dass ein Schiff wochenlang auf See sein kann. Wenn eine kritische Komponente plötzlich erhöhten Korrosionsniveaus ausgesetzt ist, kann die Überwachung dieser Komponente gerechtfertigt sein und das Schiff muss bereit sein, seinen Kurs für erforderliche Reparaturen zu ändern. Die Unfähigkeit, während der Fahrt Reparaturen an einem autonomen Schiff vorzunehmen, könnte längere Haftzeiten verursachen.

Fazit

Da Technologien zur Unterstützung der autonomen Schifffahrt ausgereift sind, müssen die Systeme zur Überwachung der Korrosion immer ausgefeilter werden. Die Entfernung des menschlichen Elements von der Korrosionsbekämpfung kann als eine Möglichkeit angesehen werden, die Korrosionswissenschaft voranzutreiben. Anstatt die Korrosion als Barriere für die autonome Schifffahrt zu betrachten, könnte die Entwicklung autonomer Versand- und On-Board-Datensammlung als ein Mittel angesehen werden, um die Wissenschaft der Korrosion auf See voranzutreiben.

(Wie in der März 2018 Ausgabe von Maritime Reporter & Engineering News veröffentlicht )