Die maritime Branche steht vor großen Herausforderungen, da Umweltauflagen immer strenger werden und der Druck steigt, nachhaltigere Antriebstechnologien zu entwickeln. Dieselmaschinen sind derzeit der Standard für Fähren und viele andere Schiffsarten. Trotz ihrer Robustheit und Leistungsfähigkeit sind sie jedoch mit erheblichen Nachteilen verbunden. Insbesondere der hohe Verbrauch fossiler Brennstoffe, die damit verbundenen Emissionen und die Geräuschbelästigung machen Dieselantriebe zunehmend unattraktiv. Vor diesem Hintergrund gewinnt die Entwicklung von pneumatischen Propellern zunehmend an Bedeutung, da sie eine innovative und umweltfreundliche Alternative darstellen könnten.
Pneumatische Propeller nutzen komprimierte Luft als Antriebsquelle, was sie grundlegend von den traditionellen Dieselmaschinen unterscheidet. Bei diesem System wird Luft in Hochdrucktanks gespeichert und bei Bedarf in einen Luftmotor geleitet, der die Propeller des Schiffes in Bewegung setzt. Dieses Verfahren bietet nicht nur eine emissionsfreie Fahrt, sondern hat auch positive Auswirkungen auf die Betriebskosten und Wartungsaufwände der Fähren. Ein bedeutendes Forschungsprojekt der Universität Sharjah hat gezeigt, dass es technisch machbar ist, die üblichen Dieselantriebe auf einer exemplarischen Fähre durch pneumatische Propeller zu ersetzen. Das Forschungsteam erreichte mit zwei Luftmotoren jeweils eine Leistung von 250 kW, was für die Fahrt der Fähre auf einer festgelegten Route in Finnland ausreichte.
Dabei wurden polytrope Zustandsänderungen der Luft realistisch simuliert, um das Verhalten von der Kompression bis zur Kraftübertragung genau zu verstehen und die Effizienz der Anlage zu gewährleisten. Die Technik der pneumatischen Propeller bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Die Nutzung von komprimierter Luft als Energieträger eliminiert den Ausstoß von Schadstoffen wie CO2, Stickoxiden und Partikeln, die bei Dieselverbrennung unvermeidlich sind. Darüber hinaus arbeiten diese Systeme nahezu geräuschlos, was insbesondere in dicht besiedelten Küstengebieten und an Fähranlegern zu deutlich weniger Lärmverschmutzung führt. Die Geräuschreduktion trägt zugleich zum Wohlbefinden von Personal und Passagieren bei.
Zudem kann die Luft in Tanks untergebracht werden, die an und in der Struktur der Fähre installiert sind. Interessanterweise erhöht das zusätzliche Luftvolumen sogar die Auftriebskraft des Schiffes und verbessert somit die Stabilität. Ein weiterer Pluspunkt ist die Einfachheit und Modularität des pneumatischen Systems. Luftmotoren benötigen gegenüber Dieselaggregaten weniger bewegliche Teile, was den Wartungsaufwand reduziert und die Betriebssicherheit erhöht. Die modular gestalteten Komponenten lassen sich flexibel an unterschiedliche Fähren anpassen.
So können Betreiber auf variierende Betriebsbedingungen und Kapazitätsanforderungen reagieren, eine Eigenschaft, die den dynamischen Anforderungen im maritimen Passagier- und Güterverkehr entgegenkommt. Der ökologische Nutzen der pneumatischen Antriebe erstreckt sich über den gesamten Lebenszyklus. Die Herstellung der Motoren und Tanks sowie deren spätere Entsorgung belasten die Umwelt deutlich weniger als die komplexen Dieselmotoren. Der emissionsfreie Betrieb mindert nachhaltig den ökologischen Fußabdruck, insbesondere wenn die zum Komprimieren verwendete Energie aus erneuerbaren Quellen stammt. Die Forscher verweisen darauf, dass eine Integration mit Wind- und Solarenergieanlagen an Land oder auch auf dem Schiff selbst denkbar ist.
Damit könnten unbelastete Verkehrslösungen entwickelt werden, die den maritimen Bereich revolutionieren. Aus wirtschaftlicher Sicht ist der Umstieg auf pneumatische Propeller besonders attraktiv. Die Studie beziffert die Einsparungen bei Kraftstoff und Wartung im Vergleich zu herkömmlichen Dieseltriebwerken auf etwa 73.000 US-Dollar über die Lebensdauer der Anlage. Der Rückfluss der Investitionen wird im Schnitt nach acht Jahren erreicht, was in einem konservativen Szenario berechnet wurde.
Unabhängig davon profitieren Reedereien von geringeren Betriebskosten und einer höheren Preiskontrolle, weil sie nicht mehr an die stark schwankenden Ölpreise gebunden sind. Die technische Umsetzung gestaltet sich zudem als vergleichsweise risikoarm. Das Rückrüsten einer bestehenden Fähre, wie im Fall des in der Studie berücksichtigten Modells aus dem Jahr 1985, ist möglich, ohne das Schiff grundlegend umbauen zu müssen. Die pneumatischen Systeme können relativ einfach montiert und gewartet werden, was die Akzeptanz in der Branche erhöht. Auch in harschen nordischen Klimazonen, wie in Finnland, hat die Technologie ihre Zuverlässigkeit bereits unter Beweis gestellt.
Der Lärm- und Emissionsvorteil kommt vor allem in Ballungsgebieten und belebten Hafenanlagen zum Tragen, wo Passagiere und Anwohner von einer leiseren, saubereren Technik profitieren. Außerdem eröffnet die Lärmminderung Möglichkeiten für längere Betriebszeiten und entspannt die logistischen Abläufe an Land und auf See. Doch nicht nur die Umwelt profitiert von dieser innovativen Technik. Da pneumatische Systeme leichter skalierbar sind, können sie auch für kleinere Fähren oder spezielle Kurzstreckenlösungen optimiert werden. Auf längeren Fahrten oder Hochseeeinsätzen stoßen Kompressor- und Speicherkapazitäten jedoch an ihre Grenzen, weshalb sich die Anwendung momentan vornehmlich auf fest definierte maritime Routen mit vorhersehbaren Leistungserfordernissen konzentriert.
Mit Blick auf die Zukunft könnten weitere technologische Fortschritte in die Weiterentwicklung pneumatischer Antriebe fließen. Verbesserungen bei den Materialien der Luftmotoren versprechen höhere Leistungsdichten und längere Lebensdauern. Zudem erlaubt die Modularität der Systeme eine Integration mit anderen alternativen Energiesystemen oder Hybridkonzepten, etwa durch den Einsatz von Brennstoffzellen als zusätzliche Energiequelle. Fazit ist, dass pneumatische Propeller eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Dieselantrieben darstellen, insbesondere für Fähren im Nahverkehr auf häufig befahrenen und umweltkritischen Strecken. Die Kombination aus Umweltfreundlichkeit, Wirtschaftlichkeit und technischer Machbarkeit könnte mittelfristig zu einer Umwälzung in der maritimen Transportbranche führen.
Die Akzeptanz der Branche hängt jedoch von der breiteren Verfügbarkeit und dem Nachweis langfristiger Wirtschaftlichkeit ab. Dennoch ist die Forschungsarbeit sowohl technisch als auch wirtschaftlich vielversprechend und legt den Grundstein für die Entwicklung nachhaltiger Schiffsantriebssysteme. Die Zukunft der maritimen Passagierbeförderung könnte somit wesentlich leiser, sauberer und effizienter aussehen – angetrieben durch die Kraft komprimierter Luft.
