Implodierende Dampfblasen: HAW Kiel entwickelt leisere Schiffspropeller

Die Hochschule für angewandte Wissenschaften Kiel (HAW Kiel) hat ein Forschungsprojekt begonnen, das sich einem Problem widmet, an dem sich die Forschung bereits seit knapp 20 Jahren die Zähne ausbeißt: dem tieffrequenten Unterwasserschall, der durch Schiffsschrauben ausgelöst wird und für Unterwasserschallemissionen in den Meeren verantwortlich ist, die maritime Ökosysteme stören können. In dem Projekt „Werkzeuge zur Minimierung der Schallabstrahlung von kavitierenden Propellern“ (MinKav) wollen die Wissenschaftler nun eine Lösung für das Problem finden, wie die Universität am Dienstag berichtete.

Implodierende Dampfblasen

Grundsätzlich ist der Auslöser für das tieffrequente Geräusch von Schiffspropellern bekannt. Dahinter steckt das physikalische Phänomen der Kavitation. Dabei verursacht ein stark abfallender Druck auf der Saugseite einer Schiffsschraube ein spontanes Verdampfen des Wassers. Es bilden sich Dampfblasen, die bei neuerlichem Druckanstieg implodieren und das Geräusch erzeugen.

Die Wissenschaftler des Instituts für Schiffsbau und Maritime Technik der HAW Kiel haben bereits Details dazu herausgefunden. Im Kavitationstunnel des Schiffsbauströmungslabors ermittelte die Doktorandin Leonie Föhring den genauen Zerfallsprozess der Dampfblasen an einem Propeller im kleineren Maßstab. Mit Unterwassermikrofon und einer Hochgeschwindigkeitskamera konnte sie die Kavitation hör- und sichtbar machen und erste Erkenntnisse gewinnen: „Der laute Impuls erfolgt jeweils am Ende des Blasenzerfalls. Seine Lautstärke hängt davon ab, wie rapide der Vorgang abläuft.“

In einem nächsten Schritt soll untersucht werden, wie der Zerfall der Dampfblasen verringert werden kann und wie ein passender Schiffspropeller gestaltet sein muss. Zwar lässt sich das Geräusch durch eine geringere Umdrehungszahl des Propellers verringern, allerdings ist das nicht zielführend. Die Wissenschaftler wollen nun Strömungssimulationen durchführen, bei denen unterschiedliche Propellerblätter ausgetestet werden. Bisher spielt beim Entwurf solcher Schiffsschrauben die Verringerung der Kavitation keine Rolle. Hier geht es meist um Leistung, Effizienz und Haltbarkeit. Die wollen die Forscher der HAW Kiel beibehalten, zugleich aber die Schallemissionen senken. Föhring macht das Ziel deutlich: „Wir möchten den Artenschutz durch eine Lärmreduktion und Klimaschutz durch Energieeffizienz miteinander verbinden.“

Einfluss auf das maritime Ökosystem

Denn die von Schiffsschrauben verursachten Schallemissionen können vor allem Meerestiere stören und ihr Leben negativ beeinflussen. Ein Beispiel dafür sind Wale, die akustische Signale nutzen, um über große Distanzen miteinander zu kommunizieren, sich über Schall orientieren und so auch ihre Nahrung suchen. Die lauten Schiffsschrauben durch den zunehmenden weltweiten Schiffsverkehr auf den Ozeanen stören diese Kommunikation und haben damit direkten Einfluss auf das Leben der Wale. Das kann zusammen mit anderem menschengemachtem Lärm, der etwa von militärischem Sonar sowie Offshore-Windparks verursacht wird, zu Verhaltensänderungen und Gesundheitsschäden und im schlimmsten Fall bei Walen zu Panik und Strandungen führen.

Die HAW Kiel will ihre gewonnenen Erkenntnisse aus ihrer Forschung auch umsetzen und einen entsprechenden leisen Schiffspropeller designen. Mit an Bord für dieses Vorhaben ist Jasco-Shipconsult, ein Unternehmen, das auf Schiffs- und Unterwasserakustik und den Entwurf von Schiffsschrauben spezialisiert ist und helfen soll, die Forschungsergebnisse in die Praxis zu überführen.

Das MinKav-Projekt ist Anfang Januar 2026 angelaufen und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Gefördert wird es von der Wirtschaftsförderung und Technologietransfer Schleswig-Holstein GmbH (WTSH) mit einer Summe von 390.000 Euro.

(olb)