Maritime Research Forum 2023 – Interviews

Woran forschen Sie?
Ich forsche im Rahmen des Projekts „Sustainable DC-Systems“ (SuSy) an Gleichspannungs-Energienetzen für Kreuzfahrtschiffe und andere Schiffstypen. Das Ziel ist es, deren Effizienz und auch die Nachhaltigkeit zu steigern. Die Forschungsschwerpunkte sind die Integration von Speichertechnologien, die Verwendung erneuerbarer Energien und die Kopplung der Energiesektoren (Strom, Wärme). Neben dem Projekt habe ich großes Interesse für die Methodiken der künstlichen Intelligenz.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Der maritime Bereich ist für 2,57% der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich (Statista, Stand 2019). Zur Erfüllung der Klimaziele besteht der dringende Bedarf, diese Emissionen zu senken. Hierfür werden an Bord genau wie an Land Konzepte benötigt, um nachhaltige Energiequellen zu integrieren.

Was fasziniert Sie daran?
Ein Schiff ist ein abgegrenztes System, welches man in der Energietechnik ebenso als Inselnetz bezeichnen kann. Dank dieser Unabhängigkeit bestehen weniger Randbedingungen als in einem Verbundnetz und es lassen sich innerhalb der regulatorischen Freiheitsgrade neuartige Konzepte einfacher testen und etablieren.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Der aktuelle Stand der Technik sind Energienetze, die auf Wechselstrom basieren. Speichertechnologien und Photovoltaik basieren jedoch auf Gleichstrom, weshalb die Gleichstromtechnik ein großes Entwicklungsfeld darstellt. In den nächsten fünf Jahren werden insbesondere die Entwicklungen bei der Komponentenverfügbarkeit, Methodiken für die Schutztechnik und hinsichtlich möglicher Preissenkungen die Entscheidung beeinflussen, ob sich Gleichstromtechnik flächendeckend etablieren wird.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Auch wenn ich es bereits auf unterschiedliche Weise zum Ausdruck gebracht habe: Danke an meine Familie und Freunde, die mich bei meinen Entscheidungen unterstützt und bei der Forschung inspiriert haben.

Woran forschen Sie?
Mit unserer Forschung wollen wir die Effizienz des elektrischen Betriebs von Schiffen steigern, die zur Beförderung von Passagieren und Gütern im urbanen Raum eingesetzt werden. Wir untersuchen externe und schiffseitige Einflussfaktoren und erstellen ladungsabhängige Simulationen. Diese dienen der vorausschauenden Bewertung und Steuerung des Energiebedarfs des Schiffs.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Die vorausschauende Planung des Energiebedarfs sowie die steuernden Eingriffe in das Bordnetzsystem eines Schiffes bilden die Grundlage, um das dezentrale Energiesystem effizient zu gestalten. Das (zukünftige) Resultat bilden planungsorientierte Ladeintervalle an Häfen sowie die Erhöhung zurücklegbarer Strecken mit emissionsfreien Schiffen im urbanen Passagier- und Gütertransport.

Was fasziniert Sie daran?
Mich fasziniert das enorme Potenzial für die Entlastung des innerstädtischen Güter- und Personenverkehrs über Wasserstraßen. Durch den effizienten Betrieb dieser elektrischen Mobilitätslösung im urbanen Raum tragen wir mit den Forschungsergebnissen zu einer Reduktion von Schadstoffen, Lärm und Stress in Städten bei.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
In den nächsten Jahren wird verstärkt der digitale Zwilling als automatisches Regelsystem im Schiffbetrieb in den Fokus rücken. Echtzeitnahe Energieerfassung und -verarbeitung sowie die Berücksichtigung der Einflussfaktoren werden unmittelbare Steuerungsmaßnahmen zur Effizienzsteigerung realisierbar machen.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Die elektrische Energie ist in der heutigen Welt durch ihre verlustarme Wandelbarkeit in andere Energieformen von essenzieller Bedeutung. Die Forschungen im Bereich des effizienten Einsatzes der elektrischen Energie sind nicht nur für den emissionsfreien Schiffbetrieb zur urbanen Entlastung der Beförderungssituation ausschlaggebend. Sowohl private Haushalte als auch die Industrie müssen die verfügbare Energie effizient einsetzen, um den deutschlandweiten CO₂-Ausstoß zu reduzieren. Daher stellt heutzutage die Berücksichtigung des Energiemanagements im privaten und beruflichen Alltag ein unverzichtbares Handlungsgebiet dar.

Woran forschen Sie?
Ich forsche an der Optimierung von Schiffenergiesystemen. Ich möchte wissen, wie bereits in der frühen Entwurfsphase des Schiffes eine objektive, quantitative Aussage darüber getroffen werden kann, aus welchen Bausteinen (z.B. Brennstoffzellen, Verbrennungsmotoren, Batteriespeichern oder gar Fotovoltaik) das Schiffenergiesystems aufgebaut sein und wie es betrieben werden soll, damit es möglichst ökologisch und ökonomisch ist. Dabei geht es nicht nur um die Art der Komponenten, sondern auch darum, welche Größe diese haben müssen, um die prognostizierte Aufgabe des Schiffs erfüllen zu können.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Überdimensionierungen von Komponenten werden vermieden, gleichzeitig aber auch die Vorschriften hinsichtlich Redundanz und Sicherheit berücksichtigt. Damit wissen die Eigner schon in der frühen Entwurfsphase, mit welchen Betriebskosten des Energiesystems zu rechnen ist.

Was fasziniert Sie daran?
Mich fasziniert daran, dass es tatsächlich eine Optimierung im mathematischen Sinne ist und ich aufgrund meines gewählten mathematischen Ansatzes das globale Optimum finden kann. Damit kann ich tatsächlich voraussagen, wie die wirtschaftlich beste Betriebsweise dieser nachhaltigen Energiesysteme aussieht.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Besonders wichtig ist die Frage, welches der Energieträger der Zukunft sein wird. Mit Methanol, Wasserstoff und Ammoniak gibt es bereits mindestens drei Energieträger, die prinzipiell geeignet sind, Schiffe auf ihren langen Reisen mit ausreichend Energie zu versorgen. Herauszufinden, welcher der Energieträger nun technisch und wirtschaftlich am besten geeignet ist, ist eine große Aufgabe.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Auf Schiffen gibt es alles. Sie benötigen so viel Energie wie eine Stadt – eigentlich alles, was man an Land finden kann, gibt es auch auf Schiffen. Sie sind kleine Ökosysteme, die nebenbei sogar noch 90% des weltweiten Warenhandels transportieren und dabei emissionstechnisch gleichauf mit dem Flugverkehr sind.

Woran forschen Sie?
Ich untersuche die Systemstruktur für die zentrale Wasserstoffherstellung im Offshore-Bereich und deren Einbindung in den Planungsprozess für Offshore-Windparks. Hierbei wird ein integriertes Planungstool entwickelt, welches eine auf individuellen Szenarien basierte Analyse ermöglicht und eine Abschätzung der Wirtschaftlichkeit des grünen Wasserstoffes gewährt. Damit wird das Fundament für eine zukünftige Betrachtung der Wasserstoffgestehungskosten gelegt.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Grüner Wasserstoff bietet das Potenzial, die Emissionen zu reduzieren: in der maritimen Branche, aber auch in der gesamten Industrie. Allerdings wird dafür die entsprechende Infrastruktur für die Produktion und Logistik benötigt. Die benötigte Menge an regenerativer Energie können Offshore-Windparks bereitstellen. Die maritime Branche ist also nicht nur Abnehmer, sondern direkt an der Wertschöpfung entlang des Lebenszyklus beteiligt. Das Planungstool soll der maritimen Branche die Möglichkeit bieten, verschiedene Szenarien für die zentrale Wasserstoffherstellung wirtschaftlich zu betrachten.

Was fasziniert Sie daran?
Durch die Integration der Anlagen für die Wasserstoffherstellung in den Offshore-Windpark erhöht sich die Planungskomplexität. Innerhalb meines Forschungsbereiches sind dabei viele Unternehmen aus den unterschiedlichsten Bereichen an der Umsetzung beteiligt. Im Austausch mit den jeweiligen Unternehmen merkt man, dass es einen Drang gibt, zusammenzuarbeiten, die Entwicklungen voranzutreiben und gemeinsam eine Lösung zu entwickeln.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Es werden weitere Innovationen eingeführt und die Anwendung von Wasserstoff wird dadurch wirtschaftlicher. Es ist wichtig, dass das Angebot mit dem Bedarf mitwächst und wir wirtschaftliche Möglichkeiten haben, den Wasserstoff am Markt anzubieten. Skaleneffekte werden eine zentrale Rolle spielen. Offshore-Windparks bieten die Möglichkeit, die benötigte regenerative Energie für den grünen Wasserstoff bereitzustellen.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Ob wir Wasserstoff überhaupt benötigen? Meine Antwort darauf wäre: Wasserstoff kann eine Schlüsseltechnologie sein, um den Klimawandel zu verlangsamen. Dennoch muss sich zeigen, in welchen Bereichen er sinnvoll eingesetzt werden kann. Deutschland hat die Chance bei der Entwicklung eine Pionierrolle einzunehmen und sollte diese auch nutzen.

Woran forschen Sie?
Im Rahmen meiner Forschung beschäftige ich mich unter anderem mit dem Energieverbrauch in der Containerschifffahrt und mit Lösungen für eine nachhaltigere Schifffahrt. Konkret untersuche ich derzeit den Zielkonflikt zwischen der energieeffizientesten Geschwindigkeit eines Containerschiffs und dem Energieverbrauch weiterer Verbraucher an Bord. Die Lösung des Konflikts könnte dazu beitragen, sowohl die Betriebskosten als auch den Gesamtkraftstoffverbrauch zu senken.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Slow Steaming, also Schiffe mit einer reduzierten Geschwindigkeit zu betreiben, ist für Reedereien vor allem seit der Schifffahrtskrise ein wichtiges Instrument geworden, um die Betriebskosten bei hohen Kraftstoffkosten zu reduzieren oder um Überkapazitäten am Markt zu begegnen. Mit meiner Forschung trage ich dazu bei, den Zusammenhang zwischen Schiffsgeschwindigkeit und Energieverbrauch noch besser zu verstehen. Dadurch könnten Schiffe in Zukunft in Abhängigkeit unterschiedlicher Faktoren geschwindigkeitsoptimiert statt pauschal geschwindigkeitsreduziert betrieben werden.

Was fasziniert Sie daran?
Ich bin selbst zur See gefahren. Als ich als Kadett das erste Mal im Logbuch gelesen habe, dass wir in 24 Stunden über 100 t Kraftstoff verbraucht haben, dachte ich zuerst, das Komma wäre um eine Stelle verrutscht. Ich lernte dann, diese Zahl in ein Verhältnis zur Transportleistung zu setzen und erlebte, welchen Effekt Slow Steaming auf den Kraftstoffverbrauch haben kann. Mich fasziniert immer wieder, wie bereits einfache, operative Entscheidungen den Schiffsbetrieb deutlich nachhaltiger gestalten können.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Die Diskussionen in der Schifffahrt wurden in den letzten Jahren (und werden vermutlich auch in unmittelbarer Zukunft) vom Thema alternative Kraftstoffe dominiert. Das ist nachvollziehbar, da sie den größten Hebel ermöglichen, um Schifffahrt nachhaltiger zu gestalten. Gleichzeitig zieht die Regulatorik an. Mit dem Energy Efficiency Existing Ship Index (EEXI) und dem Carbon Intensity Indicator (CII) sind in Anfang 2023 zwei neue Instrumente der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation in Kraft getreten, die Reedereien unter Druck setzen, ihre Flotten sukzessive nachhaltiger zu betreiben.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Das man neben der Debatte um zukünftige Kraftstoffe nicht all die operativen und technologischen Optionen außer Acht lassen sollte, mit denen Kraftstoffe eingespart werden können. Das sind neben Slow Steaming z.B. Routenoptimierung, regelmäßige Hull Cleanings, angepasste Rumpfformen, neue Antifoulinganstriche, Air Lubrication, windgestützte Hilfsantriebssysteme und so vieles mehr. All diese Optionen sind bereits jetzt und nicht erst in vielen Jahren flächendeckend verfügbar.

Woran forschen Sie?
Ich forsche an Möglichkeiten zur Auffindung und Identifizierung von Plastikmüll mithilfe von Kameras in einem Kleinflugzeug. Dazu gehören Arbeiten im Bereich Bildverarbeitung, Optik und Kameratechnik sowie die Durchführung von Experimenten, zumeist das Aufnehmen von Bildern, im Labor und im Feld.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Die Weltmeere müssen für das nachhaltige und langfristige Fortbestehen unserer Lebensart effizient und wirkungsvoll entmüllt werden. Taktiken zur Bekämpfung vom Plastikmüll können davon profitieren, wenn bekannt ist, wo genau sich der Müll befindet und um welche Art von Müll es sich handelt. Die Untersuchungen großflächiger Gebiete werden erst mithilfe von Bildern aus Flugzeugen möglich, da das Überfliegen eines großen unwegbaren Geländes so wirtschaftlicher und schneller möglich ist als die Erkundung am Boden oder vom Schiff aus. Weiterhin ist die Beseitigung der Ursachen statt der Auswirkungen erst möglich, wenn Daten vorliegen, welche Art von Müll eigentlich unsere Gewässer verstopft.

Was fasziniert Sie daran?
Auch wenn das Aufnehmen von Bildern mit der Smartphone-Kamera etwas Alltägliches geworden ist, bietet die Technik dahinter noch einige technische und physikalische Herausforderungen. Gerade wenn das System in einem Flugzeug verbaut werden soll und Bilder aus großer Entfernung aufnehmen kann, gibt es einige spannende Aspekte mit viel Potenzial. Es geht zum Beispiel um Aufnahmen in anderen Wellenlängen – das kennt man zum Beispiel von Wärmebildkameras, mit denen Informationen gesammelt werden können, die für das Auge nicht sichtbar sind. Solche Bilder eröffnen einen neuen Blick auf unsere Umwelt. Man kann sie nutzen, um ein Problem wie zum Beispiel den Plastikmüll zu bekämpfen. Das finde ich unheimlich spannend.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Wie in so vielen Bereichen werden die Möglichkeiten in meinem Forschungsbereich mit steigender Rechenkapazität immer größer. Durch höhere Kameraauflösungen mithilfe immer besserer Mikrochips steigen die Datenmengen enorm. Schon ein normales Bild einer Mittelklasse-Kamera hat heute eine Dateigröße, die Rechner vor wenigen Jahren vor Probleme gestellt hätte. Um diese Datenmengen zu verarbeiten und so aufzubereiten, dass man damit wissenschaftliche Erkenntnisse erzielen kann, braucht es ständig immer noch ein bisschen mehr Rechenkapazität. In fünf Jahren wird es sicherlich noch wichtiger werden, der steigenden Datenmengen Herr zu werden. Ein mächtiges Werkzeug dafür ist künstliche Intelligenz (KI), die beim Bearbeiten einer großen Anzahl von Bilder (mehr als ein Mensch je allein bewältigen könnte) immer besser und effizienter wird. In der Zukunft wird KI diese Rolle immer besser ausfüllen können, natürlich auch weil die Rechenkapazität steigt.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Wolltest du schon in der Schule an optischen Systemen forschen? Nein, ich habe im Physik-Kurs das mit den Linsen und so immer vermieden, weil ich damals sicher war, das brauchst du eh nie wieder und Spaß macht das auch nicht.

Woran forschen Sie?
Wir arbeiten intensiv daran die Fischerei nachhaltiger zu machen. Der Schwerpunkt ist dabei die Entwicklung neuer Fischereimethoden für den Einsatz in der kommerziellen Fischerei. Es geht z.B. um Themen wie unerwünschten Beifang (Fische, Meeressäuger, Seevögel, sonstige Meereslebewesen), andere Auswirkungen auf die Meeresumwelt (Beeinträchtigung des Meeresbodens, Meeresmüll, Geisternetze) und einen teilweise hohen Energiebedarf. Hier entwickeln wir u.a. innovative Schleppnetze zur Beifangvermeidung und Stellnetze, die für echoortende Schweinswale besser zu erkennen sind. Neben den Fanggeräten arbeiten wir auch am Fischereischiff der Zukunft. Natürlich spielt hier ein zukunftsfähiger Antrieb eine wichtige Rolle, aber mindestens ebenso wichtig sind z.B. ein möglichst vielseitiges Nutzungskonzept. Zusätzlich arbeiten wir an verschiedenen technischen Lösungen, die unsere Arbeit als Meereswissenschaftler*innen unterstützen sollen. Dazu gehören Unterwasser-Kamerasysteme, verschiedene Messysteme und Unterwasserfahrzeuge.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Wilder Fisch ist ein wertvolles Lebensmittel mit vielen gesundheitlichen und ökologischen Vorteilen, insbesondere im Vergleich zur landbasierten Produktion tierischer Lebensmittel. Natürlich hat die Fischerei – so wie jede menschliche Aktivität – auch negative Auswirkungen auf die Umwelt. Durch unsere Arbeiten tragen wir merklich dazu bei, dass die Fischerei z.B. in der Ostsee, der Nordsee und dem Atlantik nachhaltiger wird. Neben der ökologischen haben wir dabei auch die ökonomische Nachhaltigkeit der Fischerei im Blick – dadurch tragen wir dazu bei, dass das Meer und die Fischerei eine Zukunft haben.

Was fasziniert Sie daran?
Mich faszinieren vor allem zwei Aspekte unserer Arbeit: Zum einen können wir mit unserer Arbeit etwas bewegen und zum anderen ist die Arbeit wahnsinnig vielfältig. Wir arbeiten z.B. mit Biolog*innen, Statistiker*innen, Maschinenbau-Ingenieur*innen, Informatiker*innen, Elektroniker*innen und Schiffsdesigner*innen zusammen. Diese notwendige Interdisziplinarität und Vielfalt faszinieren mich besonders, da ich zwar letztlich Biologie studiert, mich aber die technischen Fachrichtungen von Anfang an begeistert haben.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
In den nächsten fünf Jahren werden große Umwälzungen in der Fischerei in Nord- und Ostsee stattfinden, um die natürlichen aquatischen Ressourcen sinnvoll und umweltverträglich nutzen zu können. Antriebskonzepte und Energieeffizienz sind große Themen. Diese betreffen aber nicht nur die Fischereifahrzeuge, sondern v.a. die Art wie gefischt wird. Da ein Großteil der deutschen Fischereiflotte stark überaltert ist und die Fischerei sich aktuell in einem großen Anpassungsprozess befindet, ist jetzt genau der richtige Augenblick den Sektor nachhaltig umzugestalten. Themen wie unerwünschter Beifang bleiben noch eine Weile aktuell.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Wir Menschen haben alle Möglichkeiten durch die Nutzung unseres Intellektes (und sicherlich auch durch ein gutes Maß an Reduktion) die vielen Probleme und Herausforderungen zu lösen. Dies trifft natürlich auch auf die Nutzung der Meere zu. Ja, wir schaffen das.

Woran forschen Sie?
Materialien im maritimen Umfeld sind hohen Belastungen ausgesetzt. Dabei gilt es, sie für verschiedene Einsätze robust zu konzipieren und trotzdem möglichst einfach herzustellen. Der 3-D-Druck bietet diese Möglichkeit. Die Charakterisierung der Materialeigenschaften sowie das automatisierte Monitoring der Auswirkungen auf die Umwelt sind Inhalte meiner Forschung.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Künstliche Materialien (möglichst nachhaltig hergestellt) können einen wesentlichen Beitrag zur Renaturierung des Ökosystems im Meer bilden. Dies gilt insbesondere nach menschlicher Nutzung im Zuge des Rückbaus alter Windenergieanlagen oder nach der Entfernung von Altmunition aus der Ostsee. Gerade durch gezielte Explosion unschädlich gemachte Sprengkörper schädigen das Ökosystem in hohem Maße und bedürfen Ausgleichsmaßnahmen. Hier gilt es neue Methoden zu nutzen, um zum einen künstliche Riffstrukturen schnell und kostengünstig herzustellen und zum anderen die Biodiversität sowie die Materialalterung möglichst automatisiert und präzise zu untersuchen. 

Was fasziniert Sie daran?
Durch mehr Automatisierung bei der Analyse können schneller und sicherer Ergebnisse erzielt werden. Taucher werden entlastet. Zerstörte Ökosysteme können einfacher wieder aufgebaut werden, denn Organismen nehmen relativ schnell wieder Lebensräume für sich ein. Wenn wir dabei helfen können, dann ist das schon mal ein Anfang.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Durch immer neuere Methoden, wie der künstlichen Intelligenz, wird es in Zukunft möglich sein, vollautomatisch (ohne lange Probenaufbereitung im Labor) den Zustand eines Ökosystems zu bewerten. Der Einsatz von Tauchrobotern für Inspektionsaufgaben wird zunehmen, da er vielfach sicherer ist als für Taucher. Die Technologieentwicklung hin zu autonom fahrenden Geräten wird ein Vielfaches an Möglichkeiten bieten. Die Erprobung neuer Technik und der Einsatz smarter, nachhaltiger Materialien in der maritimen Branche werden entscheidend sein, wenn man den Nutzen und die Umweltverträglichkeit neuer Methoden prüfen will, um sie anschließend effizient einsetzen zu können.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Der Schrei ist groß nach nachhaltigen Lösungen für den Klimaschutz. Aber in der maritimen Branche kommen dennoch eher klassische Werkstoffe wie Stahl, Beton und diverse Anti-Foulingbeschichtungen zum Einsatz, die alles andere als umweltverträglich sind. Wirklich nachhaltig wären Materialien, die tatsächlich aus einer Kreislaufwirtschaft kommen bzw. keine chemische Belastung im Wasser darstellen also eher inert sind.

Woran forschen Sie?
In meiner Forschung befasse ich mich mit den Umweltauswirkungen der Transportaktivitäten im Hafen und seinem Hinterland. Dabei konzentriere ich mich in erster Linie auf die Quantifizierung der Emissionen und der Luftverschmutzung, die durch mit fossilen Brennstoffen betriebene Transport- und Umschlaggeräte verursacht werden. Wir erstellen ein sogenanntes Emissionsinventar, welches die quantitative Erfassung der Emissionen der jeweiligen Quelle beinhaltet.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Die Ergebnisse können den Umwelt- oder Hafenbehörden dabei helfen, potenzielle Maßnahmen zur Emissionsreduzierung zu erkennen, Prioritäten für die Umsetzung festzulegen sowie die Auswirkungen der Maßnahmen zu überwachen.

Was fasziniert Sie daran?
Die Erstellung eines Emissionsinventars ist zwar aufwendig, bietet aber eine klare, auf Zahlen basierende Grundlage für weitere Diskussionen und kann meiner Meinung nach die Umsetzung von Ideen, Investitionen oder Optimierungen beschleunigen.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Es wird viel über alternative Kraftstoffe in der Schifffahrt gesprochen, und das wird sicherlich so bleiben. Ich persönlich sehe diese Diskussionen oft kritisch und denke, dass es keine 100%ige Lösung gibt. Auch erneuerbare Energien können einen schlechten Einfluss auf die Natur haben. Daher hoffe ich, dass in den nächsten Jahren mehr über die heute global verteilten Produktionsstandorte diskutiert werden wird, die für einen erheblichen Teil des Transportaufkommens und der damit verbundenen Emissionen verantwortlich sind.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Generell würde ich mir wünschen, dass in Gesprächen die Rolle der Politik zur Eindämmung des Klimawandels stärker hinterfragt wird. Aus meiner Sicht sollte die Politik nicht ausschließlich unter dem Einfluss wirtschaftlicher Akteure wie der Energie- oder der Autolobby nach dem Motto „Arbeitsplätze retten“ entscheiden, die oft gegensätzliche Interessen verfolgen, z.B. bei der Einführung privater Solaranlagen oder bei der Limitierung der Höchstgeschwindigkeit auf Autobahnen.

Woran forschen Sie?
Wir konzentrieren unsere Forschung auf die Entwicklung neuer polymerer Werkstoffe. Dazu zählt zum Beispiel die Synthese biobasierter Kunststoffe, d.h. Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen. Besonders spannend sind die Benzoxazine, die sehr gute Brandschutzeigenschaften aufweisen. Um Polymere für den Kreuzfahrtschiffbau einsetzen zu dürfen, müssen sie eine gute Feuerbeständigkeit aufweisen und alle Brandschutzanforderungen erfüllen. Deshalb haben wir unsere Forschungsarbeiten auf die Chemie der Benzoxazine gestützt. Durch die Kombination dieser Polymere mit Fasern sind wir in der Lage, Verbundwerkstoffe herzustellen, die sowohl gute mechanische als auch gute Brandschutzeigenschaften aufweisen. So können zum Beispiel Stahlbauteile durch biobasierte Verbundwerkstoffe in Strukturteilen von Kreuzfahrtschiffen ersetzt werden.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Biobasierte Verbundwerkstoffe sind in der Regel leichter als Metalle. Wenn wir auf Kreuzfahrtschiffen den Stahl durch diese Materialien ersetzen, können wir Leichtbau betreiben und den Treibstoffbedarf der Schiffe reduzieren. Dadurch werden die CO2-Emissionen dieser Schiffe gesenkt. Zudem sind die CO2-Emissionen bei der Herstellung biobasierter Verbundwerkstoffe im Vergleich zu Stahl geringer. Außerdem werden durch die Verwendung nicht-metallischer Materialien Korrosionsprobleme vermieden, was die Reparatur- und Wartungskosten senkt. Wir leisten damit einen Beitrag dazu, dass der maritime Sektor umweltfreundlicher wird.

Was fasziniert Sie daran?
Es ist wirklich faszinierend zu sehen, wie die Kombination von Fasern (Glas, Basalt oder Kohlenstoff) mit biobasierten Polymeren wie Benzoxazinen so gute Brandschutzeigenschaften ergibt, dass diese leichten Materialien in Kreuzfahrtschiffen anstelle von Metallen verwendet werden können. In der Materialwissenschaft ist jedoch eins plus eins nicht gleich zwei, und es muss immer ein Kompromiss zwischen allen zu erreichenden Eigenschaften gefunden werden: Entweder hervorragende mechanische Eigenschaften oder sehr gute Brandschutzeigenschaften.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Neben der Verwendung von biobasierten Materialien wird es sehr wichtig sein, dass die Verbundwerkstoffe vollständig kreislauffähig sind. Die Forschungsanstrengungen werden sich auf die Entwicklung von Polymeren konzentrieren, die von den Fasern getrennt werden können, so dass beide wiederverwendet werden können. Es wird erwartet, dass innerhalb weniger Jahre alle Komponenten eines Verbundwerkstoffs effizient getrennt und recycelt werden können.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Es ist nicht verwunderlich, dass sich Benzoxazine auf dem Markt noch nicht durchsetzen konnten. In der Tat ist es nicht einfach, der Industrie die Vorteile neuer Polymere nahezubringen, wenn es Epoxidharze gibt, die schon seit Jahren verwendet werden. Wir sind jedoch überzeugt, dass biobasierte Benzoxazine mit steigendem Bewusstsein für Nachhaltigkeit ihren Platz auf dem Markt finden werden.

Woran forschen Sie?
Ich arbeite an der Realisierung hoch-automatisierter und autonomer Schiffe und beschäftige mich hier vor allem mit der Planung und Umsetzung von Manövern. Dafür nutze ich Konzepte der prädiktiven Regelung, wobei mathematisch-physikalische Beschreibungen des Schiffes aufgestellt werden, um die Schiffsbewegungen in die Zukunft prädizieren zu können und dann anhand numerischer Optimierung ideale Manöververläufe zu erhalten.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Selbst erfahrene Schiffsführer sind dem durch moderne Sensorik gestützten Computer deutlich unterlegen, wenn es darum geht, Verschleiß, Emissionen und Treibstoffverbrauch auf das nahezu physikalisch Machbare zu minimieren. Doch der Nutzen von Autonomielösungen geht über diesen Beitrag zur Nachhaltigkeit hinaus. Technische Hilfestellungen wie z.B. An- und Ablegeassistenten können im Sportbootbereich die Einstiegshürden senken, helfen die Sicherheit zu verbessern und Schäden zu vermeiden und natürlich einen Beitrag zum Komfort leisten. Es ergeben sich im Bereich des wassergebundenen Nahverkehrs neue Möglichkeiten durch Autonomielösungen: So werden On-Demand-Angebote denkbar, mit mehreren kleineren Schiffen und reduzierter Besatzung anstelle eines großen, nach festem Plan fahrenden Schiffs. Vollautonomie kann zudem als „enabling technology“ für alternative Kraftstoffe dienen, weil weniger Leistungsreserven für Manöver eingeplant werden müssen und Schiffe mit Speicherbatterie selbstständig und ohne Personalaufwand vom Betrieb zum Ladepunkt fahren können. Nicht zuletzt haben Projekte zur Realisierung von Autonomie auf dem Wasser eine Leuchtturmwirkung für die öffentliche Wahrnehmung der maritimen Branche.

Was fasziniert Sie daran?
Als begeisterter Wassersportler habe ich bereits ein Grundinteresse an maritimen Themen, und auch die Regelungstechnik-Theorie interessiert mich. Die Autonomie von Fahrzeugen übt darüber hinaus noch einen besonderen Reiz aus, da hier die Eleganz der Konzepte praktisch greifbar wird. Vor allem diese praktische Realisierung halte ich für sehr wichtig, wenn aus Forschung Fortschritt resultieren soll. Mit dieser Motivation streben wir die wirtschaftliche Verwendung unserer Forschungsergebnisse an.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Ich erwarte, dass in den nächsten Jahren die grundsätzlichen technischen Herausforderungen auf dem Weg zur Autonomie im maritimen Bereich gelöst werden. Hier profitieren wir sehr vom schnellen Fortschritt bei der Sensorik und Rechenleistung. Kreative Ansätze werden aber weiter gefragt sein, um Sondersituationen zu lösen, wie z.B. Person-über-Bord-Notfälle oder (Teil-)Ausfall des Antriebssystems. Ich erwarte, dass juristische Fragestellungen und weniger technische Schwierigkeiten ausschlaggebend dafür sein werden, wann wir die ersten vollautonomen Schiffe im regulären Einsatz sehen.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Vielen erscheinen Assistenzsysteme und Autonomie auf dem Wasser wie eine einfachere Version der aus dem Automobilbereich bekannten und teilweise schon serienreifen Lösungen. Und es ist richtig, dass manche Dinge auf dem Wasser vergleichsweise leichter zu lösen sind: Schiffe bewegen sich langsamer als Autos und meist mit deutlich mehr Abstand zueinander, es gibt weniger Kontaktpunkte zu weiteren (verletzlichen) Verkehrsteilnehmenden wie beispielsweise Fußgänger*innen. Dafür kommen jedoch andere Herausforderungen hinzu: Ein Schiff kann auf dem Wasser nicht ohne weiteres Anhalten und auf der Stelle stehenbleiben, und auch während der Fahrt sind Wettereinflüsse wie Wind, Strömung und Wellen zu berücksichtigen. Im Sinne des Autonomiesystems sind alle Autos mehr oder weniger gleich, ob Vorderrad-, Hinterrad oder Allradantrieb spielt im Normalbetrieb keine Rolle. Bei Schiffen gibt es hingegen eine Vielzahl unterschiedlicher Rumpfformen und Antriebskonzepte, die einen wesentlichen Einfluss auf das Manövrierverhalten haben.

What are you researching?
At Extrality, we have developed a solution capable of delivering fast, high-fidelity 3D prediction of flow behaviour out of simulation data. I am researching applications in the design and performance prediction of ships.

What improvements will it bring (to the maritime industry)?
By using high-fidelity prediction models earlier on, naval architects can save some valuable time in the early stages of a design project, thus reducing the risk of project deviations and opening up more opportunities to evaluate new designs. If a vessel’s efficiency can be improved in a shorter time span, this will also benefit ship owners.

What fascinates you about it?
You can see our technology as an evolution of the standard series such as Holtrop and Mennen (a modern description would be “surrogate model”), except that it can predict the full 3D flow field in just a few seconds thanks to a unique neural network combined with physical priors. It can solve complex multidimensional problems by learning the underlying physics from millions of degrees of freedom of samples and generalise to new designs or conditions.

What will be important in your research area in the next five years?
Despite the fast-growing field of data-driven models for marine applications, there is a noticeable lack of crowdsourced high-fidelity simulation datasets, which tends to hamper the development of such models. Raising awareness on the benefits of a deep learning model for ship design and optimisation for the growing adoption of our technology by naval architects will be fundamental in overcoming this inertia.

What are you never asked but would like to say?
The maritime industry cannot afford to be conservative insofar as shipping activities are responsible for significant emissions of greenhouse gases and air pollutants, noise and water pollution. The attitude in the industry needs to be broken down by innovating and leveraging existing assets.

What are you researching?
I am investigating the operational aspects of using pantograph-equipped straddle carriers and catenary wiring systems for block operations. The idea is that straddle carriers should be simultaneously driven and charged by terminal grid electricity during operations. The research aims to develop a sustainable container-handling solution and to compare emission savings with existing straddle-carrier drive technologies.

What improvements will it bring (to the maritime industry)?
Terminal operations have always contributed to generating harmful carbon emissions, noise pollution and imbalances in ecosystems. The application of pantograph-equipped straddle carriers will lower harmful tailpipe emissions and noise pollution at container terminals. The concept involves intelligently switching off a straddle carrier diesel engine during block operations and utilising terminal shore power through a pantograph device for its operations, resulting in overall fuel and economic savings. The lower noise levels during block operations will reduce the chances of straddle-carrier driver fatigue, thus enabling higher productivity. The concept of simultaneous battery charging during operations will lead to less dependency on charging stations, resulting in further economic savings and higher availability of the machine.

What fascinates you about it?
Port operations are in a transformation process towards less emissions. And this research uses a state-of-the-art technology (pantographs plus a catenary wiring system) for a new operational concept. The concept is also applicable with retrofit capabilities, allowing smaller terminals to electrify existing conventional straddle carrier fleets and to achieve higher emission savings. The simultaneous charging of the pantograph-equipped straddle carriers from the catenary systems can reduce onboard battery size and in turn lower the weight of the straddle carrier. The intelligent energy-management system present on the straddle carrier can bypass the regenerative electrical energy from fully charged battery packs and deliver it back to the terminal grid to reduce the peak energy demands of the container terminal.

What will be important in your research area in the next five years?
Currently, one of the key areas for terminal planners and operators who wish to minimise carbon emissions is the use of carbon-neutral fuels and electrification of terminal equipment. In context, most straddle carrier terminals that currently use conventional diesel engines will lead to an industry shift towards battery-operated straddle carriers. This slow and futuristic shift will create a peak pressure on the port technology providers to support this technological change with efficient charging solutions. The limited size of the straddle carrier battery will limit the availability of the machine; thus, future research will surely focus on developing measures to increase the availability of machines without increasing the size of the battery.

What are you never asked but would like to say?
Technological advancements and innovations have always been key factors in the development of society. The growing concerns for environmental protection have led to a range of emission-free solutions, but the application of such technologies requires huge economic investments and operational expertise. This has confined the scope of end users; thus, I would like to suggest to the innovative community to develop solutions that have application feasibility for both new and existing technologies in every sector. So that the development of society can be achieved through a cumulative effort.

Woran forschen Sie?
Mein Fachbereich befindet sich in der maritimen Logistik. Das heißt, Schifffahrt, Häfen und alles drumherum. Ich habe mir ein interdisziplinäres Thema ausgesucht, das heißt, das Beste aus zwei Welten kommt zusammen. In meinem Fall sind es Nautik, Physik, Mathematik und Informatik. Ich erforsche Wellen aus der Perspektive eines Schiffsoffiziers/einer Schiffsoffizierin. Ich versuche, die vormals lediglich optisch durch Menschen bestimmten und sehr ungenauen Angaben über Höhe, Richtung und Abstand mithilfe künstlicher Intelligenz – in diesem Fall Bilderkennung und maschinelles Lernen – messbar und genauer bestimmbar zu machen. 

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Auf dem Weg zu automatisierten und autonomen Schiffen stellt die genaue Umgebungserkennung eine äußerst wichtige Grundlage dar. Ähnlich wie beim Auto ist es wichtig, dass das fahrende System stets genaue Daten erhält, was um es herum passiert, um daraus Entscheidungen abzuleiten. Bei Schiffen ist das Wissen um Wellen und Wetter besonders wichtig, da diese die Routenplanung und Schiffsgeschwindigkeit beeinflussen. Eine genauere Wellenbestimmung kann zudem gute Daten für meteorologische Berechnungen liefern, denn die bisherige Bestimmung von Wellen ist sehr grobmaschig über die Weltmeere verteilt und eher küstennah angesiedelt. Eine mobile Bestimmung der Wellencharakteristika auf Schiffen kann dieses Netz verdichten. 

Was fasziniert Sie daran?
Mich fasziniert generell das Lösen von Problemen. Als ehemalige Marineoffizierin und Seefahrerin kenne ich die Problematik der ungenauen Wellenbestimmung aus erster Hand von unzähligen Brückenwachen und Wetterberichten. Mit dem Wissen und den Anwendungen aus der Wissenschaft habe ich tolle Werkzeuge an der Hand, um Problemstellungen zu lösen. Gerade in der Schifffahrt gibt es noch viele andere Aufgaben, die derzeit manuell durchgeführt werden müssen. Das sind z.B. auch Logbucheinträge, das Ausfüllen von Ladungspapieren und auch andere Tätigkeiten im Schiffsbetrieb. Ich freue mich, diese weiter zu automatisieren und zu technisieren und dabei die immer weiterwachsenden Möglichkeiten der Technik zu nutzen. 

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Da gibt es sehr viele Bereiche, die gerade in Angriff genommen werden: Automatisierung und Autonomie von Brücken- und Maschinensystemen; der intelligente Hafen; aber auch Technologien wie Blockchain oder Quanten-Computing. Die größte Herausforderung in der Schifffahrt ist bei all diesen Anwendungen meist die Anbindung der Schiffe an das Internet, damit Cloud Services genutzt werden können und der Echtzeitdatenaustausch möglich wird. Eine flächendeckende und stabile Lösung ist hier das A und O. 

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Die Zeiten der Seefahrerromantik sind inzwischen vorbei, mal abgesehen von den tollen Sonnenauf- und -untergängen, die es wirklich nur auf hoher See gibt. Ich würde mir wünschen, dass der Einzug neuer Technologien in der Schifffahrt auf (noch) mehr Enthusiasmus stößt und dass „das haben wir schon immer so gemacht“ ein bisschen in den Schatten rückt. Die maritime Branche hat großes Potenzial und wenn ich mir meine Kolleg*innen, Forscher*innen, Seefahrerde und andere Beschäftigte in der Branche ansehe, dann sehe ich viel Herzblut für den Job und den Willen, Dinge zu ermöglichen und zu verändern. Das sieht man anderswo nicht. Das sind aber die besten Grundlagen für tolle neue Ideen und Entwicklungen.