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Untersuchung der Wirtschaftlichkeit silikonbasierter Antifouling Unterwasseranstriche bei seegehenden Containerschiffen

©2006 Diplomarbeit 121 Seiten

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Einleitung:
Ein wirtschaftlich rationeller Betrieb eines Schiffes hängt in einem großen Maße vom Zustand seiner Außenhaut ab. Durch pflanzlichen oder tierischen Bewuchs (Fouling) aber auch durch das Alter und die Qualität der Farbe steigt die Rauhigkeit des Unterwasserschiffes und erhöht den Widerstand. Wächst der reibungsbedingte Widerstand, so nehmen der Leistungs- und damit auch der Brennstoffbedarf zu. Um die Ansiedlung von Organismen an der Außenhaut zu bekämpfen und diese glatt zu halten, werden spezielle mit toxischen Substanzen versetzte Farben sog. Antifoulings eingesetzt.
Die Wirkungsweise dieser Anstriche basiert darauf, daß sie sich abbauen und giftige Stoffe (Biozide) in die Umgebung freisetzen, mit denen die Bewuchsorganismen abgeschreckt oder abgetötet werden. Durch die Eigenschaft der Erosion ist die Lebensdauer der konventionellen Farben zeitlich begrenzt und ihre Wirksamkeit läßt mit der Zeit meist nach. Diese Antifoulings müssen unter einem hohen finanziellen Aufwand für Material, Dockaufenthalt, Untergrundvorbereitung und Aufbringung, unter Außerdienststellung und mit damit verbundenen Erlösausfällen regelmäßig erneuert werden. Im Liniendienst der Containerschiffahrt wird der Kontinuität in der Einhaltung des Fahrplans oberste Priorität beigemessen. Die Aufrechterhaltung der Geschwindigkeit, selbst unter einem erhöhten Leistungsbedarf, und auch lange Erneuerungsperioden des Unterwasseranstriches sind vom besonderen Interesse der Reeder.
Mit der neuesten Technologie der Farbindustrie, den Außenhautanstrichen auf Silikonbasis, wird eine effektive biozidfreie Alternative angeboten, die nicht nur einen langzeitigen Schutz gegen Fouling gewährleistet, sondern auch einen glättefördernden und somit brennstoffmindernden Effekt verspricht. Die Silikonanstriche können nur unter einen erheblich gesteigerten finanziellen Aufwand appliziert werden, von Seiten der Hersteller wird jedoch ein Kapitalrückfluß und Gewinn in Form von Brennstoffersparnissen zugesichert. Bei den potentiellen Nutzern stellt sich die Frage, ob und eventuell wann sich Aufwand und Nutzen derartiger Systeme in einem wirtschaftlich vertretbaren Verhältnis befinden.
Die Problematik der Erst- und Folgeaufbringung, die dazu notwendige Technologie, wie auch das noch wenig ausgeprägte Know-how der Reparaturwerften sind Gründe die eine Entscheidung für diese Technologie komplizieren. Ein weiterer erschwerender Aspekt dieser Fragestellung ist, daß die […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis


All ships were covered with a mixture of tallow and pitch in hope of discouraging barnacles and teredo, and
every few months a vessel had to be hoed down and graven on some convenient beach.
Christoph Kolumbus (1451-1506)
Italienischer Seefahrer

Untersuchung der Wirtschaftlichkeit silikonbasierter
Antifouling-Unterwasseranstriche bei seegehenden Containerschiffen
© 2006 by Cezary Afeltowicz
Zusammenfassung
Schiffsrümpfe sind als Hartsubstrate dem Bewuchs ausgesetzt, der den Reibungswiderstand er-
höht und somit einen gesteigerten Leistungsbedarf des Schiffes zur Folge hat. Um Bewuchs zu
bekämpfen werden sog. Antifoulinganstriche eingesetzt, die mit toxischen Substanzen versetzt,
die Organismen abtöten oder von der Ansiedlung abschrecken. Neueste Entwicklungen gehen in
Richtung silikonbasierter biozidfreier Systeme, die einen erheblichen finanziellen Mehraufwand
erfordern, jedoch einen starken langzeitig bewuchshemmenden Effekt versprechen. Mit Silikon-
farben ist außerdem, durch ihren glättefördernden Charakter, mit Brennstoffersparnissen gegen-
über erodierenden Antifoulings zu rechnen. Das Ziel dieser Arbeit war eine betriebswirtschaftli-
che Kosten-Nutzen-Analyse und eine ökologische Bewertung von Silikonanstrichen aufzustellen,
um die Entwicklung eines Handlungskonzepts für das Vertragsverhältnis Vercharterer-Charterer
zu ermöglichen. Dabei wurden nicht nur die Material- und die Anbringungskosten, sondern auch
die Wirkungsprinzipien, die Wirksamkeit, die notwendige Technologie sowie die zu erwartenden
Schwierigkeiten bei der Aufbringung silikonbasierter Anstrichsysteme untersucht. Unter Berück-
sichtigung der Problematik von Bewuchs wurden auch die technisch-wirtschaftlich-ökologischen
Aspekte anderer existierenden Antifoulingsysteme gegenüberstellend analysiert. Es konnte ge-
zeigt werden, daß unter bestimmten Voraussetzungen, insbesondere für größere Containerschiffe,
ein Anwenden von Silikonfarben sinnvoll erscheint und die Brennstoffersparnisbeträge die Inve-
stitionskosten schon in relativ kurzer Zeit um ein Mehrfaches übersteigen können.
Abstract
The underwater parts of ships are incurred of fouling, that increase the frictional resistance and
thereby the demand for power. In order to keep the hull in an acceptable condition special paints,
called Antifoulings, are used. Conventional Antifoulings are accumulated with toxically biocides
that deter or kill the fouling organisms. Latest researches using silicone based, biocide free anti-
fouling systems are being conducted. These, so called foul-release-coatings (FRC) promises ex-
cellent and durable performance against fouling but generates high costs. Silicone coatings pro-
vide non-stick and foul-release characteristics, so fuel savings can be achieved. The overall aim
of this investigation is to supply a cost-benefit-calculation between the additional costs and fuel
savings, also analysis an ecological advantage. By studying the costs for material and application,
the mode of operation, the effectiveness against fouling and the problems by application of sili-
cone paints a new course of action for charter transactions can be defined. To give a comparison
to other antifouling systems, these were analysed for their technical, economical and ecological
advantages and disadvantages. The analysis of the data showed that, especially for large con-
tainer ships, by particularly limiting conditions, a reduction of total cost caused by fuel saving
due to the lower resistance is result. This savings can generally surmount the costs of capital in-
vestment in multiple amounts.

INHALTSVERZEICHNIS
1
I.
Nomenklatur und Begriffsdefinition ... 3
1.
Einleitung und Aufgabenstellung ... 8
1.1
Hintergrund und Motivation ... 8
1.2
Fragestellung und Zielsetzung ... 9
1.3
Durchführung der Untersuchung ... 10
1.3.1
Literaturrecherche und Informationssammlung ... 10
1.3.2
Kosten-Nutzen-Analyse an realen Fallbeispielen/Referenzschiffen ... 11
2.
Bekämpfung von Bewuchs auf Schiffen ... 14
2.1
Historische Entwicklung von Antifouling ... 14
2.2
Fouling in der Schiffahrt... 14
2.2.1
Rahmenbedingungen zum Auftreten von Bewuchs ... 15
2.2.2
Bewuchsorganismen und deren Eigenschaften ... 17
2.3
Tributylzinn (TBT) und andere Biozide in der Bewuchsbekämpfung ... 18
2.3.1
Umweltverträglichkeit der TBT-Kopolymere ... 18
2.3.2
Gesetzeslage und Richtlinien für Biozide in Unterwasseranstrichen ... 19
2.4
Übersicht über biozidhaltige und biozidfreie Antifoulingsysteme ... 21
2.5
Erodierende biozidhaltige Antifoulings ... 22
2.5.1
Konventionelle, erodierende Antifoulings (CDP-Controled Depletion Polymer)... 22
2.5.2
Selbstglättende, selbstpolierende Antifoulings (SPC-Self Polishing Copolymer) ... 23
2.5.3
Hybrid ­ SPC ... 24
2.5.4
Kontakt Leaching Hartantifouling... 25
2.6
Biozide, organische Biozide und Enzyme als Schutzmechanismen ... 25
2.7
Biozidfreie Antifoulingsysteme... 26
2.7.1
Erodierende biozidfreie Antifoulings ... 26
2.7.2
Nicht erodierende Antifoulings... 26
2.7.2.1
Antihaftbeschichtungen auf Silikonbasis (FRC-Foul Release Coatings) ... 26
2.7.2.2
Antihaftbeschichtungen auf Teflonbasis... 27
2.7.2.3
Selbstreinigende Oberflächen ... 27
2.7.2.4
Weitere Antihaftbeschichtungen ... 27
2.7.3
Alternative Bewuchsschutzmaßnahmen ... 28
2.7.3.1
Elektrochemischer Bewuchsschutz ... 28
2.7.3.2
Bewuchsschutz durch Ultraschall, ultraviolette Strahlung, Erwärmung ... 28
2.7.3.3
Imitationen der Natur ... 28
2.7.3.4
Weitere Möglichkeiten des Bewuchsschutzes ... 29
3.
Theoretische Grundlagen zur Leistung und Widerstand ... 30
3.1
Leistung eines Schiffes... 30
3.2
Widerstand eines Schiffes ... 31
3.2.1
Gesamtwiderstand und seine Teilkomponenten ... 31
3.2.2
Auswirkungen der Rauhigkeitszunahme auf den Schiffswiderstand... 33
3.2.2.1
Mittlere Rauhigkeit MHR, Signifikante Rauhigkeit AHR, Rauhigkeitsmessung... 35
3.2.2.2
Physikalische Rauhigkeit ... 36
3.2.2.3
Biologische Rauhigkeit ... 37
3.3
Theoretische Grundlagen zur Entstehung des Reibungswiderstandes ... 38
3.3.1
Grundlagen der Grenzschichttheorie... 38
3.3.2
Grenzschichtströmungen... 39
3.3.3
Bestimmung des Rauhigkeitszusatzwiderstandes ... 41
3.3.3.1
Rauhigkeitszusatzwiderstand nach 15th ITTC 1978 ... 41
3.3.3.2
Rauhigkeitszusatzwiderstand nach 17th ITTC 1984 ... 42

INHALTSVERZEICHNIS
2
3.3.3.3
Rauhigkeitszusatzwiderstand nach Townsin... 43
3.4
Leistungsdiagnose in Abhängigkeit von physikalischer Rauhigkeit ... 44
3.4.1
Folgen der Rauhigkeitserhöhung für den Schiffsbetrieb ... 45
3.4.2
Leistungs-/Brennstoffbedarfsteigerung bei konstanter Geschwindigkeit ... 45
3.4.3
Geschwindigkeitsverlust beim konstanten Leistungsbedarf... 46
4.
Silikonbasierte Antifoulings (Foul Release Coatings, FRC) ... 49
4.1
Silikon-Technologie als ökologische und ökonomische Alternative ... 49
4.2
Eigenschaften von Silikonbeschichtungen ... 50
4.2.1
Niedrige Oberflächenspannung bzw. geringe freie Oberflächenenergie ... 50
4.2.2
Geringe physikalische Rauhigkeit ... 53
4.2.3
Frei von Tributylzinn und von metallischen Bioziden ... 55
4.2.4
Niedriger Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) ... 57
4.2.5
Lange Lebensdauer... 57
4.2.6
Geringes Gewicht und niedriger Farbmaterialbedarf ... 58
4.2.7
Niedriger Reparatur- und Wartungsaufwand... 58
4.2.8
Hohe Materialkosten und hoher Applikationsaufwand ... 59
4.2.9
Geringer Widerstand gegen mechanische Beschädigungen ... 60
4.2.10
Mindestanforderungen an Geschwindigkeit und Aktivität... 61
4.2.11
Ökologische Verträglichkeit ... 62
5.
Randbedingungen der Kosten-Nutzen-Kalkulationen ... 63
5.1
Betriebsformen der Schiffahrt ... 63
5.1.1
Charterarten... 64
5.1.2
Container-Linienschiffahrt... 65
5.2
Beweggründe für das Anbringen einer Silikonbeschichtung ... 66
5.2.1
Umwelttechnische Vorteile ... 67
5.2.2
Wirtschaftliche Vorteile ... 68
5.2.3
Finanzielle Zuständigkeiten der Chartervertrag-Parteien... 68
5.2.4
Problematik der Finanzierung einer Silikonbeschichtung... 70
5.3
Randbedingungen der untersuchten Fälle ... 71
5.3.1
Charterdauer und Zeitintervalle der Wartungsarbeiten ... 71
5.3.2
Schiffsgrößen, Geschwindigkeiten, Aktivität und Brennstoffverbrauch ... 72
5.3.3
Dockungskosten, Farb- und Materialpreise, Ausfallzeiten im Betrieb ... 74
5.3.4
Brennstoffersparnisrate gegenüber konventionellen Antifoulings ... 78
6.
Ergebnisse der Kosten-Nutzen Betrachtungen... 82
6.1
Kosten der Anbringung einer Außenhautbeschichtung... 82
6.1.1
Kosten für ein Neusystem (Neubau)* ... 82
6.1.2
Kosten für die Erneuerung des bestehenden Systems ... 84
6.1.3
Kosten der Umstellung eines CDP/SPC- Systems auf FRC-Technologie ... 86
6.2
Brennstoffersparnis... 88
6.3
Kosten-Nutzen-Analyse ... 91
7.
Ergebnisdiskussion und Auswertung ... 94
7.1
Ergebnisdiskussion der Kosten-Nutzen-Betrachtungen... 94
7.1.1
Neusysteme auf Neubauten... 94
7.1.2
Umstellung des Systems con CDP/SPC auf FRC... 95
7.2
Handlungsgrundlagen für das Vertragsverhältnis Charterer-Vercharterer... 96
8.
Zusammenfassung und Ausblick ... 98
II.
Literatur- und Quellenverzeichnis ...100
III.
Abbildungsverzeichnis ... 104
IV.
Tabellenverzeichnis ... 106
V.
Anhang
... 107

I. NOMENKLATUR und BEGRIFFSDEFINITION
3
Symbolverzeichnis
Die allgemein gültige Notation von ITTC (International Towing Tank Conference) und anderen Institutionen wurde
weitgehend übernommen. In einigen Fällen wurde versucht durch eindeutige Indexierung eine Unterscheidung der
Komponenten zu gewährleisten; die Symbole wurden an entsprechenden Stellen eindeutig benannt.
B
Breite des Schiffes
Width of Ship
[m]
C
F
Reibungswiderstandsbeiwert
Friction Resistance Coefficient
[-]
C
F..ITTC
Reibungswiderstandsbeiwert (ITTC'57)
Friction Resistance Coefficient ITTC'57
[-]
C
F..ITTC
Reibungszusatzwiderstandsbeiwert nach ITTC
Added Friction Resistance C. from ITTC
[-]
C
F..FDS
Reibungszusatzwiderstandsbeiwert nach FDS
Added Friction Resistance C. from FDS
[-]
C
F..T
Reibungszusatzwiderstandsbeiwert nach Townsin
Added Friction Resistance C. Townsin
[-]
C
R
Restwiderstandsbeiwert
Residuary Resistance Coefficient
[-]
C
T
Gesamtwiderstandsbeiwert
Total Resistance Coefficient
[-]
F
Kraft
Force
[N]
F
n
Froudezahl
Froude Number
[-]
FOC
Kraftstoffverbrauch
Fuel Oil Consumption
[t/d] [l/h]
L
OA
Länge über Alles
Length Over All
[m]
L
pp
Länge zwischen den Loten
Length Between Perpendiculars
[m]
L
WL
Wasserlinienlänge
Length in the Waterline
[m]
P
E
Schleppleistung
Effective Power
[kW]
P
S
Wellenleistung
Shaft Power
[kW]
R
n
Reynoldszahl
Reynolds Number
[-]
R
n..krit
kritische Reynoldszahl
Critical Reynolds Number
[-]
R
F
Reibungswiderstand
Frictional Resistance
[kN]
R
T
Gesamtwiderstand
Total Resistance
[kN]
S
Benetzte Oberfläche
Wetted Surface
[m²]
T
Schub des Schiffes
Propeller Thrust
[kN]
U
Geschwindigkeit der Parallelströmung
Speed of the Parallel Flow
[m/s]
U
Geschwindigkeit einer Strömungsschicht
Speed of the Layer
[m/s]
V
Geschwindigkeit des Schiffes
Speed of Ship
[m/s] [kn]
V
A
Fortschrittsgeschwindigkeit des Schiffes
Speed of Advance of Ship Propeller
[m/s] [kn]
c
b
Blockkoeffizient (Verdrängungsvölligkeitsgrad)
Block Coefficient
[-]
c
m
Hauptspantvölligkeit
Midship Section Area Coefficient
[-]
c
p
Schärfegrad
Prismatic Coefficient
[-]
c
wl
Wasserlinienvölligkeit
Waterline Coefficient
[-]
g
Gravitationskonstante auf der Erdoberfläche
Acceleration due to Gravity
[m/s²]
h
Höhe
Heigth
[m]
h
r
Mittlere Rauhigkeitshöhe
Average Rougness Height
[µ m]
k
Formfaktor
Form Factor
[-]
k
Konstante
Constant
[-]
k
s
Durchschnittliche Rauhigkeit AHR
Symbol for Average Hull Roughness
[µ m]
n
Geschwindigkeitskoeffizient
Speed Index
[-]
p
Druck
Pressure
[N/m²]
Grenzschichtdicke
Boundary Layer Thickness
[mm]
lam
Grenzschichtdicke der laminaren Strömung
Boundary Layer Thickness of Laminar Flow
[mm]
turb
Grenzschichtdicke der turbulenten Strömung
Boundary Layer Thickness of Turbulent Flow
[mm]
U/y Geschwindigkeitsgradient
Velocity Gradient
[-]
g
Gravitationskonstante auf der Erdoberfläche
Gravity Coefficient
[m/s²]
Dichte des Seewassers bei 15°C
Density of Saltwater at 15°C
[kg/m³]
A
Dichte der Luft
Density of Air
[kg/m³]
T
Propulsionswirkungsgrad
Propulsion Efficiency
[-]
H
Schiffseinflußgrad
Hull Efficiency
[-]
O
Propellerfreifahrtwirkungsgrad
Open Water Propeller Efficiency
[-]
R
Gütegrad der Anordnung
Relative Rotative Efficiency
[-]
M
Mechanischer Wirkungsgrad
Mechanical Efficiency
[-]

I. NOMENKLATUR und BEGRIFFSDEFINITION
4
S
Lagerverluste der Wellenleistung
Shafting Efficiency
[-]
B
Wirkungsgrad des Propeller am Hinterschiff
Efficiency of Propeller aft of ship
[-]
Kinematische Zähigkeit (Viskosität)
Coefficient of Kinematic Viscosity
[m
2
/s]
Scherspannung
Shear Stress
[N/mm²]
µ
Koeffizient der dynamischen Zähigkeit (Viskosität)
Coefficient of Viscosity
[Ns/m²]
µm
Mikrometer (1/1000 Millimeter)
Micron
[µ m]
Abkürzungsverzeichnis
AFS
Bewuchshemmende Systeme
Anti-fouling Systems
AHR
Durchschnittliche (signifikante) Rauhigkeit
Average Hull Roughness
ASTM
Amerikanischer Standard für Testen von Werkstoffen
American Standard for Testing and Materials
BfV
Bundesministerium für Verkehr
Department for Communion and Traffic
Bft
Beaufort (Einheit für Windstärke / Geschwindigkeit)
Beaufort (Unit for Strenght or Speed of Wind)
BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung
Department for Education and Science
BRT
Bruttoraumzahl, Bruttoraumgehalt [dimensionslos] Gross Tonnage (GT)
Cu
Symbol für Kupfer
Symbol for Cooper
CDP
Ablativer Antifouling
Controlled Depletion Copolymer
CFD
Computerunterstützte Strömungssimulationen
Computational Fluid Dynamics
CO2
Kohlendioxid
Carbon Dioxide
COA
Frachtvertrag
Contract of Affreighment
DNV
Det Norske Veritas (Klassifikationsgesellschaft)
Det Norske Veritas (Class)
FC
Volle Beschichtung (gesamte benetzte OF)
Full Coat
FDS
Forschungszentrum des Deutschen Schiffbaus
Research Centre for German Shipbuilding
FOC
Brennstoffverbrauch
Fuel Oil Consumption
FRC
Antihaftbeschichtung
Foul Release Coating
GL
Germanischer Lloyd (Klassifikationsgesellschaft)
Germanischer Lloyd (Class)
HFO
Schweröl
Heavy Fuel Oil
HRPC Rauhigkeits-Leistungsverlust-Kalkulator
Hull Roughness Penalty Calculator
IFO
Mittelschweres Öl
Intermediate Fuel Oil
IMO
Internationale Schifffahrtsorganisation
International Maritime Organisation
ITTC
Internationale Konferenz der Versuchsanstalten
International Towing Tank Conference
LNG
Flüssiges Erdgas
Liquid Natural Gas
MCR
Maximalleistung der Maschine
Maximum Continous Rating of Ship Engine
MDO
Dieselöl
Marine Diesel Oil
MHR
Mittlere Rumpfrauhigkeit
Mean Hull Roughness
NCR
Normalleistung der Schiffsmaschine
(ca.90% MCR)
Normal Continous Rating of Ship Engine
PDMS Polydimethylsilikon-Verbindung (Silikon)
Polydimethylsilicone
PDMDPS
Polydimethyldiphenylsilikon-Verbindung (Silikonöl)
Polydimethyldiphenylsilicone
PPM
Teilchenanzahl pro Million
Parts per Milion
PTFE
Tetrafluoroethylene (Teflon)
Tetrafluoroethylene
RPM
Umdrehungen pro Minute, Drehzahl
Revolutions per Minute
Sa
Norm-Reinheitsgrad beim Sandstrahlen
Norm of Quality of Sandblasting
SCOC Spezifischer Zylinderölverbrauch
Specific Cylinder Oil Consumption
SFOC Spezifischer Brennstoffverbrauch
Specific Fuel Oil Consumption
SLR
Geschwindigkeits-Längen-Zahl
Speed Length Ratio
SO2
Schwefeldioxid
Sulphur Dioxide
SOG
Geschwindigkeit über Grund
Speed over Ground
SPC
Selbstpolierender Antifouling
Self Polishing Copolymer
TBT
Organozinnverbindung
Tributyltin
TC
Abkürzung für Zeitcharter
Time Charter
TEU
20' Container Einheit
Twenty Foot Equivalent Unit
TU
Lokale Reparaturstelle
Touch Up
UW
Unterwasser...
Below the Waterline
VOC
Flüchtige Organische Verbindungen
Volatile Organic Compounds
WL
Wasserlinie
Waterline
WWF Weltweite Organisation zum Schutz der Umwelt
World Wide Fund for Nature

I. NOMENKLATUR und BEGRIFFSDEFINITION
5
Begriffsdefinition
Durch die zunehmende Globalisierung sind die Schiffahrt und auch die Sprache der Schiffahrt international gewor-
den. Nach wie vor werden Begriffe in der Literatur in jeweiliger Sprache vertreten bleiben; in der freien Marktwirt-
schaft tritt jedoch vor allem die englische Sprache immer stärker in Erscheinung. Herstellerbroschüren, interne
Kommunikation zwischen den Reedereien, Schiffen, Agenten und Lieferanten sind überwiegend in Englisch.
In der folgenden Sammlung von Begriffen sollen diese nicht nur kurz definiert werden, um als kleines Nachschlag-
werk zu dienen, sondern auch als ,,(Klammerausdruck-kursiv)" die Übersetzung ins Englische zu liefern.
ablativ (ablative): Eigenschaft etwas durch Schmelzen, Erosion, Tauen etc. in die Umgebung abzugeben
Absorption (absorption): Aufnahme durch Organismen von Substanzen aus der Umgebung durch Zellwände, Kie-
men, Darm etc.
Adhäsion, Haftung (adhesion): Im physikalischen Sinn die Haftwirkung zwischen den Oberflächen zweier ver-
schiedener Körper; Adhäsion kommt durch Adhäsionskräfte zustande, das sind molekulare Wechselwirkungen an
den Kontaktflächen
Antifouling, Antifoulant, bewuchshemmender Anstrich (antifouling): Ein Unterwasser-Anstrich der Bewuchs
von pflanzlichen und tierischen Organismen verhindern soll
Applikation, applizieren (application): (Auftragung, Einsatz, Anwendung) hier: das Anbringen eines Anstriches
Bewuchs (fouling): Bezeichnung für Mikro- und Makroorganismen die meerestechnische Konstruktionen als Hart-
bodensubstart zur Ansiedlung benutzen; bewuchsbildende Organismen können tierische, pflanzliche aber auch ein-
und wenigzellige Organismen oder Bakterien sein
Bioakkumulation, biologische Affinität (bioaccumulation): Bezeichnet die Eigenschaft/Fähigkeit (beispielsweise
von Chemikalien) von aquatischen Organismen direkt aus dem Wasser aufgenommen zu werden und sich in ihnen
anzulagern
Biozide (biocide): Wirkstoffe die explizit toxisch sind; deren Wirkung nicht allein auf abstoßenden Effekten beruht
Biomonitoring (biological monitoring): Ist eine Methode lebende Organismen als ,,Sensoren" im Wasser/Sediment
zu beobachten und durch deren Veränderungen und Verhalten Umweltveränderungen qualitativ bewerten zu können
CDP, ablativer Anstrich (Controled Depletion Polymer, ablative coating): Harzbasierter Anstrich der durch was-
serlösliche Substanzen Biozide in das umgebende Wasser abgibt; die Trägermatrix selbst bleibt weitgehend erhalten
und verhindert so weitere Biozidabgabe, zudem steigert sie die Rauhigkeit der Oberfläche; nicht selbstglättend
(Kap. 2.5.1).
Charter (charter): Charter bezeichnet die zeitweilige Überlassung eines Schiffes gegen die Entrichtung einer Nut-
zungsgebühr (Charterrate); Charterer ist der Mieter eines vom Eigner (Vercharterer) zur Verfügung gestellten Schif-
fes; je nach Chartervertrag ist das Schiff bemannt, unbemannt, inklusive oder exklusive Brennstoff etc.
Dockung, Trockendockung (dry docking): Bedeutet die planmäßige Trockenstellung eines Frachtschiffes im Rah-
men von internationalen-, flaggenstattlichen- und Klassevorgaben; im Zuge einer Dockung kann es zu Klassener-
neuerung kommen, sofern dies erforderlich und sinnvoll ist
Endanstrich, Top-coat, Oberanstrich (top-coat): Die letzte Schicht eines Schiffsunterwasseranstriches, die im di-
rekten Kontakt zu Wasser steht
Erneuerungsanstrich, Renewall, (repainting, renewall-application): Eine Erneuerung des Unterwasseranstriches
FRC: siehe Silikonfarbe (Kap. 4)

I. NOMENKLATUR und BEGRIFFSDEFINITION
6
Freisetzungsrate (leaching rate): Die Rate in welcher ein Biozid aus dem Antifouling in das Wasser abgegeben
wird (in Gewicht in [µg] pro Fläche in [cm²] pro Zeit in Tagen [d])
Freisetzungszone, Aktive Zone (leached layer): Eine bestimmte Farbdicke (ca. 20µm bei SPC) aus der Substanzen
(Biozide) austreten können (siehe Abb.25, S.24)
Hydrographie (hydrography): Geographische Gewässerkunde, Lehre von Erscheinungsformen, Eigenschaften,
Vorkommen, Verbreitung und Haushalt des Wassers über, auf und unter der Erdoberfläche
Hydrolyse (hydrolysis): Chemische Reaktion der Spaltung einer Verbindung in Einzelkomponenten beim Kontakt
mit Wasser
Hydrophilie (hydrophilic): (griechisch hydor: Wasser; philos: Freund, wörtlich: wasserliebend) Als hydrophil be-
zeichnet man Stoffe, die sich in Wasser bzw. anderen polaren, nicht aber in unpolaren Lösungsmitteln lösen; das ge-
genteilige Verhalten nennt man hydrophob
Imposex, Vermännlichung (Imposex, superimposed sex): Die Reaktion einiger Organismen (weibliche Artgenos-
sen) auf giftige Substanzen mit Ausbildung männlicher Geschlechtsorgane (mit daraus folgender Unfruchtbarkeit)
Kopolymer (copolymer): Polymer, der aus mehreren Gruppen von Molekülen besteht, welche durch Polymerisation
eine sehr ähnliche Makromolekülstruktur erreichen
Leistung, Hauptmaschinenleistung (power): Mit Leistung wird der Widerstand überwunden und das Schiff in Be-
wegung gesetzt; die erste Ableitung der Arbeit W nach Zeit t ergibt die Leistung
Leistungsbedarf (demand of power): die Leistung, die unter gegebenen Bedingungen zum Einhalten einer bestimm-
ten Geschwindigkeit benötigt wird
Leistungsmehrbedarf (increased demand of power): Leistungsdifferenz, die benötigt wird um ein Schiff mit einem
Widerstandzuwachs bei konstanter Geschwindigkeit zu betreiben
Oberflächenspannung, freie Oberflächenenergie (free surface energy): ist die überschüssige Energie der Oberflä-
chenmoleküle gegenüber der thermodynamisch-homogen eingeschlossenen Molekülen im Inneren der Struktur
Off-hire (Außerdienststellung): Außerdienststellung eines Schiffes für einen Charterer, so daß das kommerzielle
Betreiben des Schiffes ausbleibt und die Charterrate gegenüber dem Vercharterer entfällt
Organozinnverbindungen, TBT (Tributyltin, TBT): Organozinne, Substanz die ab Mitte der 70er Jahre als Antifou-
lingsbiozid eine dominierende Stellung hatte; immer noch ist ein Großteil der Welthandelsflotte mit TBT-
Antifoulings versehen; wegen seiner hochgiftigen Eigenschaften gegenüber Organismen gilt für TBT ab 01.01.2003
das Applikations- und ab 01.01.2008 das Nutzungsverbot (Kap. 2.3)
Persistenz (persistence): in der Biologie die Eigenschaft von Stoffen, unverändert durch physikalische, chemische
oder biologische Prozesse über lange Zeiträume in der Umwelt zu verbleiben; die große Stabilität der Stoffe führt bei
weiterem Eintrag in die Umwelt zu Anreicherungen, die nach Aufnahme durch Organismen zu erheblichen
Schadwirkungen führen können
Renewall: siehe Erneuerungsanstrich
Repellent (repelent): Ursprünglich abschreckendes Mittel gegen Mücken; Repellents sind Substanzen die bestimmte
Organismen abschrecken, abstoßen (hier: die Ansiedlung verhindern), sie allerdings nicht abtöten oder abschwächen
Sediment (sediment): Ablagerungen am Grund in einem Gewässer (Fluß, See, Meer, Ozean)
Silikonfarbe, Silikonbasierte Antihaftbeschichtung, FRC (Foul-Release Coating): Silikonbasierte Antihaftbeschich-
tung; neue Technologie; bisher biozidfrei (siehe Kap. 4)

I. NOMENKLATUR und BEGRIFFSDEFINITION
7
SPC, Selbstpolierendes Antifouling (Self-Polishing Copolymer): Ein erodierender Kopolymer-Anstrich, der voll-
ständig wasserlöslich ist; im Gegensatz zu CDP-Systemen löst sich bei SPC auch die Polymermatrix auf, so daß die
Oberfläche Schicht für Schicht bewuchsfrei und glatt bleibt (Kap. 2.5.2)
Spore (spores): Bezeichnet in der Biologie ein Entwicklungsstadium von Lebewesen, die ein- oder wenigzellig ist;
Sporen dienen der ungeschlechtlichen Vermehrung, der Verbreitung, der Überdauerung, oder mehreren dieser
Zwecke zugleich; Sporen werden vor allem von niederen Lebewesen wie Bakterien, Pilzen, Protozoen, Algen oder
Moosen gebildet
TBT: siehe Organozinnverbindungen
Tie-coat: siehe Untergrundanstrich
Top-coat: siehe Endanstrich
Trocken-Dockung: siehe Dockung
Trockendock-Intervall (dry-docking interval): Ein zeitlicher, meist periodischer Abstand zwischen zwei Trocken-
Dockungen; in der Handelsschiffahrt wird ein möglichst langes Trockendock-Intervall angestrebt, um Erlösausfälle
während der Dockung zu minimieren; ein maximalles Dockungsintervall für Handelsschiffe beträgt 60 Monate, denn
nach dieser Zeit ist eine Inspektion des Unterwasserschiffes zwecks Klassifizierung vorgeschrieben
Untergrundanstrich, Tie-coat, Sealer, Binder (tie-coat, sealer): Untergrundanstrich, der meist als Binder zwischen
Antikorrosionsanstrich und Endanstrich (top-coat) aufgetragen wird
Unterwasser-Inspektion, IWS (In-Water survey, IWS): Eine alternative Unterwasseruntersuchung der Schiffshülle,
Ruder, Propeller etc. durch Taucher, um kostspielige Trocken-Dockung zu umgehen; von den Klassengesellschaften
sind IWS anerkannt und erwünscht; bei Unterwasserinspektionen können leichtere Reparaturen und Arbeiten ausge-
führt werden (Reinigen der Außenhaut, Polieren des Propellers, einfache Schweißarbeiten)
Vercharterer: siehe Charter
VOC, Flüchtige Organische Verbindungen (volatile organic compounds): ist die Sammelbezeichnung für organische
Stoffe, die aufgrund ihres hohen Dampfdruckes bzw. niedrigen Siedepunktes schnell verdampfen
Widerstand (resistance): Die Kraft, die überwunden werden muß, um ein Schiff in Bewegung zu setzen und bei ge-
gebener Geschwindigkeit zu betreiben
Zusatzbiozide, Kobiozide (booster biocides): Ein industrieller Begriff für zusätzliche Biozide die neben dem
Hauptgiftstoff einem erodierendem Anstrich beigemischt werden, um eine weitere Breite an Zielorganismen abzu-
decken

Kapitel 1
EINFÜHRUNG AUFGABENSTELLUNG
8
1.
Einleitung und Aufgabenstellung
1.1
Hintergrund und Motivation
Ein wirtschaftlich rationeller Betrieb eines Schiffes hängt in einem großen Maße vom Zu-
stand seiner Außenhaut ab. Durch pflanzlichen oder tierischen Bewuchs (Fouling) aber auch
durch das Alter und die Qualität der Farbe steigt die Rauhigkeit des Unterwasserschiffes und
erhöht den Widerstand. Wächst der reibungsbedingte Widerstand, so nehmen der Leistungs-
und damit auch der Brennstoffbedarf zu. Um die Ansiedlung von Organismen an der Außen-
haut zu bekämpfen und diese glatt zu halten, werden spezielle mit toxischen Substanzen ver-
setzte Farben sog. Antifoulings eingesetzt. Die Wirkungsweise dieser Anstriche basiert dar-
auf, daß sie sich abbauen und giftige Stoffe (Biozide) in die Umgebung freisetzen, mit denen
die Bewuchsorganismen abgeschreckt oder abgetötet werden. Durch die Eigenschaft der
Erosion ist die Lebensdauer der konventionellen Farben zeitlich begrenzt und ihre Wirksam-
keit läßt mit der Zeit meist nach. Diese Antifoulings müssen unter einem hohen finanziellen
Aufwand für Material, Dockaufenthalt, Untergrundvorbereitung und Aufbringung, unter Au-
ßerdienststellung und mit damit verbundenen Erlösausfällen regelmäßig erneuert werden. Im
Liniendienst der Containerschiffahrt wird der Kontinuität in der Einhaltung des Fahrplans
oberste Priorität beigemessen. Die Aufrechterhaltung der Geschwindigkeit, selbst unter ei-
nem erhöhten Leistungsbedarf, und auch lange Erneuerungsperioden des Unterwasseranstri-
ches sind vom besonderen Interesse der Reeder.
Mit der neuesten Technologie der Farbindustrie, den Außenhautanstrichen auf Silikonbasis,
wird eine effektive biozidfreie Alternative angeboten, die nicht nur einen langzeitigen Schutz
gegen Fouling gewährleistet, sondern auch einen glättefördernden und somit brennstoffmin-
dernden Effekt verspricht. Die Silikonanstriche können nur unter einen erheblich gesteiger-
ten finanziellen Aufwand appliziert werden, von Seiten der Hersteller wird jedoch ein Kapi-
talrückfluß und Gewinn in Form von Brennstoffersparnissen zugesichert. Bei den potentiel-
len Nutzern stellt sich die Frage, ob und eventuell wann sich Aufwand und Nutzen derartiger
Systeme in einem wirtschaftlich vertretbaren Verhältnis befinden. Die Problematik der Erst-
und Folgeaufbringung, die dazu notwendige Technologie, wie auch das noch wenig ausge-
prägte Know-how der Reparaturwerften sind Gründe die eine Entscheidung für diese Tech-
nologie komplizieren. Ein weiterer erschwerender Aspekt dieser Fragestellung ist, daß die
Investition und der kommerzielle Nutzen oft nicht in einer Hand liegen und somit einzelwirt-
schaftlich theoretisch leicht zu treffende Entscheidungen zu langwierigen Überlegungen füh-
ren. Der Vercharterer ist für einen, in seiner Performance gegen Bewuchs ausreichenden,
Unterwasseranstrich verantwortlich und wird stets die günstigere Alternative bevorzugen.
Dadurch werden dem Charterer indirekt hohe Mehrkosten in Form von gesteigertem Brenn-
stoffbedarf verursacht. Der Charterer wird die ihm nicht zustehenden Mehrkosten für einen
Silikonanstrich kaum übernehmen wollen, solange ihm nicht ein eindeutiger finanzieller
Vorteil in Aussicht gestellt wird. Dieser soll, nach Aussagen der Hersteller, die Investitions-
kosten schon innerhalb einer Dockungsperiode um ein Mehrfaches übersteigen.
Das Ziel dieser Arbeit ist nicht nur eine betriebswirtschaftliche Kosten-Nutzen-Analyse für
Silikonanstriche aufzustellen, sondern auch die ökologischen und technischen Aspekte dieser
Technologie zu hinterfragen. Dabei soll, ausgehend von einer technisch-wirtschaftlich-
ökologischen Betrachtung der Problematik von Bewuchs und von bereits existierenden Sy-
stemen, die Wirkungsweise, die Art und Effektivität von Silikonanstrichen in der Bewuchs-
bekämpfung analysiert werden, um zu einer objektiven Handlungsempfehlung für Schiffs-
betreiber für oder gegen eine solche Beschichtung zu gelangen.

Kapitel 1
EINFÜHRUNG AUFGABENSTELLUNG
9
1.2
Fragestellung und Zielsetzung
Eine aussagekräftige Wirtschaftlichkeitsbewertung von bewuchshemmenden, silikonbasier-
ten Technologien hängt von vielen voneinander unabhängigen Faktoren ab. Bezogen auf ein
Betrieb ,,Schiff" sollten diese Variablen zusammengefaßt werden können, um eine möglichst
objektive Handlungsempfehlung aussprechen zu können.
Die Strukturen der Vertragsverhältnisse zwischen dem Vercharterer
1
und dem Charterer, die
vielen Faktoren der Erst- und Folgeaufbringung und deren Technologie, die ökologischen
und wirtschaftlichen Vor- und Nachteile, nicht zuletzt die Wirkungsweise und Wirksamkeit
silikonbasierter Anstrichsysteme sind eine Fülle von größtenteils einzelnen und nur für sich
zu beurteilenden Aspekte. Diese können dann auch einzeln für eine generelle Handlungs-
empfehlung verantwortlich sein. Auf der anderen Seite ist es denkbar, daß erst mehrere Fak-
toren gemeinsam, obgleich sie unabhängig voneinander existieren, eine tendenzielle Hand-
lungsrichtung vorgeben. Welche Gewichtung und Priorität ihnen im Rahmen eines Entschei-
dungsprozesses zugeordnet wird, sei es in wirtschaftlicher, ökologischer oder in rahmenbe-
dingt gesetzlicher Hinsicht, hängt letztendlich von jedem Verantwortlichen für sein Schiff
oder seine Flotte einzeln ab.
Um einen Einblick in die Thematik zu bekommen und um eine aussagekräftige Handlungs-
empfehlung für Schiffsbetreiber mit Berücksichtigung der Kosten- und Nutzenfaktoren zu
bekommen, sollten folgende Punkte behandelt werden:
Überblick über die technisch-wirtschaftlich-ökologische Problematik von Bewuchs
Existierende bewuchshemmende Systeme/Maßnahmen bei Seeschiffen
Wirkungsprinzipien, Art und Wirksamkeit silikonbasierter Anstrichsysteme
Problematik der Erst- und Folgeaufbringung und die notwendige Technologie
Ökologische Bewertung
Betriebswirtschaftliche Kosten-Nutzen-Analyse
Problematik und Handlungskonzept für Vertragsverhältnis Vercharterer-Charterer
Die derzeit noch kaum vorhandenen praktischen Erfahrungen mit Silikonanstrichen, bzw. die
kaum zur Verfügung stehenden Daten einiger in dieser Technologie erfahrener Eig-
ner/Betreiber/Reeder, erfordern von einem Interessenten eine umfassende Auseinanderset-
zung mit sämtlichen Aspekten dieser Problematik. Diese Arbeit soll einen Einblick in die
vielfältigen Faktoren liefern und soll als erster Schritt bei Entscheidungsprozessen, für oder
gegen eine Silikonbeschichtung herangezogen werden. Die Erweiterung dieser Arbeit, mit
Informationen aus dem Betrieb von Schiffen mit Silikonbeschichtungen, deren Performance
gegen Bewuchs mit daraus resultierenden Vor- und Nachteilen ist nicht nur wünschenswert,
sondern dringend erforderlich, um die getroffenen Aussagen zu validieren und ggf. zu präzi-
sieren. Die positiven Effekte dieser Technologie auf weitere Nutzungspotentiale (Propeller-,
Ruderbeschichtungen, stationäre Anlagen, sehr langsame Schiffe etc.) zu übertragen, sollte
ein weiteres Ziel der Forschung und Weiterentwicklung von Silikonanstrichen darstellen.
1
Vercharterer: kann ein Schiffseigner, eine Reederei, eine Gesellschaft sein, die ein Schiff einem Nutzer (Charterer) je nach Art der Char-
ter zur Verfügung stellt

Kapitel 1
EINFÜHRUNG AUFGABENSTELLUNG
10
1.3
Durchführung der Untersuchung
1.3.1
Literaturrecherche und Informationssammlung
Durch die breit gefächerte Aufgabenstellung und die Aktualität der Problematik wurde die In-
formationssammlung in zwei Rechercheblöcken durchgeführt. Es wurde zum einen auf konven-
tionelle Weise nach Literaturquellen, vor allem an der TU-Hamburg-Harburg und an der TU-
Berlin, recherchiert. Dazu wurde das Informations- und Dokumentationssystem des Umweltbun-
desamtes ULIDAT (Umweltliteraturdatenbank) und UFORDAT (Umweltforschungsdatenbank)
genutzt sowie die Datenbanken COMPENDEX und FIZ-Technik der TU Hamburg-Harburg.
Über relevante Quellen ergaben sich aus deren Referenzangaben weitere Hinweise. Eine Reihe
von Berichten und Artikeln in Fachzeitschriften lieferte ebenfalls einen umfangreichen Informa-
tionsfluß. Internetdatenbanken von www.bewuchs-atlas.de, www.sciencedaily.com etc. sowie In-
ternetverlage wie Taylor Francis Group u.a. wurden nach bedeutenden Publikationen und In-
formationen durchsucht. An dieser Stelle vielen Dank der Reederei E.R.Schiffahrt GmbH Cie.
für die zur Verfügungstellung von Mitteln für die sehr kostenintensiven Veröffentlichungen.
Die Informationsquellen des Internets wurden auch direkt nach Schlüsselwörtern wie TBT,
Fouling, Biofouling, Antifouling, Foul-Release, FRC, Antihaftbeschichtungen etc. durchsucht.
Weiterhin wurde eine Reihe von Veranstaltungen wie Informationsabende vom Nautisch Techni-
schen Inspektoren Kreis Hamburg (NTIK), GL Exchange Forum Shipping and Environment
2005 sowie einige Herstellerpräsentationen und Vorträge besucht. Daraus ergaben sich meist
nicht nur ein direkter Informationsfluß aus der Veranstaltung, sondern auch interessante Gesprä-
che, Diskussionen und Kontakte, die teilweise entscheidend zu einigen Ausarbeitungen geführt
haben. Des weiteren wurde der direkte Weg der Kontaktaufnahme mit Herstellern, Reedereien
und Forschungszentren genutzt, um weitere detaillierte Informationen zu erhalten.
An dieser Stelle möchte der Autor einen herzlichen Dank an die Mitarbeiter der E.R.Schiffahrt
GmbH Cie, insbesondere an Hr. Bonken (Technical Fleet Management), Hr. Burfeindt (Mari-
ne Operations), Hr. Dinnies (Procurement), Hr. Giertz (Dockings), Hr. Karniewicz (Quality
Nautical Department), Hr. Schönhoff (Technical Director), Hr. Tantzen (Fleet Support Director)
aussprechen, sowie an weitere Personen und Firmen, die mit Informationen, Material, Gespräch
oder anderer Hilfestellung zum Umfang dieser Arbeit beigetragen haben:
Herr Prof. Anderson
University of Newcastle upon Tyne, England
Herr Borstad
Hoegh Fleet Services, Norwegen
Frau Breuch-Moritz
Bundesministerium für Verkehr, Berlin
Herr Dr. Candries
Marine Technology, Newcastle upon Tyne, England
Herr Fliege
Institut für Land und Seeverkehr, Technische Universität, Berlin
Herr Gerber
Fleet Management, Hapag-Lloyd Reederei, Hamburg
Herr Grabe
Hempel Germany GmbH, Pinneberg
Frau Höppner
Germanischer Lloyd, Hamburg
Frau Prof. Dr. Kesel
FB Schiffbau, Fachrichtung Bionik, Hochschule Bremen
Herr Kolle
Marine Technology Research Institut -Marintek, Norwegen
Herr Liedert
Schiffbau, Meerestechnik und Ang. Naturwissenschaften, HS Bremen
Herr Reyner
International Paint Ltd., Börnsen
Herr Töbke
International Paint Ltd., Börnsen
Herr Vold
Det Norske Veritas, Norwegen
Herr Wallentin
Jotun Coatings, Norwegen
Herr Dr. Watermann
LimnoMar Institut, Hamburg
Herr Weißflog
PO Nedlloyd, Blue Star Reederei, Hamburg
Herr Zeppenfeld
Chugoku Marine Paints, Hamburg

Kapitel 1
EINFÜHRUNG AUFGABENSTELLUNG
11
1.3.2
Kosten-Nutzen-Analyse an realen Fallbeispielen/Referenzschiffen
Die Kosten-Nutzen-Analyse in dieser Arbeit wird an reale Bedingungen geknüpft. Die Op-
timierung der operativen Kosten und damit die Minimierung der Ausgaben, insbesondere der
Brennstoffkosten, stehen im Vordergrund der wirtschaftlichen Betrachtungen eines Betrei-
bers. In Abhängigkeit von Charterbedingungen und Eigentumsrechten können die Kosten-
Nutzen-Aspekte in unterschiedlicher Obhut liegen und somit für technisch-ökonomisch rela-
tiv leichte Entscheidungsprozesse eine große Hürde darstellen. Anhand realistischer Charter-
bedingungen sollen sogenannte win-win-Lösungsvorschläge (für alle von Vorteil) ausgear-
beitet und gezeigt werden, in der die Eigner (Anteilseigener einer Beteiligungsgesellschaft)
auf der einen, der technische Betreiber (Vercharterer) auf der anderen und der kommerzielle
Nutzer (Charterer) auf der dritten Seite stehen.
Weitere Aspekte wie Reparatur- und Materialkosten, Dockungszeiten, Charterraten, Brenn-
stoff- und Schmierölkosten etc. sind Variablen, die in einer Kostenanalyse eine entscheiden-
de Rolle spielen. Sie unterliegen oft Faktoren, auf die eine Reederei kaum Einfluß nehmen
kann. Aus diesem Grund werden in dieser Ausarbeitung die momentan aktuelle Daten (Zah-
len, Preise) hinzugezogen. Bei eventuellen späteren Nachberechnungen sind diese Annah-
men den veränderten Bedingungen anzupassen.
Um Größeneffekte (economy of scale effect) sichtbar zu machen, werden die folgenden Un-
tersuchungen für drei charakteristische Schiffsgrößen durchgeführt. Es wurden bewußt
Schiffsgrößen gewählt die weit auseinander liegen. Ein größeres Schiff der Panamax-Größe
mit ca. 5000 TEU (maximale Breite von 32,3m, max. Länge von 294,1m und max. Tiefgang
von 12m) wäre als Referenzwert ebenfalls gut denkbar, allerdings steht die 5700er-Flotte der
Reederei E.R.Schiffahrt im Schwerpunkt des Interesses des Betriebes, so daß dieser Schiffs-
typ, mit einer Flotte von 15 Schwesternschiffen, als Beispiel herangezogen wird.
Die drei Referenzschiffstypen (Tab.1) sind in größerer Anzahl gebaut worden und sind nicht
älter als 6 Jahre. Sie sind als Serien in Modellversuchen untersucht und optimiert worden.
Typname
TEU-Anzahl Klasse
Anzahl der Schiffe
·
2500
2474 TEU
- Sub Panamax Klasse
3
·
5700
5762 TEU
- kleinere Post Panamax Klasse
15
·
7500
7500 TEU
- große Post Panamax Klasse
5
Zusätzlich werden von der Reederei noch weitere Schiffstypen betrieben, für die detaillierte
Informationen zur Verfügung stehen:
·
1728 TEU
- Feeder Klasse
- 2
Schiffe
·
2226 TEU
- Sub Panamax Klasse
- 2
Schiffe
·
2496 TEU
- Sub Panamax Klasse
- 6
Schiffe
·
2556 TEU
- Sub Panamax Klasse
- 4
Schiffe
·
2824 TEU
- Sub Panamax Klasse
- 9
Schiffe (5 im Bau)
·
2825 TEU
- Sub Panamax Klasse
- 6
Schiffe
·
3400 TEU
- Panamax Klasse
- 2
Schiffe
·
4253 TEU
- Panamax Klasse
- 3
Schiffe
·
4334 TEU
- Panamax Klasse
- 7
Schiffe (5 im Bau)
·
5043 TEU
- Panamax Klasse
- 2
Schiffe
·
5075 TEU
- Panamax Klasse
- 2
Schiffe
·
8204 TEU
- Post Panamax Klasse
- 9
Schiffe (7 im Bau)
Tab.1: Referenzschiffe

Kapitel 1
EINFÜHRUNG AUFGABENSTELLUNG
12
a)
2474 TEU ­ Sub Panamax Klasse (2500er)
Dieser Schiffstyp wurde für E.R.Schiffahrt drei Mal von deutschen Werften gebaut und zw.
1999-2000 ausgeliefert. Die Schleppversuchs- und Propellerberechnungsergebnisse sowie
die Betriebsaufzeichnungen seit Inbetriebnahme liegen vor. Das Schiff ist 207,4m lang,
29,8m breit und geht 10,1m tief auf Konstruktionstiefgang. Die MAN/BW-Maschine kann
bei einem feststehenden (fixed-pitch) Propeller mit 6.65m Durchmesser eine Leistung von
19.810kW erzeugen. Das Schiff verfügt über bordeigenes Ladegeschirr von 45/40/36 t.
b)
5762 TEU ­ Panamax Klasse (5700er)
Dieser Schiffstyp wurde 15 Mal von koreanischen Werften für E.R.Schiffahrt gebaut. Die
Schiffe wurden zwischen 1999-2002 ausgeliefert. Die Schleppversuchs- und Propellerbe-
rechnungsergebnisse und Betriebsaufzeichnungen seit Inbetriebnahme liegen vor. Dieser
Schiffstyp ist 277,0m lang, 40,0m breit und geht 12m tief auf Konstruktionstiefgang. Die
Samsung/BW-Maschine kann eine Leistung von 54.840kW erzeugen und arbeitet auf ei-
nem mit 8.45m-Durchmesser feststehenden Propeller.
c)
7500 TEU ­ Post Panamax Klasse (7500er)
Dieser Schiffstyp wurde fünf Mal von koreanischen Werften für E.R.Schiffahrt gebaut und
alle Schwesternschiffe wurden im Jahr 2004 ausgeliefert. Die Schleppversuchs- und Propel-
lerberechnungsergebnisse sowie die Betriebsaufzeichnungen seit Inbetriebnahme liegen vor.
Das Schiff ist 300.0m lang, 42.8m breit und geht 13.1m tief auf Konstruktionstiefgang. Die
Hyundai/Wärtsilä-Maschine kann eine Leistung von 68.640kW erzeugen und arbeitet auf ei-
nem mit 8.45m-Durchmesser feststehenden Propeller.
Abb.1: Seitenansicht 2474 TEU Sub-Panmax Schiff
Abb.2: Seitenansicht 5762 TEU Post-Panmax Schiff
Abb.3: Seitenansicht 7500 TEU Post-Panmax Schiff

Kapitel 1
EINFÜHRUNG AUFGABENSTELLUNG
13
Die Hauptparameter der Referenzschiffe können zusammengefaßt werden zu:
Brennstoffverbrauch als Funktion der Zeit oder Leistungs-Drehzahldiagramme (Propeller-
kurven) müssen in der Praxis für jedes Schiff einzeln bestimmt werden. Die spezifische Rou-
te, Fahrplan, Geschwindigkeit, Aktivität, Wetterbedingungen, Brennstoffverbrauch und viele
andere Faktoren eines bestimmten Schiffes müssen dabei individuell untersucht werden.
Tab.1b: Hauptparameter der untersuchten Containerschiffe

Kapitel 2
BEKÄMPFUNG von BEWUCHS
14
2.
Bekämpfung von Bewuchs auf Schiffen
2.1
Historische Entwicklung von Antifouling
Die ersten bekannten Maßnahmen zur Verhinderung von Bewuchs auf Schiffen werden auf
die Zeit um das Jahr 700 vor Christus datiert. An einer phönizischer
2
Galeere aus dieser Zeit
wurden mit Blei beschichtete Planken gefunden. Im 16. Jahrhundert kam es wieder zum Ein-
satz von bleibeschichteten Holzplanken und es wurde bis ins 18. Jahrhundert fortgeführt.
Abgelöst wurde Blei von metallischem Kupfer, das nicht nur gegen die Schiffswürmer son-
dern auch gegen Bewuchs effektiv wirkte. Zur gleichen Zeit tauchte Zinkmetall als Be-
schichtungsmaterial auf. Der Einsatz von Kupferplatten auf Stahlschiffen erwies sich aus
Gründen der Beschleunigung des Korrosionsprozesses als ungeeignet. Während 1625 ein er-
stes auf Eisenpulver, Kupfer und Zement basiertes Antifoulingsrezept patentiert wurde, wa-
ren um 1870 ca. 300 unterschiedliche Antifoulinganstriche registriert, die meist nach dem
noch heute geltendem Prinzip der Biozidfreisetzung
3
an die Umgebung durch auswaschen
(leaching prozess) funktionierten [1]. Im Jahr 1860 wurden in Bremerhaven die ersten Anti-
foulings auf Schellack-Basis hergestellt, welche Eisenoxid, Quecksilberoxid und Arsen ent-
hielten. Bis zum Beginn des ersten Weltkrieges waren diese Anstriche aus Deutschland
marktführend. Später gewannen Kupferoxide, Zinkoxide sowie Fungizide an Bedeutung,
zumal diese auch kostengünstiger waren. Mit Einführung der extrem toxischen Tributylzinn-
Kopolymer-Verbindungen (TBT-Kopolymere) als biozidhaltiger Antifoulingstyp erlebte die
Schiffahrt in den 70er Jahren einen revolutionären Schritt in der Bewuchsbekämpfung [2].
Im Jahr 1996 benutzte der überwiegende Anteil der Schiffe der Welthandelsflotte (ca. 80%)
diesen Antifoulingtyp, der aufgrund seiner hochtoxischen Eigenschaften in den 90er Jahren
regional und zum Jahr 2008 weltweit verboten wurde [Kap. 2.3.2].
2.2
Fouling in der Schiffahrt
Feste Oberflächen im aquatischen Lebensraum sog. Hartböden werden von pflanzlichen und
tierischen Organismen besiedelt. Dies gilt nicht nur für die natürlichen Hartböden wie Fel-
sen, Treibholz, abgestorbene Korallenriffe oder Schalentiere, sondern auch für die in die ma-
ritime
Umwelt
künstlich
eingebrachten
Oberflächen
wie
schiffs-,
meeres-
oder
wasserbauliche Konstruktionen aus Stein, Holz,
Metall oder Kunststoff. Organismenansiedlungen
an lebenden Substraten nennt man Aufwuchs
bzw. Epibiose, auf nicht lebenden Oberflächen
nennt man sie Bewuchs oder Fouling. Bewuchs
an Schiffsoberflächen verursacht einen Anstieg
des Reibungswiderstandes (siehe Kap. 3.2.2), was
mehr Treibstoffverbrauch zur Folge hat und somit
enorme Kosten verursacht. Zusätzlich müssen in
regelmäßigen Abständen aufwendige Arbeiten
verrichtet werden, um die befallenen Oberflächen
2
Zwischen 1200 und 900 v. Chr. entwickelte sich Phönizien (schmaler Landstrich an der Ostküste des Mittelmeeres, heutiger Libanon) zur
größten Handels- und Seemacht der Antike; die Phönizier beherrschten nahezu den gesamten Mittelmeerraum bis zum Atlantik, wo sie Ko-
lonien und Handelsfaktoreien gründeten
3
Biozide: allgemeine Bezeichnung für explizit giftige chemische Substanzen, die zur Schädlingsbekämpfung eingesetzt werden
Abb.4: Achterschiff mit starkem Muschelbefall

Kapitel 2
BEKÄMPFUNG von BEWUCHS
15
von Bewuchs zu befreien (Reinigungskosten, Dockungskosten) und es müssen Maßnahmen
getroffen werden, um vor Fouling zu schützen (Antifoulinganstriche des Unterwasserschif-
fes). Ein weiteres Problem ist das Einbringen von Fremdarten als blinde Passagiere auf
Schiffsrümpfen in die sonst für diese Spezies unerreichbaren Regionen. Durch weltweit ef-
fektive, präventive Bewuchsbekämpfung könnte dieser Prozeß eingeschränkt werden. Das
Einschleppen von Fremdarten wurde auch von gesetzesgebenden Institutionen als ein Pro-
blem erkannt. Entsprechende Gesetze werden momentan ausgearbeitet
4
.
Es bleibt die Frage unbeantwortet; wie kommt es eigentlich zum Bewuchs? Schon wenige
Sekunden nach Einbringen eines Hartbodens ins Wasser wird von den Bakterien ein makro-
molekularer Film darauf gebildet auf dem sich wiederum Einzeller festsetzen können. Durch
die ausgeschiedenen Sekrete der Mikroorganismen bildet sich ein Biofilm der Larven und
Sporen von Makroorganismen anzieht. Es wird vermutet, daß jede der vorhergehenden Pha-
sen die nachfolgende stark beeinflußt bzw. sie sogar erst ermöglicht [3]. Die im Seewasser
planktonartig (schwebend) vorhandenen Larven von Makroorganismen besitzen die Eigen-
schaft, klebrige Extrete herzustellen, mit denen sie sich dauerhaft festsetzen und zu adulten,
gewichtigen Organismen aufwachsen können (z.B.: Seepocken, Miesmuscheln).
Bei ca. 4000 Arten, die als Bewuchsorganismen identifiziert wurden [4],
stellen sich große
Anforderungen an Farbenhersteller, Mittel gegen
ein weites Artenspektrum, bei vorgegebenen
Richtlinien zum Einsatz von Bioziden, mit einem
einzigen Antifoulingprodukt, das auf einem Schiff
aufgetragen wird, abzudecken. Während im Süß-
wasser der Bewuchs kontrollierbar bleibt, ist er
einer der primären Probleme der Seeschiffahrt.
Den Organismen fehlt im kalziumarmen Süßwas-
ser der Grundstoff, um Schalen ausbilden zu kön-
nen. Lediglich wenige Arten wie z.B. die
Zebramuschel können im Süßwasser überleben
und
sich
ausbreiten.
Ein
verstärkter
Mikrobewuchs im Süßwasser kann, als kalkinkrustriende Mikroalgen, zur einen dickeren,
krüstenartigen Schicht auf Binnenschiffen führen. Im Salzwasser spielt der Mikrobewuchs
dagegen kaum eine Rolle, da er frühzeitig von Makrobewuchs überdeckt wird. In Häfen und
in Flußmündungen mit niedrigen Salzgehalten (Brackwasser) geht nicht nur der Bewuchs-
druck stark zurück, sondern es kommt sogar zu Abtötung vom bereits vorhandenen Fouling
und somit zu Bewuchsminderung [5].
2.2.1
Rahmenbedingungen zum Auftreten von Bewuchs
Fouling auf Schiffsoberflächen hängt von vielen Faktoren ab. Allgemein wächst das Be-
wuchsrisiko mit steigender Wassertemperatur und mit einem hohen Salzgehalt. Auch Was-
sertiefe und Strömung beeinflussen das Foulingsrisiko. Mit steigender Tiefe im offenen Oze-
an ist der Gehalt von bestimmten bewuchsfördernden (vom Land stammenden) Mineralien
niedriger. Das Licht wird in den Wassermassen mit steigender Tiefe immer schwächer. Des
weiteren hängen strömungsbedingte Faktoren unmittelbar mit der Wassertemperatur zusam-
men. In den polaren Zonen tritt der Bewuchs im geringeren Maße auf. In den Übergangszo-
nen wie Nordeuropa, Südaustralien oder im südlichen Teil von Südamerika ist der Bewuchs,
4
Das Einbringen vom Fremdarten wird durch die Globalisierung beschleunigt, allerdings gelang bisher der überwiegende Anteil von
Fremdarten nicht als Bewuchs sondern als ,,Passagier" in Ballastwassertanks in Fremdgebiete; entsprechende Richtlinien zum Umgang mit
Ballastwasser ,,Ballast Water Management" wurden von der IMO im Februar 2002 ratifiziert und treten frühestens im Jahr 2009 in Kraft
Abb.5:
Schematische Darstellung der Phasen der
Ansiedlung einer Enteromorphalarve [7]

Kapitel 2
BEKÄMPFUNG von BEWUCHS
16
Abb.6: Bewuchsrisiko in den Weltmeeren [8]
wegen der Kaltwasserströme, saisonal bedingt [6]. Tropische und subtropische Gewässer
bieten optimale Foulingsbedingungen. Regionen mit höherem Bewuchsdruck sind überwie-
gend geographisch bedingt, je nach klimatischen und hydrographischen
5
Bedingungen
(Abb.6) [8]. Weiterhin steigt der Bewuchsdruck bei langsamen Betriebsgeschwindigkeiten
und längeren stationären Liegezeiten unabhängig von der Region, weil erodierende Antifou-
lings (SPC, CDP, Hybrid) erst ab einer bestimmten Geschwindigkeit optimale Freisetzungs-
rate der Biozide gewährleisten. Nicht zuletzt spielt die Art und die Zusammensetzung des
Unterwasseranstriches eine wichtige Rolle beim Entstehen von Makrobewuchs.
Versuche der US Marine im indischen Tuticorin
6
und im Fort Pierce in Florida (USA) zeig-
ten eine starke Abhängigkeit des Biofoulings von der Wassertemperatur, dem Salzgehalt und
der Eintauchtiefe an statisch angebrachten, für
den Zeitraum des Bewuchses unbewegten Pro-
ben [29]. Die Wassertemperatur in Tuticorin
liegt über das ganze Jahr zw. 28-30°C mit leich-
tem Gefälle auf 23°C in der Monsunzeit
7
.
Durch fehlende Frischwasserzufuhr von Flüssen
befindet sich der Salzgehalt in dieser Region
permanent auf einem hohen Niveau. Somit bie-
tet der Hafen Tuticorin sehr gute Bedingungen
zum Auftreten vom biologischen Bewuchs.
Demgegenüber stellt Fort Pierce mit dem stark
variierenden, niedrigeren Salzgehalt und in Ab-
hängigkeit von den jahreszeitbedingten Niederschlägen, veränderlicher Wassertemperatur
das ,,Gegenteil" in der gleichen (subtropischen) Klimazone dar. In Abb.7
sind Probestreifen
(mit Kupfer als Biozid) abgebildet, die im Rahmen der Untersuchung eingesetzt wurden.
Nach nur 4-8 Wochen ist die Präsenz von jungen Seepocken (barnacle) deutlich zu erken-
nen; nach 3 Monaten sind die Seepocken ausgewachsen und bereits von einer dicken Algen-
schicht (algae) bedeckt, die innerhalb der nächsten Monate immer weiter anwächst. Nach 5
Monaten ist auch eine dicke Schicht Schwämme (sponges) ausgebildet, das Gesamtgewicht
des Teststabes hat nach 21 Wochen um ein Vielfaches zugenommen. Weiterhin wurde in Tu-
ticorin auch eine Abhängigkeit des Bewuchsdruckes von der Eintauchtiefe festgestellt [29].
5
Hydrographie: (geographische Gewässerkunde), Lehre von Erscheinungsformen. Eigenschaften, Vorkommen, Verbreitung und Haushalt
des Wassers über, auf und unter der Erdoberfläche
6
Hafenstadt in der Bucht von Bengal am Kreuzpunkt zwischen dem Indischen Ozean und dem Arabischen Meer
7
Monsun (arabisch mausim: Jahreszeit), Wind, der im jahreszeitlichen Wechsel seine Richtung ändert; der Südwest- oder Sommermonsun
(April bis Oktober) wird in Indien in der Regel von schweren Regenfällen begleitet und ist das bestimmende Klimaereignis dieser Region
Abb.7: Probestreifen im indischen Tuticorin [29] Abb.8:
Vergleich der Proben aus Tuticorin und Fort Pierce
[29]

Kapitel 2
BEKÄMPFUNG von BEWUCHS
17
2.2.2
Bewuchsorganismen und deren Eigenschaften
Die in der Schiffahrt als Fouling bekannten Bewuchsorganismen können in zwei Gruppen
unterteilt werden. Mikrofoulingsorganismen sind Einzeller und Kleinorganismen wie Bakte-
rien, Pilze, Mikroalgen oder Protozyten. Mikroorganismen bilden als Schleim (slime) die
Grundlage für die Besiedlung von Makrofoulingsorganismen wie Seepocken (acorn barna-
cle), Röhrenwürmer (tube worms), Goosenecks (gooseneck barnacle), Manteltierchen (tuni-
cates), Schwämme (sponges) oder Makroalgen (green-, brown- red algea) [3]. Die Makroor-
ganismen können in pflanzliche oder tierische Arten aufgeteilt werden. Bei manchen Auto-
ren erfolgt eine Differenzierung der Organismen in Schalen- (shell fouling) oder Weichbe-
wuchs (soft body fouling) [10]. Die Larven der Makroorganismen haben eindrucksvolle Ei-
genschaften entwickelt, um ihren Fortbestand zu sichern. Beispielsweise Seepocken reagie-
ren nicht nur auf Licht, Schwerkraft und Schwingungen, sondern sind sogar in der Lage Phe-
romone
8
auszusondern, um ihren, als Larven oder Eier im Wasser planktonartig schweben-
den Artgenossen das Vorhandensein eines Hartsubstarts als Lebensunterlage zu signalisieren
[11]. Weitere besondere Eigenschaften der Bewuchsorganismen sind unter anderem die Ab-
gabe von chemischen Stoffen, Ausbildung von Schleimbezügen (Algen, Schwämme, Koral-
len) oder eine Erneuerung der Oberfläche (Krebse, Koralle, Algen), um sich ihrerseits vor
Bewuchs (Epibiose) zu schützen. Diesen natürlichen Schutzmechanismen wurde in den letz-
ten Jahren von Seiten der Industrie, eine große Aufmerksamkeit geschenkt, um sie als tech-
nische Lösungen kommerziell einsetzen zu können. Momentan ist jedoch keine marktreife
Alternative abzusehen. Die bekanntesten Vertreter der Foulingorganismen sind Grün- und
Braunalgen, Seepocken, Miesmuscheln, Röhrenwürmer oder Kolonien von Schwämmen und
Korallen. Einige Organismen verfügen über mehrere Vermehrungsstrategien (z.B.: Grünal-
ge), sind äußerst widerstandsfähig und können sogar auf drehenden Propellern dauerhaft
überleben (z.B.: Seepocken). Für genauere Informationen zu den zahlreichen Bewuchsarten
wird auf tiefergehende Literatur [3, 12, 13] verwiesen. In Abb.9-16 sind einige dieser be-
wundernswerten und gleichzeitig unbeliebten Bewuchsorganismen graphisch dargestellt.
8
Pheromon: Duftstoff, der von Tieren produziert wird und das Verhalten anderer Tiere beeinflußt, wobei körperspezifische chemische Si-
gnale von einer Zellgruppe zur nächsten gesandt werden, um bestimmte Reaktionen anzuregen
Abb.13-16: v.l.n.r.: (13) Seepocke, (14) Röhrchenwürmer- (15) Seepocken ­ und (16) Miesmuscheln als Schiffsbewuchs
Abb.9-12: v.l.n.r.: (9) Grünalge (Gras), (10) Braunalge, (11) Manteltierchen und (12) Schleimbefall als Schiffsbewuchs

Kapitel 2
BEKÄMPFUNG von BEWUCHS
18
2.3
Tributylzinn (TBT) und andere Biozide in der Bewuchsbekämpfung
Organozinnverbindungen (TBT) haben in den 70er Jahren, als bewuchshemmende Biozide
für Unterwasseranstriche, ihren großen Durchbruch erlebt. Während TBT als Schutzmittel für
Pflanzen in der Landwirtschaft als zu toxisch deklariert wurde, galt es in der aquatischen
Umgebung als umweltverträglich. Um 1987 wurden ca. 90% der Schiffsneubauten mit TBT-
haltigen Anstrichen versehen [14]. Die jährliche Organozinnproduktion für Schiffsanstriche
betrug im Jahr 1986 ca. 8000t [15]. Die TBT-Antifoulings waren in ihrer Effektivität gegen
Bewuchs unschlagbar. Sie waren meist mit Zusätzen von weiteren Bioziden (boosting bioci-
des, co-biozides) wie Kupfer- und Organ-Stickstoff-Verbindungen, versetzt. Diese Techno-
logie war für Dockungsintervalle von 60 Monaten ausgereift und war deutlich kostengünsti-
ger gegenüber anderen, weniger effektiven Antifoulingstypen. Untersuchungen aus dem Jahr
1980 zeigten bei 92% der TBT-Antifoulings eine gute bis sehr gute Performance, während
nur 36% von biozidfreien SPC (self polishing copolymer, siehe Kap. 2.5.2) eine befriedigen-
de Bewertung zugeteilt wurde [16]. Es sollte nicht unerwähnt bleiben, daß zu diesem Zeit-
punkt die Entwicklung von selbstpolierenden biozidfreien Antifoulings noch in ihren Anfän-
gen steckte. Somit war die TBT-Technologie für wirtschaftlich operierende Unternehmen
über Jahre hinweg die beste und wirtschaftlichste Lösung. Erst gesetzliche Regelungen konn-
ten den fast 30 Jahre andauernden TBT-Boom stoppen (siehe Kap. 2.3.2).
2.3.1
Umweltverträglichkeit der TBT-Kopolymere
Diskussionen über Organozinnverbindungen haben in den letzten Jahren immer mehr zuge-
nommen. Zum einen aufgrund eines weit verbreiteten Einsatzes nicht nur in der Schiffahrt,
sondern auch in der Textilindustrie und als Holzschutzmittel, zum anderen, weil ihre starke
Toxizität gegenüber Meeresorganismen zu heftigen Auseinandersetzungen geführt haben.
Während heute von toxischsten Verbindungen gesprochen wird, die je bewußt in die mariti-
me Umwelt eingebracht wurden, galten Organozinnverbindungen nach deren Markteinfüh-
rung um 1975 als sehr umweltfreundlich [17].
Tributylzinnverbindungen gelten als die am häufigsten angewendeten Organozinnverbin-
dungen. Sie können dem Farbanstrich beigemischt oder, in einem Kopolymer gebunden, zu-
gesetzt werden. Die zweite Methode bietet den Vorteil einer kontrollierten Freisetzung mit
einem gleichzeitigen hydrolytisch bedingten Selbstglätten der Oberfläche. Die Wirksamkeit
von TBT gegen Fouling, nicht zuletzt durch seine Giftigkeit gegenüber Organismen, ist im
Hinblick auf die Performance heute immer noch das Maß für TBT-freie Antifoulingsysteme.
Vereinzelt wird die Meinung vertreten, daß im Moment keine Alternativen für vergleichbare
Effektivität bei der Bewuchsbekämpfung auf dem Markt existieren und ein Anwenden von
Tributylzinn somit auch umweltschutztechnische Vorteile mit sich bringt. Der durch ein
weltweites TBT-Verbot verursachte Wechsel auf alternative, in ihrer Performance weniger
effektive Antifoulings hat mehr Bewuchs zur Folge, was wiederum mit mehr Leistung kom-
pensiert werden muß. Mehr Leistung bedeutet mehr Brennstoffverbrauch und somit mehr
Kohlen- und Schwefeldioxidausstoß. Nicht zuletzt bei langsamer fahrenden Schiffen und
konstantem Transportbedarf muß die Transportkapazität durch mehr Schiffe ausgeglichen
werden, die wiederum mehr Schadstoffemission zur Folge haben [18]. Diese Ansicht ist weit
hergeleitet jedoch mitunter zu berücksichtigen.
TBT ist schon in extrem geringen Konzentrationen auch für Organismen die nicht zu Be-
wuchsorganismen gehören (sog. non-target Organismen) wie z.B. eine Vielzahl von Mu-

Kapitel 2
BEKÄMPFUNG von BEWUCHS
19
schel- und Schneckenarten, aufgrund des sog. Imposex-Phänomens
9
populationsschädigend
[19]. Diese Veränderungen der Geschlechtsorgane und die damit verbundene Unfruchtbar-
keit wurden seit 1994 bei ca. 70 Arten festgestellt [20]. Eine erhöhte TBT-Konzentration tritt
überwiegend im Bodensediment, insbesondere in Häfen, Fahrrinnen und Gebieten mit großer
Verkehrsdichte (allerdings nur in geringen, schwer nachweisbaren Mengen im Wasser) auf
[21]. Große Mengen TBT gelangen vor allem bei der Applikation oder durch Abtrag von
TBT-Anstrichen in die Umwelt. Aufgrund von Versprühung (overspray) kann bei ungünsti-
gen Verhältnissen bis zu 40% der Farbenmenge in der Luft verstreuen, zumal bei diesen Ar-
beiten im Trockendock keine besonderen Gegenmaßnahmen getroffen werden müssen [22].
Biochemische Wirkungen von TBT auf Zellen umfassen unter anderem Membranschädigun-
gen in Leberzellen sowie Störungen des Kalziumhaushalts. Weitere Schlüsselfaktoren der
Unverträglichkeit von TBT in der maritimen Umwelt sind deren lange Lebensdauer, deren
schwere Abbaubarkeit im Bodensediment und letztendlich die Übertragung der Oragnozinne
in die Nahrungskette. Bei Fischen und Muscheln sind hohe bis extrem hohe Konzentrations-
faktoren festgestellt worden, so daß auch für den Menschen, als Endglied der Nahrungskette,
eine potentielle Gefahr besteht [23]. Eine Reihe von anderen Substanzen wie z.B. Kupfer-
verbindungen oder Silikonöle sind weniger giftig, können aber über Jahrtausende im Boden-
sediment überdauern. Die langfristigen Auswirkungen von Silikon auf die Meeresflora und -
fauna können deshalb nicht eindeutig definiert werden. Ein Umstieg auf TBT-freie Alternati-
ven ist nach den heutzutage erwarteten Kriterien mehr als gerechtfertigt.
2.3.2
Gesetzeslage und Richtlinien für Biozide in Unterwasseranstrichen
Die Auswirkungen der negativen Eigenschaften der Organozinne gegenüber Organismen ha-
ben dazu geführt, daß in einigen Ländern schon relativ früh die Anwendung von TBT bei Un-
terwasseranstrichen verboten, untersagt oder stark überwacht wurde. Hochgiftige Biozide
wie Quecksilber oder Arsen sind in Europa im Jahr 1989 verboten worden. Gleichzeitig
wurde ein Verbot für organozinnbasierte Antifoulings für Wasserfahrzeuge unter 25 m Län-
ge eingeführt [24], was jedoch für die Entlastung der Umwelt wenig Wirkung zeigte. Wäh-
rend ein absolutes TBT-Verbot in den wenig bedeutenden Schiffahrtsländern wie Neusee-
land, Schweiz und Österreich relativ früh beschlossen wurde, war in einigen anderen Län-
dern (Südafrika, Schweden, Kanada und USA) ein TBT-Verbot nach Schiffsgröße und Frei-
setzungsrate (leaching rate) mit einer strengen Registrierungspflicht verbunden. In Japan
wurde die Anwendung von TBT im Jahr 1990 untersagt. Weiterhin hat man in einigen Län-
dern wie Dänemark, Schweden, Großbritannien und Niederlande weitere Einschränkungen
und Verbote für bestimmte Produkte wie Diuron
10
, Irgarol
11
oder einige kupferbasierte Bio-
zide eingeführt [25]. Der große Durchbruch zum TBT-Verbot kam mit der Ratifizierung der
IMO-AFS (International Maritime Organization Anti-fouling Systems) Konvention vom Ok-
tober 2001
12
. Das AFS-Übereinkommen der IMO tritt zwölf Monate nach seiner Ratifizie-
rung durch mindestens 25 Statten, auf die mindestens 25 % der Welttonnage entfallen, in
Kraft. Momentan (Dez. 05) liegt die Rate bei 12 Ländern mit nur 8,72 % der Welttonnage.
Um diesen Prozeß des Inkrafttretens der Bestimmungen zu beschleunigen, wurde in der EU-
Zone eine eigene gesetzliche Verordnung (EU-Verordnung Nr. 782/2003)
13
verabschiedet,
die inhaltlich mit der IMO-AFS-Konvention weitgehend übereinstimmt und strenger kontrol-
9
Imposex (superimposed sex): Vermännlichung; weibliche Artgenossen bilden männliche Geschlechtsorgane aus und werden unfruchtbar
10
Diuron: in Deutschland teilweise verbotenes Pflanzenschutzmittel (Wassergefährdungsstufe 3, als gesundheitsschädlich eingestuft, stark
gewässerbelastend), momentan wird über ein absolutes Verbot von Diuron in Deutschland diskutiert
11
Irgarol: schwermetallfreies Algizid, entwickelt für Fassadenfarben und Schiffsanstriche als Mittel gegen Algen- und Pilzbewuchs
12
siehe: www.imo.org Conventions Anti-fouling systems
13
siehe: http://europa.eu.int/eur-lex

Kapitel 2
BEKÄMPFUNG von BEWUCHS
20
liert und geahndet wird. Diese Verordnung hat einen gesetzesgebenden Charakter und ist be-
reits in Kraft getreten. Sie ist für alle Länder der Europäischen Union bindend.
Dadurch sol-
len die EU-Länder dazu gebracht werden, die für sie mit der Verordnung ohnehin geltenden
Richtlinien auch bei der IMO anzuerkennen und zu unterschreiben, um die IMO-Konvention
weltweit geltend zu machen. Die Nachteile des Alleinganges der EU gegenüber der IMO mit
dieser Verordnung liegen nach Meinung des Bundesministeriums für Verkehr
14
darin, daß
die Zuständigkeiten der Schiffahrt auf der europäischen Ebene als Gesetze in Gremien ver-
abschiedet werden, die nicht über optimale Kompetenzen von Bedürfnissen und Interessen
der internationalen Schiffahrt verfügen. Dies könnte nach Ansicht des BfV in einigen Punk-
ten unerwünschte Interpretationen zur Folge haben.
Allein mit der EU-Verordnung wird auf die internationale Schiffahrt viel Druck ausgeübt.
Auch wenn die Übereinkunft der Schiffahrtsländer bei der IMO zum TBT-Verbot in Farban-
strichen noch einige Zeit bedarf, wird die Ära der TBT-Antifoulings, spätestens im Jahre
2008 ihrem Ende zugehen, zumal die Farbhersteller der Aufforderung der IMO Verkauf,
Vermarktung und Verwendung zinnorganischer Verbindungen zum 01.01.2003 einzustellen,
weitgehend gefolgt sind.
Die wichtigsten Inhalte der ,,IMO-AFS Convention" sind [26]:
·
Verbot von Neuapplikationen von TBT-Antifoulings ab dem 01. Januar 2003
·
Verbot von Präsenz von TBT-Antifoulings auf Schiffen ab dem 01. Januar 2008
·
Option zum Verbot weiterer Biozide ohne weitere Ratifizierungsmaßnahmen
·
Verpflichtung der Unterzeichnerstaaten zu Sanktionen (Hafen- und Hoheitsgewäs-
serverbot etc.) gegen Schiffe/Flaggen die TBT-Anstriche benutzen/zulassen
·
Verordnung gilt nicht für Kriegs-, Küstenüberwachungs- und andere Staatsschiffe
Um die Beschlüsse des Abkommens auch effektiv durchsetzen und kontrollieren zu können,
stehen bereits moderne Technologien zur Verfügung. Eine davon ist z.B. die in Japan ent-
wickelte Röntgenfluoreszenz (X-ray fluorescence [XRF] analysis), die verläßliche Vorer-
gebnisse vor Ort (das heißt am Liegeplatz des Schiffes) liefern kann. Im Verdachtsfall kön-
nen dann unter Laborbedingungen, mit gaschromatographischer
15
Spektrometrie
16
(gas
chromatograph mass spectromery), exakte Anteile verbotener Substanzen ermittelt werden
[27]. Die vorgeschlagenen Maßnahmen der IMO zur Überwachung und Klassifizierung der
Schiffsanstriche sind sehr umständlich. Während die IMO vorschreibt, jeden Anstrich auf je-
dem Schiff einzeln zu überprüfen und zu testen, ziehen die Klassifikationsgesellschaften es
vor, die Produkte einzeln zu zertifizieren und diese dann auf allen Schiffen anzuerkennen.
Sollte die IMO-AFS Konvention demnächst in Kraft treten, dürfte das für die Zukunft bedeu-
ten, daß für Biozide, wie z.B. die schwer abbaubaren Kupferacrylate weitere einschränkende
Vorschriften und Verbote folgen, zumal diese Option bereits in der IMO-AFS Konvention ra-
tifiziert wurde. Die Industrie will den Markt der erodierenden Antifoulings, trotz der drohen-
den und voraussichtlich folgenden Richtlinien und Verbote, nicht verlieren. So werden nicht
nur neue TBT-freie (trotzdem schädliche) Biozide entwickelt, sondern es gibt inzwischen
auch umfangreiche Forschungen, auf Basis von natürlichen Substanzen, kommerziell nutzba-
re Repellentstoffe
17
zu entwickeln.
14
Vortrag des Bundesministerium für Verkehr beim GL Exchange Forum ,,Shipping and Environment" am 9. November 2005
15
Chromatographie wird in der Chemie ein Verfahren genannt, das die Auftrennung eines Stoffgemisches durch unterschiedliche Vertei-
lung seiner Einzelbestandteile zwischen einer stationären und einer mobilen Phase erlaubt
16
Spektrometrie ist ein Sammelbegriff für Verfahren, die (mit Hilfe der Spektrenmessung) zur quantitativen und qualitativen Bestimmung
von Elementen (beispielsweise in der Chemie) eingesetzt werden
17
lat. repellere: vertreiben, zurückstoßen; Repellents sind Substanzen die bestimmte Organismen abschrecken, abstoßen (hier die Ansied-
lung verhindern), allerdings sie nicht abtöten oder abschwächen [25]

Kapitel 2
BEKÄMPFUNG von BEWUCHS
21
2.4
Übersicht über biozidhaltige und biozidfreie Antifoulingsysteme
Der Markt für Antifoulingprodukte hat in den letzten Jahren durch eine Menge von neuen
Gesetzen und Richtlinien einen grundlegenden Wandel durchlebt. Dieser Prozeß scheint sich
auch in den kommenden Jahren fortzusetzen. Die zunehmende Globalisierung des Welt-
marktes hat dazu geführt, daß eine hochkomplexe Marktstruktur entstanden ist. Mit dem
IMO-Abkommen zum weltweiten Verbot TBT-haltiger Antifoulinganstriche sind zudem vie-
le neue bisher weniger bekannte Produkte in den Mittelpunkt der Diskussion geraten. Eine
grundlegende Unterscheidung der auf dem Markt befindlichen Schiffsfarben sollte nach dem
Wirkungsprinzip (erodierend bzw. nicht erodierend) erfolgen. Von wesentlicher Bedeutung,
im Hinblick auf die Wirksamkeit, die Umweltverträglichkeit und auch auf das Wirkungs-
prinzip ist eine Differenzierung der Produkte bezüglich der darin enthaltenen Biozide. In
Abb.17-18 [28] ist ein allgemeiner Überblick über die verschiedenen Systeme dargestellt.
Die Unterscheidung biozidhaltigen Antifoulings erfolgt nach mehreren Kriterien. Die chemi-
sche Zusammensetzung und das Wirkungsprinzip beeinflussen unmittelbar die Freisetzungs-
rate des darin enthaltenen Biozides. Zu Kriterien der Umweltverträglichkeit zählt nicht nur
die quantitative Abgabe eines Giftstoffes in die Umgebung sondern auch deren Toxizität. Ein
wirksames Antifouling wird durch seinen Freisetzungsprozeß definiert. Eine kontinuierliche
Abgabe des Biozides an der Oberfläche des Schiffrumpfes soll die Bewuchsorganismen von
Ansiedlung am Schiffrumpf abschrecken bzw. die angesiedelten Larven und Sporen ab-
schwächen oder abtöten, noch bevor sie zu größeren Exemplaren heranwachsen können. Die
Lebensdauer einer Antifoulingfarbe ist somit durch ihren Biozidgehalt und ihre Freisetzungs-
rate begrenzt [28], vor allem jedoch durch ihre Abbaubarkeit, da sie sich regelmäßig abtra-
gen. Bezüglich der Effektivität von Antifoulinganstrichen gibt es bei den einzelnen Produk-
ten, unter Berücksichtigung der verschiedenen Wirkungsprinzipien, große Unterschiede. In
den letzen zehn Jahren wurde weltweit eine Vielzahl von Versuchen mit Testanstrichen an
fahrenden Schiffen durchgeführt [29, 30, 31]. Die umfangreichsten Versuchsreihen in einem
Zeitraum von über 8 Jahren wurden von Watermann (LimnoMar-Hamburg) durchgeführt
.
Dabei wurden verschiedene Produkte nicht nur auf ihre Effektivität, Fouling zu verhindern,
Abb.18: Übersicht über biozidfreie Antifouling-Systeme [28]
Abb.17: Übersicht über biozidhaltige Antifouling-Systeme [28]

Kapitel 2
BEKÄMPFUNG von BEWUCHS
22
untersucht, sondern teilweise auch auf deren chemische Zusammensetzung, Toxizität und de-
ren Umweltverträglichkeit sowie auf die physikalischen Eigenschaften einiger ausgesuchten
Alternativen analysiert. Die Ergebnisse zeigten eine sehr weite Streuung der einzelnen Pro-
dukte gleicher Klasse/Technologie. Bei ablativen (CDP) und selbstpolierenden (SPC) bio-
zidhaltigen und biozidfreien Farben, aber auch bei den neu entwickelten Foul-Release-
Silikonbeschichtungen gibt es offensichtlich Vertreter die sowohl sehr gute Performance bie-
ten, als auch welche, die nur befriedigende oder sogar mangelhafte Ergebnisse liefern. Für
genauere Betrachtungen der detaillierten und umfangreichen Dokumentationen wird auf die
entsprechenden Berichte verweisen [32, 33, 34, 35, 36, 37].
2.5
Erodierende biozidhaltige Antifoulings
2.5.1
Konventionelle erodierende Antifoulings
CDP ­ Controled Depletion Polymer (hydrating antifouling)
CDP auch erodierende ablative Polymere mit kontrollierter Freisetzungsrate genannt, gehö-
ren der ersten Generation zinnfreier Antifoulings an. Verschiedene Hersteller haben unter-
schiedliche, oft nicht ganz zutreffende und verwirrende Namen für CDP-Antifoulings ge-
nannt. Dies sind z.B.: polishing (polierend), hydrating (in Wasser löslich), ion-exchange (ba-
sierend auf Ionen-Austausch), hydrolysable activated (hydrolytisch aktiv) oder sogar self-
polishing (selbstpolierend). Das meist kupferhaltige Biozid ist in der CDP-Matrix inhomo-
gen verteilt, die Farbe basiert auf Harz und ist nur zum Teil wasserlöslich. Kommt es zum
Kontakt mit Seewasser werden die Biozide aus der Farbmatrix herausgelöst, wobei durch ei-
ne Zugabe von weiteren Bioziden, sog. Kobioziden (boosting biocides), eine physikalisch
kontrollierte Freisetzungsrate erreicht werden kann. Die Leachingrate ist nicht konstant, da
die Trägermatrix eine andere Löslichkeit als das Biozid aufweist, so daß zwangsläufig Reste
der Trägermatrix (leachinglayer) übrig bleiben. Die zunehmende Stärke des Leachinglayers
behindert den Kontakt des Seewassers mit darunter liegenden Schichten des noch intakten
Antifoulinganstriches, so daß die Diffusion der Biozide immer mehr gedämpft wird. In
Abb.19 [38] ist eine typische Zunahme der Leachingslayerdicke von CDP als Zeitfunktion
schematisch dargestellt. Die CDP-Anstriche sind weder selbstpolierend noch selbstglättend,
so daß mit der Zeit auch eine Zunahme der mittleren Rauhigkeit­AHR zu erwarten ist
(Abb.38, S.36). Durch die abnehmende Biozidfreisetzung wird ein Ansiedeln von Mikroor-
ganismen erleichtert, wodurch die Leachingrate noch weiter absinkt und der Foulingprozess
unabwendbar beschleunigt wird. Die Lebensdauer dieser Farben beträgt bis zu 36 Monaten
an den Seiten und bis zu 60 Monaten auf dem Flachboden eines Schiffes. Die Kosten liegen
Abb.20: Entstehungsprinzipien eines Leachinglayers beim
CDP (hydrating)-Antifouling [39]
Abb.19: Typische Dicke eines Leachinglayers beim CDP
[38]

Kapitel 2
BEKÄMPFUNG von BEWUCHS
23
um den Faktor von ca. 1.5 gegenüber einer vergleich-
baren TBT-haltigen Farbe mit ähnlicher Performance,
allerdings bei nur 0.5-0.7 des Preises für ein SPC-
System (siehe Kap. 2.5.2). Beim Trockendocken und
vor dem Auftrag einer neuen Farbschicht muß der alte
Leachinglayer unter Hochdruck (mind. 400bar) mit
Wasser ausgewaschen werden. Auf der anderen Seite
ist nach Nygren [38] auch eine Farbschicht weniger
notwendig als beim SPC, was die Kosten des Wasser-
strahlens ggf. wieder egalisiert. Für große seegehende
Containerschiffe ist dieses System ungeeignet und
wird bei den deutschen Reedereien auf entsprechen-
den Schiffen weitgehend umgestellt. Für Handelsschiffe in der Küstenschiffahrt, kleinere
Bulker sowie Containerschiffe und Tanker mit Dockungsintervallen bis 36 Monaten kann
dieses Antifoulingsystem als eine preisgünstige Alternative angewendet werden.
2.5.2
Selbstglättend selbstpolierende Antifoulings
SPC ­ Self Polishing Copolymer (hydrolysing antifouling)
Selbstpolierende Antifoulingsfarben (SPC) waren in den letzten Jahrzehnten, meist als kopo-
lymergebundene Organozinnverbindungen, die dominierende Technologie der Unterwasser-
schiffbeschichtungen. Beim Kontakt des SPC-Anstriches mit Seewasser werden die chemi-
schen Bindungen an der Grenzfläche gelöst und die Biozide durch Hydrolyse von den Poly-
meren gleichmäßig freigesetzt. Durch die chemische Bindung des Biozides an die Polymer-
matrix findet eine langsame und konstante Freisetzung in das Seewasser statt. Bei einer aus-
reichenden Zersetzung wird, im Gegenteil zu CDP, das Polymer selbst löslich. Der Leachin-
glayer bleibt permanent sehr dünn. In Abb.22 [38] wird eine typische Zunahme der SPC-
Leachingslayer-Dicke als Zeitfunktion schematisch dargestellt. Dabei ist die beinahe kon-
stant geringe Stärke des Leachinglayers deutlich zu erkennen. Dies hat nicht nur den Vorteil,
daß die Rauhigkeit der Oberfläche gegenüber CDP geringer bleibt, sondern daß allein durch
die chemische Bindung vorgegebene Wasserlöslichkeit über die Lebensdauer des Anstriches
kontrolliert und konstant gehalten werden kann.
Durch die geringe Leachingrate kann die Lebensdauer von bis zu 60 Monaten problemlos er-
reicht werden. Nach Nygren [38] ist die Lebensdauer von SPC vor allem dadurch be-
schränkt, daß es für den während der Fahrt des Schiffes Schicht für Schicht abzupolierenden
Anstrich eine Obergrenze für die Farbdicke gibt. Diese ist für einen Intervall von 5 Jahren, in
Abb.22: Typische Dicke eines Leachinglayers beim SPC
[38]
Abb.23: Entstehungsprinzipien eines Leachinglayers beim
SPC (hydrolysing)-Antifouling [39]
Abb.21: Außenhaut mit einem stark abgetragenen,
für 36 Monate ausgelegten, CDP-Antifouling nach
über 50
Monaten im Betrieb

Details

Seiten
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2006
ISBN (eBook)
9783956360398
ISBN (Paperback)
9783832496784
Dateigröße
2.6 MB
Sprache
Deutsch
Institution / Hochschule
Technische Universität Berlin – Verkehrswesen, Land- und Seeverkehr
Erscheinungsdatum
2006 (Juli)
Note
1,0
Schlagworte
biofouling antihaftbeschichtung schiffsbewuchs foul-release-coating
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Titel: Untersuchung der Wirtschaftlichkeit silikonbasierter Antifouling Unterwasseranstriche bei seegehenden Containerschiffen
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