Kann man mit einem segellosen Schiff segeln?
Im Jahr 1926 unternahm ein 2.000-Tonnen-Stahlschoner eine außergewöhnliche Atlantiküberquerung.
Der Name dieses Schiffs war Buckau.
Obwohl die Buckau in technischer Hinsicht ein Segelschiff war, hatte sie keine Segel - zumindest keine herkömmlichen.
Statt mit dünnen Masten und weißen Segeln war die Buckau mit zwei riesigen zylindrischen Bauteilen ausgestattet, die sich von ihrem Deck erhoben und drehten.
Durch die Drehung der großen Zylinder kam es zu einem physikalischen Phänomen, dem so genannten "Magnus-Effekt" und eben dieser Effekt sorgte dafür, das das Schiff vorwärts fahren konnte.
Im Prinzip nutzen Fußballer das selbe Prinzip, um einen Eckstoß zu verwandeln. Kricketspieler verwenden ihn für ihre Schläge und ein guter Tennisspieler nutzt ihn, um seinen Ball noch ein wenig länger in der Luft zu halten.
Die vertikalen Säulen auf diesem Schiff sind keine Schornsteine. Es sind rotierende Segel.
Als erster erkannte der deutsche Luftfahrtingenieur Anton Flettner, dass der Magnus-Effekt nicht nur im Bereich des Sports nützlich sein könnte.
Flettner war Direktor des Instituts für Aerodynamik in Amsterdam und meldete im Jahr 1922 ein deutsches Patent auf ein Schiff an, das von vertikalen, im Wind rotierenden Zylindern angetrieben wurde.
Im Jahr 1924 kaufte er die Buckau und baute sie unter anderem mit Hilfe des Aerodynamikers Ludwig Prandtl in Kiel zum ersten "Rotorschiff" um.
Das Schiff hatte zwei rotierende Zylinder mit einem Durchmesser von 2,8 und einer Höhe von 18,3 Metern.
Als Antrieb dienten ein Dieselmotor mit 162 kW und zwei "Flettner-Rotoren" mit je 7,5 kW, die Stromversorgung erfolgte über einen 33-kW-Dieselmotor; die "Windangriffsfläche" (das entspricht der abgewickelten, in die Ebene projizierten Segelfläche) der beiden Türme betrug 88 m².
Das Prinzip dahinter kann man so erklären:
Bläst Wind gegen einen rotierenden Zylinder, wird die Luft beschleunigt ("mitgezogen"), wo die Drehrichtung des Zylinders und die Windrichtung zusammenkommen. Auf der gegenüberliegenden Zylinderseite wird sie abgebremst, strömt also langsamer.
Dadurch entstehen also ein hinter dem Zylinder Überdruck und vor ihm ein Unterdruck.
Dieser Druckunterschied zwischen der vorderen und der hinteren Oberfläche des Rotors schiebt ein solches Schiff vorwärts.
Flettner berichtete, dass durch den Magnus-Effekt entstehende Vortrieb etwa 10 mal größer wäre als der durch ein Segel mit gleicher Größe bezogen auf den Querschnitt der Zylinder.
Dazu kam, dass die Rotoren leichter als Masten und Takelage waren, obwohl sie aus Stahl bestanden.
In der Praxis funktionierte der Antrieb fantastisch und das Schiff war doppelt so schnell wie vor dem Umbau, als es noch konventionelle Masten mit Segeln besessen hatte.
Außerdem konnte die Buckau im Vergleich zu herkömmlichen Segelschiffen in einem flacheren Winkel zum Wind kreuzen.
Mit anderen Worten: Sie konnte näher an den Wind heranfahren und trotzdem noch dessen Kraft nutzen, wo ein herkömmliches Segelschiff schon Probleme gehabt hätte.
Im Februar 1925 hatte die Buckau etwa 60 Probefahrten im Bereich um Kiel hinter sich; das Schiff wurde dann in den kommerziellen Dienst übernommen und transportierte Holz von Danzig nach Leith in Schottland durch die Nordsee.
Sie kam mit dem oft stürmischen Wetter hervorragend zurecht, weil sie ja keine Segel hatte.
Im Jahr 1926 wurde das Schiff in "Baden-Baden" umgetauft und segelte im selben Jahr in weniger als sechs Wochen über den Atlantik nach New York.
Die Baden-Baden war noch einige Jahre im Holztransport in amerikanischen Gewässern unterwegs, bevor sie auf konventionellen Motor- und Schraubenantrieb umgestellt wurde, weil dieser energieeffizienter war.
Fossile Brennstoffe waren damals schließlich billig und schienen im Überfluss vorhanden.
Im Jahr 1931 sank das Schiff schließlich in der Karibik während eines Hurrikans.
Die Buckau. Foto: Wikimedia Commons
Anton Flettners Erfindung geriet ein halbes Jahrhundert lang in Vergessenheit.
Dann suchten die Reedereien aus Sorge um die Umweltverschmutzung durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die steigenden Treibstoffkosten nach einer effizienteren Antriebsmethode.
Die meisten Schiffe verbrennen eine sehr schmutzige Art von Treibstoff, die man Heavy Fuel Oil oder Bunkeröl nennt.
Das ist der Bestandteil des Rohöls, der übrig bleibt, nachdem alle nützlichen Produkte destilliert und extrahiert wurden. Bunkeröl ist eigentlich nichts anderes als ein Teerartiger Rückstand des Prozesses.
Dieses "schwere Heizöl" ist billig, aber bei seiner Verbrennung entstehen eine ganze Menge giftiger Chemikalien.
Es gibt Untersuchungen, nach denen die 15 weltweit größten Schiffe mehr Schwefeloxid ausstoßen als alle Autos der Welt zusammen.
Das ist ziemlich fatal, denn der weltweite Warentransport erfolgt zu mehr als 90 Prozent über das Wasser.
So wurden im Jahr 2019 fast 800 Millionen Schiffscontainer in Standardgröße über den Ozean bewegt, wobei allein im Hafen von Shanghai mehr als 43.000.000 Container umgeschlagen wurden.
Der Unterschied zwischen Diesel und Bunkerkraftstoff.
Diesel ist transparent, während Bunkerkraftstoff dick und schwarz ist.
Im Jahr 2008 brachte dann die Firma Enercon, eigentlich ein Hersteller von Windkraftanlagen, das erste Hybrid-Rotorschiff namens "E-Ship" auf den Markt. Man wollte damit Turbinenprodukte des Unternehmens und andere Ausrüstung transportieren.
Als Hauptantrieb des Schiffes dient zwar immer noch eine Schraube, aber wenn die Windverhältnisse günstig sind, werden die Rotorsegel "angeworfen".
Dadurch können die Hauptmaschinen gedrosselt werden, was Kraftstoff spart und die Emissionen reduziert.
Enercon behauptet, dass man durch den gezielten Einsatz von Rotoren etwa 25% Kraftstoff eingespart habe.
Im Jahr 2012 dann gründete eine Gruppe finnischer Ingenieure ein Unternehmen namens "Norsepower", das Rotorsegel in verschiedenen Größen herstellt.
2015 installierte Norsepower zwei Rotorsegel auf dem RoRo-Schiff "M/V Estraden" der finnischen Reederei Bore.
(Unter einem RoRo-Schiff versteht man ein Transportschiff, das nach dem Roll on roll off- Verfahren (englisch für anrollen und wegrollen) beladen werden kann.)
Im Jahr 2018 rüstete Norsepower das Frachtschiff "Fehn Pollux" mit einem 18 Meter hohen Flettner-Rotor aus.
Und im selben Jahr begann die Firma, das Rotorkonzept mit der weltgrößten Reederei "Maersk" zu testen.
Bei einem solchen Versuch wurden zwei Flettner-Segel an Bord der "Maersk Pelican" montiert; die Pelican ist ein Schiff mit einer Bruttotonnage von mehr als 60.000 Tonnen.
Die Segel führten zu einer Treibstoffersparnis von 8,2 Prozent; das entspricht etwa 1.400 Tonnen CO2.
Das Rotorschiff "Barbara" in der Stadt Barcelona im Jahr 1926. Foto:
Im Gegensatz zu den Ganzstahlrotoren von Flettner verwendet Norsepower moderne Materialien wie Kohle- und Glasfasern, die das Gewicht um den Faktor drei reduzieren.
Das bedeutet, dass viel weniger Strom benötigt wird, um den Rotor zu drehen. Das erhöht die Effizienz beträchtlich.
"Unsere größten Rotorsegel können einen Vorwärtsschub liefern, der einer Hauptmaschinenleistung von bis zu 3 Megawatt entspricht, während sie weniger als 90 Kilowatt Strom verbrauchen", sagt Tuomas Riski, CEO von Norsepower Oy Ltd.
"Darüber hinaus können Schiffe leicht mit Rotoren nachgerüstet und durch einen Ein-/Ausschalter aktiviert werden, wobei die Rotation automatisch durch eine Software gesteuert wird."
In den letzten Jahrzehnten haben Schiffskonstrukteure verschiedene Windantriebstechnologien ausprobiert, um die Emissionen zu reduzieren und die Effizienz zu verbessern.
Ein Beispiel dafür ist neben den hier beschriebenen Rotorsegeln auch das "Drachensegel".
Aber Flettner-Rotoren werden am häufigsten eingesetzt, sagt Sofia Werner, eine Schiffbauingenieurin, die die Leistung von Flettner-Rotoren untersucht.
Ein Drachensegel.
Norsepower Rotor Segel auf der Maersk Pelican.
Das sind die derzeit größten, weltweit eingesetzten Flettner Rotoren.
Flettner Rotoren auf dem deutschen RoLo Frachtschiff E-Ship 1.
Tolle Idee! Was wurde daraus? - Segel für Containerschiffe

Wayne L Neu, Flettner rotor ship, McGraw Hill

H. O. Herzog, More Facts About the Flettner Rotor Ship, Scientific American

At last, rotor sails are back, Engineering at Sea

Katherine Kornei, Spinning metal sails could slash fuel consumption, emissions on cargo ships, Science Mag

Lynn Freehill-Maye, Rotating Sails Help to Revive Wind-Powered Shipping, Scientific American
Flettner Rotor: Sailing Ships Without Sails
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