Allgemein — U-Boot-Technologie der Zukunft

Dieser Artikel wird mit fre­undlich­er Genehmi­gung der “Marine­Fo­rum — Zeitschrift für mar­itime Fra­gen” veröf­fentlicht.

Marineforum

U-BOOTTECHNOLOGIE DER ZUKUNFTVOM BEDARF ZUR LÖSUNG

Von Peter Hauschildt
(Peter Hauschild ist Leit­er Forschung und Entwick­lung. Pro­jek­te Deutsche Marine, Konzepten­twurf bei Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH im Konz­ern ThyssenK­rupp Marine Sys­tems )

Heute und zukün­ftig wird dem U-Boot ein immer bre­it­eres Spek­trum an Auf­gaben abver­langt, von Maß­nah­men gegen Ter­ror­is­ten auf See über U-Jagd und Kampf gegen Schiffe bis zur Unter­stützung für Ein­sätze an Land. Diese Auf­gaben find­en vor­wiegend in den schwieri­gen Bedin­gun­gen der Küstengewäss­er statt, set­zen jedoch heute mitunter weite Anfahrtswege bis zu den Krisen­schau­plätzen der Welt voraus.

Der Beitrag beschreibt wichtige Aspek­te und neue Entwick­lun­gen in der U-Boot-Tech­nolo­gie.

Antrieb – AIP

Nicht-nuk­leare U-Boote sind auf­grund ihrer aus­geze­ich­neten Manövri­er­fähigkeit­en für Ein­sätze in Küstengewässern beson­ders geeignet.Mit einem mod­er­nen außen­luftun­ab­hängi­gen Antrieb­ssys­tem (air-inde­pen­dent propul­sion = AIP) kann das U-Boot tief getaucht lange Zeit im Oper­a­tions­ge­bi­et ver­weilen. AIP ist der Schlüs­sel zur fak­tis­chen Unent­deck­barkeit: Das U-Boot kann Auf­gaben im Bere­ich der Aufk­lärung, Überwachung und Erkun­dung sowie zum Ver­brin­gen von Spezialkräften mit einem extrem niedri­gen Ent­deck­ungsrisiko aus­führen.

ThyssenK­rupp Marine Sys­tems (TKMS) bietet heute die einzi­gen voll aus­gereiften AIP-Sys­teme: Den Stir­ling-Motor, ein seit 20 Jahren im aktiv­en Ein­satz befind­lich­es AIP-Sys­tem, und die PEM-Brennstof­fzelle (BZ), ein hoch entwick­eltes AIP-Sys­tem, das heute weltweit bei mehreren Mari­nen im Ein­satz ist.

Stir­ling-Motor (Foto: TKMS) Brennstof­fzelle (Foto: TKMS)

Die Forderung einiger Mari­nen nach län­geren Ein­satzzeit­en und höher­er AIP-Geschwindigkeit führt zu ein­er Nach­frage nach mehr an Bord mit­ge­führter AIP-Energie. Bei­den genan­nten Sys­te­men sind in dieser Hin­sicht Gren­zen geset­zt, dem Stir­ling- Motor haupt­säch­lich durch den Sauer­stoff­be­darf und der Brennstof­fzelle (BZ) vor­wiegend durch das Gewicht der Wasser­stof­flagerung in Met­all­hy­dridzylin­dern.

Um diese Begren­zung des BZ-Sys­tems zu über­winden, entwick­elt TKMS einen Methanol­re­former. Der Methanol­re­former erzeugt den Wasser­stoff für den Betrieb der Brennstof­fzelle an Bord, wodurch die Met­all­hy­dridzylin­der nicht mehr erforder­lich sind. Die an Bord mit­ge­führten Energiere­ser­ven kön­nen somit ein­fach erhöht wer­den, ohne das U-Boot wesentlich ver­größern zu müssen. Ein weit­er­er Vorteil liegt in der vere­in­facht­en Logis­tik, da Methanol flüs­sig und weltweit zu gün­sti­gen Preisen erhältlich ist.

Das zurzeit entwick­elte Sys­tem basiert auf der Dampfre­formierung von Methanol, wobei ein wasser­stof­fre­ich­es Gas­gemisch im Reformer erzeugt wird. In einem weit­eren Schritt wird der größte Anteil des Wasser­stoffs mit ein­er Mem­bran­fil­tere­in­heit aus dem so genan­nten Refor­mat aus­ge­filtert. Die Rest­gase aus der Mem­bran­fil­tere­in­heit enthal­ten immer noch brennbare Kom­po­nen­ten, die mit reinem Sauer­stoff ver­bran­nt wer­den, um die für die Reformierung benötigte Wärme zu erzeu­gen.

Das Ver­fahren find­et unter erhöhtem Druck statt, um die Abgasaus­bringung bei den meis­ten Tauchtiefen ohne zusät­zlichen Kom­pres­sor erre­ichen zu kön­nen. Der im Reformer erzeugte Wasser­stoff ist von sehr hoher Qual­ität und eignet sich für die direk­te Nutzung in den bewährten Siemens- Brennstof­fzel­len­mod­ulen.

Demon­stra­tionsan­lage eines 240-kW-Methanol­re­form­ers (Foto: TKMS)

Bei Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH (HDW) wurde vor eini­gen Jahren die Demon­stra­tionsan­lage eines Methanol­re­form­ers aufgestellt. Zurzeit arbeit­et HDW an der Enden­twick­lung aller Kom­po­nen­ten, damit sie für den Ein­satz an Bord eines U-Boots geeignet sind – eine große Her­aus­forderung angesichts der Notwendigkeit, eine ver­fahren­stech­nis­che Anlage in die geschlossene Atmo­sphäre eines U-Boots zu inte­gri­eren. Der Methanol­re­former selb­st wird hier­bei mit diversen Sicher­heitsvorkehrun­gen verse­hen, um die Besatzung vor schädlichen Gasen und Flüs­sigkeit­en zu schützen.

Mit der Entwick­lung des Methanol­re­form­ers verbindet HDW die Vorteile von AIP-Brennstof­fzel­len­sys­te­men mit den Vorteilen eines flüs­si­gen Brennstoffs, wodurch dem Kun­den eine weit­ere Alter­na­tive im Bere­ich der AIP-Tech­nolo­gie bei TKMS geboten wird.