Kurzzusammenfassung
Von der Segel-Photovoltaik-Vision zum ganzheitlichen emissionsarmen Containerschiff – ein Entwurfsprozess im Rahmen meiner Bachelorarbeit
Zu Beginn meiner Bachelorarbeit im Studiengang Industrial Design stand eine ambitionierte Vision: die Entwicklung eines Containerschiffs, das mit großen, fest installierten Segelflächen betrieben wird, die zusätzlich mit flexibler Photovoltaik (PV) bespannt sind. Die Idee basierte auf der Überlegung, zwei erneuerbare Energiequellen – Wind und Sonne – auf derselben Fläche synergetisch zu nutzen. Das Ergebnis sollte ein nahezu emissionsfreies Frachtschiff sein, das den heutigen ökologischen und ökonomischen Anforderungen im Seeverkehr gerecht wird.
Meine ursprüngliche Konzeptidee kombinierte großflächige, aufrichtbare Flügelsegel mit dünnen, leichten Solarzellen. Diese Segel sollten nicht nur Vortrieb durch Wind liefern, sondern gleichzeitig Strom erzeugen, um elektrische Systeme an Bord zu betreiben oder einen unterstützenden E-Antrieb zu speisen. Die Ästhetik und Struktur des Schiffs wurden dabei stark durch die integrierten PV-Segel geprägt – es war ein klar futuristisch geprägter, idealistischer Entwurf.
Im Laufe meiner Recherche wurde jedoch deutlich, dass die technologische und wirtschaftliche Umsetzung solcher PV-bespannten Segel mit erheblichen Herausforderungen verbunden ist. Besonders das Verhältnis von Energieertrag zu Fläche, die mechanische Beanspruchung der Segel, die Integration von Solarzellen in bewegliche Elemente sowie die notwendige Wartung und Reparatur im maritimen Umfeld erwiesen sich als problematisch. Zudem zeigte sich, dass der Energiebedarf eines Containerschiffs – selbst bei moderaten Geschwindigkeiten – durch Photovoltaik allein, auch bei großzügiger Fläche, nicht im Ansatz gedeckt werden kann.
Daraufhin begann ich, das Antriebskonzept systemisch neu zu denken. Der Fokus verlagerte sich von einer rein solaren Lösung hin zu einem modularen, hybriden Ansatz. Die Segelflächen blieben als primärer Windantrieb Bestandteil des Entwurfs, allerdings nun in ihrer effizienteren und technisch bewährten Form – ohne integrierte PV-Flächen. Stattdessen kamen kleinere, mobile Photovoltaikflächen zum Einsatz, etwa auf Containerschienen montiert oder flexibel auf Decksflächen verteilt. Diese erzeugen weiterhin wertvolle Energie für Bordnetze, ohne die Segelmechanik zu beeinträchtigen.
Zentral für das neue Konzept wurde die Integration eines synthetischen, flüssigen Kraftstoffs: Dimethylether (DME). Durch seine gute Verbrennungseigenschaft, den sauberen Abgaswerten (kaum Ruß, keine Schwefeloxide) und die Möglichkeit zur CO₂-neutralen Herstellung aus grünem Methanol oder Biomasse erwies sich DME als vielversprechender alternativer Kraftstoff für die Schifffahrt. Seine Speicherung und Handhabung erfordern zwar neue Infrastruktur und Sicherheitskonzepte, dennoch ist DME im Vergleich zu Ammoniak oder Wasserstoff technisch und wirtschaftlich zugänglicher – besonders für Umbauten oder hybride Antriebe.
Ergänzt wird das neue Antriebskonzept durch ein weiteres Element zur Effizienzsteigerung: ein Luftschmierungssystem für den Rumpf. Hierbei wird ein dünner Luftfilm unter den Rumpfboden gepumpt, wodurch die Reibung im Wasser und damit der Gesamtwiderstand signifikant reduziert werden kann. Dies senkt den Energieverbrauch um bis zu 10 %, ohne die Hydrodynamik gravierend zu verändern. In Kombination mit dem Windantrieb und dem effizient eingesetzten DME kann so ein erheblich emissionsreduzierter Schiffsbetrieb realisiert werden.
Im Ergebnis entstand im Laufe meiner Arbeit ein hybrides Gesamtsystem, das Segel, Solarstrom, synthetischen Kraftstoff und hydrodynamische Optimierung vereint. Dieser Wandel – vom visuell beeindruckenden, jedoch ineffizienten PV-Segel-Konzept hin zu einem modularen, realitätsnahen Design – ist exemplarisch für den interdisziplinären Entwurfsprozess im Industrial Design. Es geht nicht nur um Ästhetik oder technologische Visionen, sondern vor allem darum, im Spannungsfeld zwischen Umwelt, Technik und Wirtschaft tragfähige Lösungen für reale Herausforderungen zu gestalten.
Wer mehr zu diesem Thema erfahren möchte ist herzlich dazu eingeladen am 07.07.25 um 13:30 zu meiner Verteidigung im Schauwerk zu kommen.
Initiale Ideen
Um zu verdeutlichen wie stark sich mein Konzept, im verlauf der Bachelor Arbeit, verändert hat zeige ich hier die ersten Entwürfe. Mit diesen Bildern habe ich potentielle Prüfende angeschrieben um sie für mein Vorhaben zu gewinnen.
Problemstellung: Schweröl im Schiffsverkehr
Ein durchschnittliches Containerschiff stößt um die 1000 Tonnen CO2 pro Tag aus und legt dabei eine Strecke von 650-700 Km zurück. Viele Motoren von Frachtschiffen werden mit einem Gemisch aus Diesel und Schweröl betrieben. Dieses Schweröl ist oft mit Schwefel und anderen Stoffen verunreinigt, welche bei der Verbrennung meist ungefiltert in die Umwelt entlassen werden. Dies sind die Folgen von normalem Schiffsbetrieb ohne Zwischenfälle. Havarien sind heutzutage durch steigende Sicherheitsstandarts selten geworden, aber falls es zu einem Schiffsunglück kommt, bei dem Schiffstreibstoff oder geladenes Öl austritt, sind die Folgen katastrophal.
Mein Lösungsvorschlag
Finale Renderings
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
