Projekt „LUKAS“: Fernüberwachung von Schiffsabgasen

19 Oktober 2022

Das dtec.bw-geförderte Projekt „LUKAS“ an der Universität der Bundeswehr München entwickelt neuartige, mobile Mess- und Warnverfahren für den Gesundheits-, Umwelt- und Katastrophenschutz.

Das vom dtec.bw – Zentrum für Digitalisierungs- und Technologieforschung der Bundeswehr geförderte Forschungsprojekt „LUKAS“ unter der Leitung von Prof. Thomas Adam (Universität der Bundeswehr München) und Prof. Ralf Zimmermann (Universität Rostock) entwickelt neuartige, mobile Mess- und Warnverfahren für den Gesundheits-, Umwelt- und Katastrophenschutz. Vor kurzem erprobte es dafür seine Messtechnik auf dem Forschungsschiff Elisabeth Mann Borgese. Durch die Erkennung von Abgasmustern lassen sich auch über große Entfernungen Gesetzesverstöße und Gefahren für die Gesundheit messen.

Der Seeweg dominiert den globalen Güterverkehr. 90 Prozent aller Warentransporte erfolgen per Schiff. Etwa ein Drittel aller weltweiten Handelsschiffbewegungen beginnen oder enden dabei in der EU. Nord- und Ostsee gehören damit zu den am dichtesten befahrenen Meeren der Welt. Auch Tank-, Fähr- und Passagierschiffe tragen zu dieser Entwicklung bei. Was wichtig für Handel und Tourismus ist, wird für die Umwelt und die küstennahe Bevölkerung zunehmend zum Problem. Denn die Verbrennung von Schweröl oder Schiffsdiesel setzt große Mengen schädlicher Substanzen in Form von Gasen und Partikeln frei. Um die Schwefeldioxidemissionen einzudämmen ist seit 2015 in vielen Küstenzonen, wie Nord- und Ostsee, Ärmelkanal oder der amerikanischen Küste, die Verwendung von Schiffstreibstoffen mit einem Schwefelanteil von mehr als 0,1 Massenprozent mit wenigen Ausnahmen gesetzlich verboten. Ob dieser Wert eingehalten wird, ist nur schwer kontrollierbar. Hier kommt das Forschungsprojekt „LUKAS“ (Mobiles Luftschadstoffwarnsystem für den Gesundheits-, Umwelt- & Katastrophenschutz durch Echtzeitüberwachung & -evaluation atmosphärischer Aerosole sowie Ortung der Schadstoffquelle) ins Spiel.

Großflächige Fernüberwachung – auch auf hoher See

Eine Anwendung des im Rahmen „LUKAS“ entwickelnden Messsystems ist die großflächige Fernüberwachung von Schiffsabgasen hinsichtlich gesetzeskonformer Treibstoffe bei gleichzeitiger Identifizierung der Verursacher. Kernstück des „LUKAS“-Systems ist die vom Kooperationspartner Universität Rostock entwickelte Technologie der laserbasierten Einzelpartikel-Massenspektrometrie mit der eine Vielzahl metallischer und komplexer organischer Schadstoffe auf einzelnen Partikeln nachgewiesen werden können. Da jeder Treibstoff ein spezifisches chemisches Abgasmuster hervorruft, kann somit durch die Einsaugung weniger Abgaspartikel auf den verwendeten Kraftstoff und das verwendete Abgasnachbehandlungssystem zurückgeschlossen werden – alles in Echtzeit. Weitere Einsatzgebiete sehen die Projektleiter Prof. Thomas Adam von der Universität der Bundeswehr München und Prof. Ralf Zimmermann von der Universität Rostock, an dessen Lehrstuhl die Technik entwickelt wird, im Katastrophen- und Zivilschutz sowie in der Terrorabwehr.

Seetauglichkeit festgestellt

Neben dem Küsteneinsatz soll „LUKAS“ auf seefahrenden Schiffen eingesetzt werden können. Daher galt es die Seetauglichkeit des Messsystems erstmalig unter Beweis zu stellen. Dies gelang nun kürzlich während einer zweitägigen Ausfahrt mit dem Forschungsschiff Elisabeth Mann Borgese. Hierzu wurde die Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Ostseeforschung (IOW) und der Universität Rostock genutzt, welche im Rahmen des DFG-finanzierten internationalen Forschungsvorhabens „PlumeBaSe“ den Einfluss von Schiffsemissionen auf die baltischen Meeresökosysteme und die Luftqualität untersucht. Auf Einladung der Fahrtleiterin Dr. Helena Osterholz vom IOW nahm das „LUKAS“-Team Ende September an der Ausfahrt der Elisabeth Mann Borgese vom Heimathafen Rostock in deutsche Ostseegewässer teil. Die Messtechnik wurde in einem der beiden Labore an Bord aufgebaut und während der Fahrt auf Herz und Nieren geprüft. Die Abgasfahnen vorbeifahrender Schiffe konnten trotz mehrerer Kilometer Entfernung eindeutig erfasst werden. Durch den hohen Wellengang kam es zu keinem Geräteausfall, so Prof. Adam. Eine weitere 14-tägige Testausfahrt, bei der erstmalig der gleichzeitige Einsatz und das Zusammenspiel von land- und schiffsbasierten „LUKAS“-Messsystemen getestet werden soll, ist für das Frühjahr 2023 vorgesehen. Ostsee- und Küstenregion um Rostock-Warnemünde dienen dabei als Modellregion für die Erprobung der Messtechnik des derzeit bis Ende 2024 angesetzten Forschungsprojektes.

^{Titelbild: Das „LUKAS“-Team (v.l.n.r.): Prof. Jan Hovorka (Charles University Prag), Dr. Helena Osterhold (Leibniz-Institut für Ostseeforschung), Prof. Ralf Zimmermann (Universität Rostock) und Prof. Thomas Adam (Universität der Bundeswehr München) vor dem Forschungsschiff (© Institut für Ostseeforschung IOW/K. Beck)}