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Feb 06, 2024

Das US-Militär lässt die Idee einer heimlichen Seemacht wieder aufleben

„Wenn Sie glauben, ich mache „The Hunt for Red October“, lautet die Antwort „Ja“, sagt Susan Swithenbank von der US Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa). Der Film aus dem Jahr 1990 mit Sean Connery war zu sehen

„Wenn Sie glauben, ich mache „The Hunt for Red October“, lautet die Antwort „Ja“, sagt Susan Swithenbank von der US Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa).

In dem Film von 1990 mit Sean Connery war das sowjetische U-Boot „Roter Oktober“ zu sehen, das über ein nahezu geräuschloses Antriebssystem verfügte, wodurch es sehr schwer zu entdecken war.

Jetzt, 30 Jahre nach dem Film, arbeitet Darpa an einem Schiffsantriebssystem, das dem im Film beschriebenen „Raupenantrieb“ ähnelt.

Das als magnetohydrodynamischer Antrieb (MHD) bezeichnete System verfügt über keinerlei bewegliche Teile – nur Magnete und elektrischen Strom.

Es funktioniert, indem es ein Magnetfeld im rechten Winkel zu einem elektrischen Strom erzeugt. Dadurch entsteht eine Kraft – die sogenannte Lorentzkraft –, die auf das Meerwasser einwirkt und das Fahrzeug vorantreibt.

Ohne Propeller oder Antriebswelle, die das Wasser aufwirbelt, könnte ein funktionierender MHD-Antrieb eine schnelle und völlig geräuschlose Fahrt ermöglichen.

Ingenieure arbeiten seit Jahrzehnten an MHD-Antrieben und das ursprüngliche Konzept stammt aus den 1960er Jahren.

1992 baute die japanische Schiffs- und Ozeanstiftung Yamato-1, ein 30 m langes Schiff, das einen MHD-Antrieb testete.

Allerdings war der Antrieb so schwer, dass die Yamato-1 nur mit einer Geschwindigkeit von 6,6 Knoten vorankommen konnte. Es hat auch viel Energie verbraucht.

Aber Forscher sagen, das Projekt habe bewiesen, dass ein solcher Antrieb funktionieren könne, und nützliche Daten geliefert.

„Authentische Informationen zu Mängeln und Schwachstellen, zusammen mit dem, was gemacht werden sollte … wenn wir in Zukunft eine Yamato-2 durchführen“, sagt Hiromitsu Kitagawa, Gastwissenschaftler am Ocean Policy Research Institute, zu dem auch das japanische Schiff gehört und Ocean Foundation ist jetzt Teil.

Das Yamato-Projekt zeigte, dass viel stärkere Magnete sowie robustere Elektroden erforderlich wären – die Teile des Antriebs, die mit dem Wasser in Kontakt kommen.

Laut Frau Swithenbank könnte das erste dieser Probleme jetzt mit einer neuen Generation von Magneten, die von der Kernfusionsindustrie entwickelt werden, leicht lösbar sein.

Fusion ist die Reaktion, die Sterne antreibt. Aber um dies hier auf der Erde zu ermöglichen, sind oft extrem starke Magnete erforderlich, um wirbelnde Wolken aus brennend heißem Plasma einzudämmen.

Die von diesen neuen Magneten erzeugte Kraft wird mit einer Verdoppelung des Drucks am Boden des tiefsten Meeresgrabens verglichen.

Zwar stehen mittlerweile stärkere Magnete zur Verfügung, doch am zweiten Problem, dem Schutz der Elektroden, muss noch gearbeitet werden.

Metall korrodiert, wenn es in Meerwasser gebracht wird, und elektrischer Strom beschleunigt diesen Prozess. Einige Arten von Magnetfeldern haben die gleiche korrosive Wirkung.

Auf der Yamato-1 wurde festgestellt, dass die Elektroden pro Jahr etwa 3 % ihrer Masse verloren.

Jeffrey Long, ein Forschungschemiker am US Naval Research Laboratory (NRL), ist Batteriespezialist und erwartet, zusammen mit seinem Kollegen Zachary Neale am Darpa-Programm teilzunehmen.

„Wenn Sie jemals Büroklammern in eine Tasse Salzwasser gelegt haben, die an eine 9-Volt-Batterie angeschlossen ist, werden Sie bemerken, dass sich das Wasser verfärbt, weil das Metall korrodiert“, sagt er.

„Im Wesentlichen wollen wir Elektroden, die nicht korrodieren und gleichzeitig die hohe elektrische Stromdichte unterstützen, die für einen effektiven Betrieb erforderlich ist.“

Allerdings bedeutet die Verbesserung der Beschichtungen in der Brennstoffzellen- und Batterieindustrie in den letzten Jahren, dass dieses Problem möglicherweise nun lösbar ist.

Obwohl dies wichtige Fortschritte sind, bleiben andere Probleme bestehen.

Wenn ein Strom durch Meerwasser geleitet wird, wird die Wasserstoff-Sauerstoff-Bindung aufgebrochen, wodurch Gasblasen an den Elektroden entstehen, die einen Widerstand erzeugen und die Effizienz des MHD verringern.

Mögliche Lösungen müssen getestet werden, darunter auch Gasdiffusionselektroden, die von der Brennstoffzellenindustrie entwickelt werden. Andere Techniken entfernen die Blasen, bevor sie sich bilden.

Schließlich gibt es noch das Problem der Erosion, bei der kollabierende Blasen zu Lochfraß führen. „Es ist, als hätte man Sandpapier auf der Elektrode“, sagt Frau Swithenbank. Aber auch hier sind die Arbeiten in anderen Branchen vielversprechend.

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Wenn das Darpa-Team die Probleme überwinden kann, werden die Vorteile enorm sein.

Ohne bewegliche Teile dürften MHD-Antriebe deutlich weniger Wartung erfordern als bestehende Antriebssysteme.

„Aber der wahre Grund, warum sich jeder dafür interessiert, ist, dass es viel leiser ist, da es keine beweglichen Teile gibt“, sagt Frau Swithenbank. „Für die Landesverteidigung ist das zweifellos ein großer Vorteil.“

Ein leises System ohne herumwirbelnde gefährliche Propeller könnte auch für die Tierwelt besser sein.

Die Arbeiten an dem Projekt werden im kommenden Frühjahr ernsthaft beginnen, mit einem zweijährigen Programm zur Entwicklung von Materialien – insbesondere Elektrodenmaterialien – gefolgt von einem 18-monatigen Zeitraum zur Entwicklung, Herstellung und Erprobung des Antriebs.

Ziel ist die Herstellung eines Prototyps eines MHD-Antriebs, der ein kleines Schiff antreiben könnte, der sich aber auch für den Antrieb eines Containerschiffs oder eines Militärschiffs skalieren lässt.

Der Antrieb müsste außerdem eine Energieeffizienz aufweisen, die mit bestehenden Propellersystemen mithalten könnte.

„Sehe ich, dass dies in den nächsten fünf Jahren in kommerziellen Schiffen zum Einsatz kommt? Nein. Aber es ist in der Zukunft absolut möglich“, sagt Frau Swithenbank.