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FerryBoxen

Der Spion an Bord

Immer öfter statten Meeresforscher reguläre Linienschiffe mit Hightech-Kästen aus, die das Wasser für Langzeitbeobachtungen genau analysieren. Die ersten dieser FerryBoxen sind schon seit vielen Jahren im Einsatz, inzwischen gibt es europaweit Dutzende – und Ergebnisse, die mit konventionellen Methoden undenkbar wären.

Ein Schluck, noch ein Schluck und noch einer … Durch einen kleinen Einlass wird Nordseewasser durch die Stahlwand der Autofähre gepumpt. Jedes Schiff tut das, zum Beispiel für die Kühlung. Dieses Wasser hier aber hat mit dem normalen Schiffsbetrieb nichts zu tun. Es soll gerade kein Bordsystem durchlaufen, sondern vielmehr möglichst unverfälscht sein: Es fließt durch die Leitungen einer „FerryBox“, vorbei an sensiblen Messsensoren.

Temperatur, Salzgehalt oder pH-Wert – solche Daten sind das Rüstzeug für die Meeresforscher, die aus ihnen Rückschlüsse ziehen können auf Wasserqualität, Meeresumwelt und auch Klimaveränderungen. Gerade wenn es um langfristige Entwicklungen geht, brauchen sie eine große Datendichte, und das über möglichst lange Zeit hinweg. Forschungsschiffe indes sind teuer und die Zeit an Bord für jeden einzelnen Forscher stets begrenzt. „Warum stattdessen nicht Schiffe mit einem autonomen Messsystem ausstatten, die auf festen Routen fahren?“, beschreibt Wilhelm Petersen vom Helmholtz-Zentrum für Material- und Küstenforschung in Geesthacht (HZG) die Idee zur FerryBox. Die ist, grob gesagt, ein Metallschrank mit Messinstrumenten, der unter Deck montiert ist und nichts anderes tut, als rund um die Uhr Daten aufzuzeichnen. Seit 17 Jahren kommen auf diese Weise Umweltdaten aus der Nordsee für klassische, aber auch ganz neue Fragen der Meeresforschung zusammen.

Den Beginn machte eine Autofähre, die zunächst von Hamburg aus England ansteuerte, später dann von Cuxhaven. Diese Fähre steckt auch im Namen der Messtechnik: FerryBox. „Danach konnten wir auch die Eigner beziehungsweise Betreiber von Frachtern dafür gewinnen“, sagt Wilhelm Petersen, „zuletzt kam dann ein Kreuzfahrtschiff dazu.“ Eins ist bei allen Schiffen gleich, wenn die Geesthachter Forscher mit den Reedern sprechen: „Die erste Frage lautet immer: Was muss die Besatzung dabei machen?“, erzählt Wilhelm Petersen, der den operativen Betrieb der Ferry-Boxen leitet. Seine Antwort: „Nichts“. Trotzdem stelle man sich sinnvollerweise gut mit dem Chefingenieur an Bord. „Wenn der Rechner ausfällt, bitten wir die Besatzung schon mal darum, den Stecker zu ziehen und neu hochzufahren. Das ist es aber auch.“

Der Vorteil der FerryBox ist, dass sie nicht allzu viel Platz benötigt, denn gerade in den modernen Schiffsbäuchen ist es eng. Eine FerryBox hat in etwa die Maße eines großen Kühlschranks – zugegeben, eines voluminöseren amerikanischen Modells vielleicht. Das war’s. Dann brauchen die Forscher nur noch einen eigenen Wassereinlass von etwa 2,5 Zentimetern Durchmesser, den sie einbauen lassen, wenn das jeweilige Schiff ohnehin einmal im Trockendock ist.

Der Wert für die Wissenschaft ist indes immens: Die Schiffe arbeiten sehr gleichmäßig. Fähren etwa haben feste Abfahrts- und Ankunftsorte und Fahrplanzeiten. Frachter wiederum fahren zwar mit unterschiedlichen Transportaufträgen, aber dennoch regelmäßig und meist entlang der gleichen Routen. „Es wird kontinuierlich gemessen, und das ohne viel Personalaufwand. Im Vergleich zu Forschungsschiffen, von denen selbst ein kleines schon rund 10.000 bis 50.000 Euro am Tag kosten kann, sind die FerryBoxen nahezu billig“, sagt Wilhelm Petersen. Zwar müsse man initial je nach Ausstattung und Messvorhaben 50.000 bis 100.000 Euro für eine FerryBox investieren. 

Jedoch seien die laufenden Betriebskosten sehr gering, weil keine Kosten für die Schiffe anfallen und die FerryBox vollautomatisch laufe. „Wir bekommen laufend enorm viele Daten entlang bekannter Linien. Und mit jeder Dekade kann man genauere Aussagen und Vorhersagen treffen.“

Wichtig ist gute Organisation: Für technische Arbeiten am System steht immer nur begrenzte Zeit zur Verfügung: „Bei Fähren wissen wir immerhin genau, von wann bis wann sie in welchem Hafen liegen“, sagt Martina Gehrung, die als Ingenieurin beim FerryBox-Team mitarbeitet: „Anders gesagt: Wir wissen, ob wir mit der technischen Betreuung und Wartung an Bord fix sein müssen oder ob wir uns ruhig Zeit lassen können.“ Und eine Wartung ist unerlässlich: Meerwasser bringt das Risiko von sogenanntem „Biofouling“ mit sich. „Larven von Kleingetier sind so klein, die kommen überall durch“, sagt Martina Gehrung. „Wenn sie sich erst einmal festgesetzt haben und wachsen, setzt sich alles zu. Wir versuchen daher, erst gar keinen Biofilm entstehen zu lassen.“ Nach jeder Fahrt, kurz vor dem Hafen, stoppt das System deshalb automatisch und spült seine Leitungen mit angesäuertem Frischwasser durch, das den Biofilm sofort entfernen soll. Diese Selbstreinigung klappt in der Regel gut. Nur einmal mussten Martina  Gehrung und ihre Kollegen quasi als Putzteam ausrücken: Da kam es auf dem Seebäderschiff Funny Girl, das zwischen Büsum und Helgoland pendelt, zu einer Verstopfung durch Nester von ausgewachsenen Miesmuscheln oder Seepocken.  

Ohnehin läuft der Betrieb der FerryBoxen weitgehend automatisch: Während der Fahrt messen sie von alleine, kontrolliert wird das System von Geesthacht aus. Bei modernen Schiffen geschieht das per Satellit während der gesamten Route, bei älteren Schiffen besteht der Kontakt immer nur in Küstennähe über Mobilfunk. Jeweils kurz vor Einlaufen am Zielort fährt sich das System selbsttätig herunter und versendet die Daten dann vom Hafen aus ans HZG. Vom Kreuzfahrtschiff „Mein Schiff 3“ aus kommen sie via Satellit sogar alle fünf Minuten. Sie landen auf einer Plattform im Netz, die europaweit offen ist. Dort stehen auch FerryBox-Daten der anderen mittlerweile mehr als 20 europäischen Institutionen zur Verfügung, die dem Geesthachter Vorbild gefolgt sind. Jeweils andere Forscher, aber auch Behörden oder Umweltverbände können frei darauf zugreifen. 

Aktuell geht es zum Beispiel um den Kohlenstoffkreislauf der Nordsee und den Zusammenhang mit dem Klimawandel: Wie viel Kohlenstoff kann die Nordsee wann im Jahr aufnehmen und wie viel gibt sie wann wieder frei? Dies schwankt saisonal und regional stark, haben die bisherigen Datenreihen gezeigt. Um dem genauer auf die Spur zu kommen, muss die sogenannte Alkalinität bekannt sein, ein Maß für das Säurebindungsvermögen von Wasser, in diesem Fall von Kohlensäure. Die Änderungen in der Alkalinität sind allerdings sehr fein, die Schwierigkeit liegt also in der Messgenauigkeit. Hierzu hat Wilhelm Petersens Team eine passende technische Lösung erdacht. Jüngst etwa ließ sich dadurch über längere Zeit zeigen, dass das Wattenmeer offenbar als eine Art Bioreaktor mit hohen biologischen Umsetzraten funktioniert: Die Alkalinität steigt. Und diese Pufferkapazität wird vom Watt weiter in die Nordsee transportiert, was deren Rolle als Senke für CO2 begünstigt.

Ein weiteres aktuelles Thema ist Mikroplastik. Für die nötigen Messungen müssen allerdings große Wassermassen filtriert werden. Auch das ist technisch anspruchsvoll – vor allem, weil die FerryBoxen möglichst klein bleiben sollen, um auf möglichst vielen Schiffen einen Platz zu finden. Auch Messungen von Schadstoffen könnten künftig eine Rolle spielen. Die dazu nötigen autonom arbeitenden Geräte gibt es zwar noch nicht, aber FerryBox-Pionier Wilhelm Petersen ist zuversichtlich. Für die Zukunft wünscht er dem Projekt vor allem auch ein „paar mehr Wissenschaftler für die Auswertung“. Er selbst geht Ende 2019 in den Ruhestand, aber als Berater wird er wohl im Team bleiben. So ganz loslassen könne er jedenfalls nicht, sagt er und schmunzelt: „Das Ganze entfaltet sein Potenzial ja jetzt erst richtig und mit noch mehr Jahren noch viel mehr!“ 

23.11.2019 , Cornelia Reichert

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Ulrich Dzieran 2 Wochen

Interessant , ich selber lebe an der Osrtsee, und das Thema Microplastik , und die Vermüllung de Meere ,erlebe ich bei jedem Strandbesuch live. Vom Klimawandel ganz zu schweigen , die Folgen werden wohl bald kaum mehr zu übersehen sein , auch an und in der Ostseee

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