Mariniger Fouling: Der verborgene Widerstand im globalen Versand

Einführung

Marine Bewuchs – auch bekannt als Biofouling – ist die Ansammlung aquatischer Organismen auf untergetauchten Oberflächen, wie den Rümpfen und Schrauben von Schiffen. Es ist ein natürlicher Prozess: Innerhalb von Stunden nach dem Eintauchen einer sauberen Oberfläche in Meerwasser beginnen Mikroorganismen, sich festzuhalten und schleimige Filme zu bilden, gefolgt vom Wachstum größerer Pflanzen und Tiere. Für Schiffe erhöht dieser "Mantel" von marinem Leben den Widerstand (Widerstand) erheblich, während das Fahrzeug durch das Wasser fährt, wodurch die Motoren härter arbeiten müssen. Das Ergebnis ist ein höherer Treibstoffverbrauch, erhöhte Betriebskosten und mehr Treibhausgasemissionen. Tatsächlich kann selbst eine dünne Schicht Biofilm oder "Schlamm" auf dem Rumpf eines Schiffes zu überraschend großen Ineffizienzen führen.

Eine aktuelle Studie der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO) hat ergeben, dass ein dünner Schleimfilm von nur 0,5 mm Dicke, der die Hälfte der Rumpfoberfläche bedeckt, die Treibhausgasemissionen eines Schiffes um 20–25% (maritime-executive.com) erhöhen kann. Wenn kleine Seesterne oder Röhrenwürmer sich festsetzen können, ist die Auswirkung noch schlimmer – ein "durchschnittliches" Schiff mit leichtem kalkhaltigem Bewuchs könnte den Treibstoffverbrauch und die Emissionen um bis zu 55% (maritime-executive.com) steigern. Globalen Schätzungen zufolge gehen Forscher davon aus, dass etwa 10% des Treibstoffs der Schifffahrtsbranche damit verschwendet wird, den zusätzlichen Widerstand durch Biofouling zu überwinden, was etwa 90 Millionen Tonnen zusätzlicher CO₂-Emissionen jedes Jahr entspricht (IMO, 2020).

Klassen von marinen Bewuchsorganismen

Wissenschaftler klassifizieren marine Bewuchsorganismen in breite Kategorien, die auf Größe und Art des Wachstums basieren. Die beiden Hauptkategorien sind Mikrobewuchs und Makrobewuchs, wobei Makrobewuchs weiter in hart und weich unterteilt wird. Jede Klasse hat unterschiedliche biologische Ursprünge und Eigenschaften:

Mikrobewuchs (Biofilme oder „Schlamm“) bezieht sich auf das mikroskopische Leben, das zunächst eine Oberfläche beschichtet, einschließlich Bakterien und einzelliger Algen. Die Organismen in einem Biofilm produzieren klebrige Polymere (extrazelluläre polymere Substanzen), die helfen, sich am Rumpf und aneinander festzuhalten. Ein Biofilm kann eine Dicke von etwa 0,5 Millimetern oder mehr erreichen, und er bildet eine Grundlage.

Makrobewuchs – Weiche Bewuchsorganismen: Nach der Biofilm-Phase können sich größere Organismen am Rumpf verankern – das wird Makrobewuchs genannt. Eine Untergruppe des Makrobewuchses ist weicher Bewuchs, zu dem Organismen gehören, die fleischig, flexibel oder ohne harte Schalen sind. Diese Organismen haben oft ein pflanzenähnliches oder gelartiges Aussehen.

Makrobewuchs – Harte Bewuchsorganismen: Umfasst Organismen, die kalkhaltige oder starre Schalen bilden und sich fest anheften. Zu den gängigen harten Bewuchsorganismen gehören Seesterne, Muscheln, Schnecken und Röhrenwürmer. Diese Organismen bilden starke, zementartige Bindungen zur Oberfläche und können extrem schwierig zu entfernen sein, sobald sie etabliert sind.

Dies stellt ein Problem für Schiffe dar; es betrifft jede untergetauchte Struktur – von Ocean-Bojen bis hin zu Offshore-Windturbinen – die kontinuierliche Wartung erfordert, um das Wachstum zu entfernen und den Betrieb aufrechtzuerhalten. Im Kontext der Schifffahrt sind die Einsätze jedoch besonders hoch, da die Treibstoff- und Emissionsstrafe, die dabei entsteht, erheblich ist. Wir werden nun genau untersuchen, wie der marine Bewuchs die hydrodynamischen Leistungen eines Schiffes beeinträchtigt und warum dies zu einem Anstieg des Treibstoffverbrauchs führt.

Wie Bewuchs die Hydrodynamik des Schiffs beeinflusst

Wenn ein Schiff durch Wasser fährt, stammt der Großteil des Widerstands, auf den es trifft, von Rumpfreibung – dem Widerstand, der durch Wasser verursacht wird, das die Oberfläche des Rumpfes entlangfließt. Zeit ist ein wichtiger Faktor: Ein Rumpf, der frisch aus der Werft (mit neuer Antifoulingfarbe) kommt, könnte für einige Wochen oder Monate relativ sauber bleiben, aber über längere Zeiträume baut sich der Bewuchs schrittweise auf. Im Falle von Biofouling, das am Rumpf haftet, müssen die Motoren des Schiffes dann mehr Leistung erzeugen, um die gleiche Geschwindigkeit im Wasser aufrechtzuerhalten. Um dies zu veranschaulichen, hat eine von der IMO geförderte Analyse (IMO, 2021) den Anstieg der Treibhausgasemissionen (als Proxy für den Treibstoffverbrauch) in Bezug auf unterschiedliche Zustände des Biofoulings dargestellt.

Abbildung: Verhältnis zwischen der Schwere des Biofoulings und dem Anstieg der Treibhausgasemissionen für Schiffe, basierend auf vorläufigen IMO-Studiendaten. Die rote Kurve in der folgenden Abbildung zeigt, wie die Emissionen selbst bei geringen Mengen an Bewuchs stark ansteigen, basierend auf Daten aus realen Schiffsbeobachtungen und Modellen.

Höhenunterschiede im vorderen Teil des Rumpfes oder nahe der Wasserlinie haben tendenziell einen größeren Einfluss auf den Widerstand als dieselben Höhenunterschiede in geschützten Bereichen wie Vertiefungen oder in der Nähe des Hecks, da die vorderen Bereiche beeinflussen, wie der Fluss sich entlang des gesamten Rumpfes entwickelt. Dennoch kann sogar Bewuchs in „Nischenbereichen“ wie Seeboxen, Schubschachteln oder Propellern nachteilig sein – zum Beispiel verliert ein bewachsener Propeller oder Schubmotor an Effizienz und kann Vibrationen verursachen. Eine Schicht aus Schlamm oder Schalen auf den Propellerblättern verringert die Schubkraft des Propellers und kann die Antriebseffizienz erheblich mindern, zusätzlich zur Zunahme des Widerstands des Rumpfes.

Beispiele für Propellerbewuchs

Beispiele für Seebewuchs

Beispiele für Bewuchs in der Nähe der Wasserlinie

Eine detaillierte Analyse der Auswirkungen des marinen Bewuchses auf Schiffsrumpf kann hier gefunden werden.

Auswirkungen auf Treibstoffverbrauch und Emissionen

Die globale Schifffahrtsindustrie ist das Rückgrat des internationalen Handels, aber sie trägt auch einen erheblichen Anteil zum weltweiten Energieverbrauch und den Emissionen bei. Die Schifffahrt trägt etwa 3% zu den globalen CO₂-Emissionen bei (IMO, 2020), mit 1,056 Millionen Tonnen CO2-Emissionen im Jahr 2018. Insgesamt deuten Analysen darauf hin, dass etwa 10% der Emissionen der Schifffahrt auf den Widerstand zurückzuführen sind, der durch Biofouling entsteht, was jährlich etwa 90 Millionen Tonnen CO₂-Emissionen verhindert, was wahrscheinlich etwa 6 Milliarden Dollar zu den jährlichen Treibstoff( bunker)kosten der Handelsflotte hinzufügt (IMO, 2020).

Eine Studie, durchgeführt von I-Tech und der Safinah Group (2020), befragte 249 Schiffe zwischen 2015 und 2019 und stellte fest, dass über 40% mindestens 10% des Rumpfes mit hartem Bewuchs bedeckt hatten. Mit veröffentlichten Widerstandsdaten (von Schultz 2011) berechneten sie, dass dieses Ausmaß an Seesternbedeckung über einen großen Teil der Flotte zu etwa 110 Millionen Tonnen zusätzlichen CO₂-Emissionen pro Jahr führen würde (I-Tech und Safinah Group, 2020).

 In globalem Maßstab, wenn die internationale Schifffahrt ein Land wäre, würde sie 2023 den 7. Platz unter den globalen CO²-Emissionsquellen einnehmen. Trotz höherer CO²-Emissionen als die Fluggesellschaften im Jahr 2023 bleibt die Schifffahrt jedoch das effizienteste und umweltfreundlichste Verkehrsmittel im Vergleich der CO²-Emissionen pro Tonne Transport.

Quelle: ATAG.org (2024), Statista (2024), SEAISI (2024)

Darüber hinaus, wenn die Leistung eines Schiffes zu sehr abnimmt, könnte es die Geschwindigkeitsanforderungen des Chartervertrags nicht mehr erfüllen oder unplanmäßig in die Werft müssen, was zu Einnahmeverlusten und Wartungskosten führt. In einer Ära, in der die Schifffahrtsindustrie auch unter Druck steht, ihre CO₂-Intensität zu reduzieren, können die zusätzlichen Emissionen durch Bewuchs sogar regulatorische Kosten wie eine höhere CO₂-Steuer nach sich ziehen oder die Anforderungen der EEXI/CII nicht erfüllen.

Globale Vorschriften und Initiativen

Marine Bewuchs ist ein einzigartiges Problem, das sowohl die Effizienz der Technik als auch den Umweltschutz betrifft, da invasive Arten eine Rolle spielen. Folglich haben internationale Organisationen wie die IMO sowie nationale Regierungen Richtlinien und Vorschriften entwickelt, um verschiedene Aspekte des Biofouling-Managements anzugehen. Hier diskutieren wir die wichtigsten regulatorischen Maßnahmen und globalen Initiativen:

IMO Antifouling-Systeme (AFS) Konvention 2001 (in Kraft seit 2008): Dieser Vertrag beschäftigte sich mit dem Umweltaspekt von Antifoulingfarben. Es verbietet schädliche Antifouling-Systeme, insbesondere das Verbot von Organotinverbindungen wie TBT von den Rümpfen der Schiffe 26, die durch ein Internationales Antifouling-System-Zertifikat nachgewiesen werden, das Schiffe mitführen. Die AFS-Konvention reguliert nicht direkt die Biofouling-Leistung, förderte jedoch die Entwicklung alternativer Antifouling-Technologien, indem sie die giftigsten Farben verbot und sicherstellt, dass die Umweltschäden durch Beschichtungen begrenzt sind.

IMO Biofouling-Richtlinien (MEPC.207(62)): Im Jahr 2011 gab die IMO eine Reihe freiwilliger Richtlinien für bewährte Praktiken heraus, die das erste internationale Instrument darstellt, das direkt anspricht, wie Schiffe Biofouling auf ihren Rümpfen verwalten sollten. Das Hauptziel war, die Ausbreitung invasiver Arten zu reduzieren, ein offensichtlicher Nebeneffekt sind verbesserte Effizienz.

Im Jahr 2023, nach einem Jahrzehnt Erfahrung, verabschiedete die IMO eine aktualisierte Biofouling-Richtlinie, die die Version von 2011 aufhebt und ersetzt. Der Einfluss ist signifikant, da mehrere Jurisdiktionen Teile der Richtlinien effektiv verpflichtend gemacht haben.

Richtlinien zur Reinigung im Wasser: Organisationen wie BIMCO (Baltic and International Maritime Council) und die Internationale Organisation für Normung (ISO) haben an Standards für die Reinigung von Rümpfen im Wasser gearbeitet, um sicherzustellen, dass sie sicher und mit minimalen Umweltauswirkungen durchgeführt wird 42.

BIMCO veröffentlichte 2022 Richtlinien zur Reinigung im Wasser mit Fangtechnologie, die dem Gedanken entsprechen, dass proaktive Pflege bevorzugt wird und jede Reinigung, die Makrobewuchs entfernt, Ablagerungen erfassen sollte.

Obwohl nicht ausdrücklich über Marine-Bewuchs, bieten die Vorschriften der IMO zur Reduzierung der GHG-Emissionen von Schiffen, wie die CII-Bewertungen der Kohlenstoffintensität und der Energieeffizienz-Index für bestehende Schiffe (EEXI) (wirksam ab 2023), Strafen für ineffektive Fahrzeuge. Diese Vorschriften fördern indirekt ein gutes Bewuchsmanagement. Ein bewachsenes Schiff hat eine schlechtere Kraftstoffeffizienz, was seine CII-Bewertung (die Gramm CO₂ pro Tragfähigkeit-Meile misst) gefährden kann und das Schiff vom Betrieb ausschließen könnte, wenn die Bewertung zu niedrig ist. Mit CII haben Schiffsbesitzer einen zusätzlichen Anreiz, Rümpfe sauber zu halten, um die Umweltleistungsziele zu erreichen.

Vorschriften und Initiativen

	Neuseeland war eines der ersten Länder, das strenge Biofouling-Anforderungen für einlaufende Schiffe durchsetzte. Ab 2018 müssen Schiffe mit einem sauberen Rumpf ankommen. Im Oktober 2023 aktualisierte Neuseeland seine Vorschriften, um sich mit den neuen IMO-Richtlinien in Einklang zu bringen, die einen Biofouling-Managementplan und Nachweise über die ordnungsgemäße Reinigung vor dem Betreten seiner Gewässer verlangen.
	Australien hat ebenfalls Richtlinien und teilweise verbindliche Anforderungen für das Biofouling-Management bei internationalen Ankünften, die im Wesentlichen einen Biofouling-Managementplan und Dokumentation ähnlich den IMO-Richtlinien erfordern (sowohl Australien als auch Neuseeland waren treibende Kräfte hinter den Richtlinien bei der IMO).
	Kalifornien (USA) hat seine eigenen Vorschriften für das Management von Biofouling für Schiffe, die in seinen Häfen ankommen, einschließlich Anforderungen für regelmäßige Rumpfinspektionen und Reinigungen sowie die Berichterstattung über solche Aktivitäten.
	Andere Länder wie Chile und Brasilien haben begonnen, Regeln für Biofouling für Schiffe umzusetzen, und auch in der EU (hauptsächlich von skandinavischen Ländern vorangetrieben) gibt es Bestrebungen, strengere Biofouling-Maßnahmen in Betracht zu ziehen.

Was kann gegen Marinefouling getan werden?

Um mit marinefouling auf Ihren Schiffen umzugehen, ist zunächst ein umfassendes Wissen über den Status quo des unterwasserischen Wachstums und den Zustand Ihrer Antifoulingfarbe erforderlich. Im Allgemeinen werden Schiffe alle 2,5 Jahre unter Wasser inspiziert, im Rahmen ihrer Klassenrenovierung. Das bedeutet, dass Schiffseigner 900 Tage lang kein Wissen über den Rumpfzustand haben, und selbst beim Engagement von konventionellen Tauchern ist die Videoqualität oft zu schlecht, um verwertbare Informationen aus IWS (Unterwasseruntersuchungen) zu ziehen. Ein detaillierter Beitrag über ROV- und Tauchervergleiche kann hier gefunden werden.

In den letzten Jahren haben die Aufwendungen für Mikro-ROV (Fernsteuerbare Unterwasserfahrzeuge) oder sog. „Unterwasserdrohnen“ die Schiffsinspektionen im Rumpf kostengünstig, effizient und im Allgemeinen zugänglich gemacht. ROVs schweben entlang der Schiffsrümpfe und erfassen HD-Qualitätsbilder, die die Identifizierung von marinen Bewuchsarten in verschiedenen Wachstumszuständen ermöglichen. Die hohe Manövrierfähigkeit erlaubt eine Sicht auf ein großes, ungestörtes Bild anstelle des engen Fokusses konventioneller Taucher. Hochwertige Videodaten von ROV-Systemen eröffnen die Möglichkeit fortschrittlicher Analysen wie der Bildsegmentierungs-AI. An der Spitze der KI-Entdeckung von Marinefouling steht Vesselity Maritime Analytics, ein deutsches Tech-Start-up, das 2023 gegründet wurde.

Vesselity spezialisiert sich auf die Unterwasserbildkennung von marinem Bewuchs in Kombination mit ROV-Schiffsinspektionen und einer Software zur Verwaltung von Inhalten Hull-Sight, um das Risiko des Anhaftens von marinem Bewuchs an einem Schiff während des Betriebs zu identifizieren und die Auswirkungen auf den übermäßigen Treibstoffverbrauch zu berechnen.

Mit fortschrittlichem Wissen über den Status quo des Schiffsrumpf-Bewuchses und den Zustand der Antifoulingfarbe erhalten Schiffseigner und Flottenmanager optimale Unterstützung bei Entscheidungen für Reinigungen im Wasser von Schiffs-Rümpfen, wenn wirtschaftliche Faktoren dies nahelegen.

In einem Blogbeitrag von Wendy Laursen (2025) von Maritimemagazines.com wird der Kontext der robotischen Reinigung im Wasser eingeführt und anhand erster Beispiele zusammengefasst. Die Rolle von Mikro-ROV-Systemen bei der Inspektion von marinefouling wird hervorgehoben.

Link: https://www.maritimemagazines.com/maritime-reporter/202505/send-in-the-robots/

Eine weitere Einführung in den Aufstieg von ROV-Systemen und deren Einfluss auf die Schifffahrtsindustrie wurde von Michael Stein (2023) veröffentlicht, in der es darum geht, wie die Mikro-ROV-Klasse den maritimen Sektor verändern wird. Ein detaillierter Beitrag über dieses Kapitel kann hier gefunden werden.

Fazit

Marine Bewuchs hat große Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit und den ökologischen Fußabdruck der globalen Schifffahrt. Ein bewachsener Rumpf erzeugt versteckten Widerstand, der Schiffe zwingt, mehr Treibstoff zu verbrennen, um Geschwindigkeit zu halten, was wiederum höhere Kosten und mehr Treibhausgasemissionen bedeutet. Die Zahlen sind erschreckend: Etwa 79–110 Millionen Tonnen CO₂, die pro Jahr emittiert werden, können mit dem zusätzlichen Treibstoffverbrauch, der durch Biofouling verursacht wird, in Verbindung gebracht werden, was den Reedereien Milliarden von Dollar kostet. 

Auf regulatorischer Ebene erkennen die IMO und verschiedene Länder zunehmend ihre Verantwortung für den Umweltschutz und drängen darauf, das Management von Biofouling zu einer Standardpraxis zu machen. Schiffseigentümer, die in eine gute Rumpfwartung investieren, werden mit niedrigeren Treibstoffrechnungen und der Einhaltung strengerer Umweltvorschriften belohnt. Um dies zu realisieren, ist jedoch Wissen über den Zustand des Schiffsrumpfes erforderlich, wo das menschliche Auge nicht hinreicht. Innovative Ansätze von maritimen Technologieunternehmen greifen diese Anforderungen an versteckte Daten mit modernen Unterwasserdrohnen auf. Vesselity Maritime Analytics arbeitet an der Spitze der Unterwasser-KI, um Wissen über Marinefouling aus ROV-Video-Streams zu extrahieren und fachkundige Unterstützung bei der Bewertung des Marinefouling-Zustands zu bieten.   

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass marine fouling ein klassisches Beispiel dafür ist, wie verbunden unsere industriellen Systeme mit der Umwelt sind. Winzige Organismen, die auf einem Schiffsrumpf wachsen, können sich summieren, um den globalen Treibstoffverbrauch und die Klimaemissionen zu beeinflussen. Durch das Verständnis dieses Phänomens und den Einsatz wissenschaftlich fundierter Lösungen kann die maritime Industrie den übermäßigen Treibstoffverbrauch und die Emissionen, die durch Bewuchs verursacht werden, erheblich reduzieren.

Referenzliste

ATAG Air Transport Action Group (2024). Luftfahrt und Klimawandel (Faktenblatt Nr. 2). https://atag.org/media/gw5cgzzh/fact-sheet_2_aviation-and-climate-change.pdf

I-Tech, & Safinah Group (2020). Quantifizierung des Ausmaßes des Seesternbewuchsproblems auf der globalenSchifffahrtsflotte [Weißbuch]. https://selektope.com/wp-content/uploads/2020/12/ITECH-WHITE-PAPER_June-2020-1.pdf

Internationale Seeschifffahrtsorganisation (2020). Vierte IMO-Studie zu Treibhausgasen 2020. https://www.imo.org/en/ourwork/Environment/Pages/Fourth-IMO-Greenhouse-Gas-Study-2020.aspx

Laursen (2025). Schickt die Roboter. https://www.maritimemagazines.com/maritime-reporter/202505/send-in-the-robots/

Maritime Executive (2021). IMO-Studie zeigt höhere als erwartete Treibstoffkosten durch Bewuchs. https://maritime-executive.com/article/imo-study-shows-higher-than-expected-fuel-cost-from-fouling

Schultz, M. P., Bendick, J. A., Holm, E. R., & Hertel, W. M. (2011). Wirtschaftliche Auswirkungen von Biofouling auf ein Marines Schiff. Biofouling, 27(1), 87–98. 

SEAISI South East Asia Iron and Steel Institute (2024). Globale CO₂-Emissionen aus der Energieproduktion erreichen 2023 mit 40 Gigatonnen Rekordhoch. Referenz zu BigMint. https://www.seaisi.org/details/25413?type=news-rooms

Statista (2024). Internationale CO₂-Emissionen der Schifffahrt weltweit von 2012 bis 2023. https://www.statista.com/statistics/1291468/international-shipping-emissions-worldwide/

Stein, M. (2023). Wie die Mikro-ROV-Klasse den maritimen Sektor verändern wird: Eine einführende Analyse zu ROV, Big Data und KI. In Autonome Fahrzeuge—Anwendungen und Perspektiven. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.110278