Hans Kühn, Dipl.-Ingenieur in Hamburg, wird ausgezeichnet für die Entwicklung tiefseetauglicher, kostengünstiger und umweltfreundlicher Antriebe für Offshore-Rammhammer-Anlagen und weiterer meerestechnischer Anwendungen für den Tiefsee-Einsatz
Schwindende Erdöl- und Erdgasvorräte auf den Kontinenten zwingen die Ölindustrie zunehmend dazu, ihre Aktivitäten in den marinen Bereich hinein auszudehnen. Ausgehend von den Flachwasserbereichen in Festlandnähe ist es durch eine stetig weiterentwickelte Technologie gelungen, in immer größere Meerestiefen vorzustoßen.

Die technischen Anlagen für Exploration, Förderung und Weiterverarbeitung von Kohlenwasserstoffen entwickeln sich zu immer gewaltigeren Bauwerken und gehen zunehmend in größere Tiefen. Um die Plattformen sicher am Meeresboden zu verankern, müssen Rammpfähle tief in den Meeresuntergrund eingetrieben werden. Als Konstruktionsleiter und technischer Direktor der MENCK GmbH hat Hans Kühn Unterwasser-Rammsysteme verschiedener Leistungsstufen entwickelt.
Das Prinzip: elektrische Energie läßt sich über lange Strecken wesentlich verlustloser als hydraulische Energie übertragen. Vom Arbeitsschiff aus werden über ein Spezialkabel, das Umbilical, elektrische Energie und Steuerungssignale für die Hydraulikpumpen geliefert, die den Rammhammer am Meeresboden antreiben.

Um den Neuheitswert richtig einschätzen zu können, muß man wissen, daß bisher anders gearbeitet wurde. Beim Rammen an Land oder im flachen Wasser wurde die Antriebsenergie von einer auf dem Deck des Arbeitsschiffes stationierten Kraftstation über Druckmittelschläuche zum eigentlichen Hammer transportiert. Dazu sind mindestens drei Versorgungsleitungen nötig: zwei Schlauchleitungen für die Hin- und Rückführung des Druckmittels Hydrauliköl und ein Umbilical mit Steuerleitungen. Bei Einsätzen in tieferem Wasser und bei rauhen Einsatzbedingungen kommt es zu zahlreichen Schwierigkeiten: die Druckwiderstände wachsen mit größerer Wassertiefe und durch die erforderlichen längeren Druckmittelschläuche, was u. U. dazu zwingt, ihre Zahl zu erhöhen, um das benötigte Gesamtdruckniveau zu erreichen. Von dem umständlichen Handling einmal abgesehen, besteht dauernd die Gefahr, daß Hydraulikschläuche beschädigt werden, Hydrauliköl austritt und die Umwelt verschmutzt. Mit zunehmender Leitungslänge wächst die Gefahr einer Beschädigung.
Bei den von Hans Kühn entwickelten Rammhammer-Anlagen liefert ein einfacher zu handhabendes Umbilical - und nicht eine Vielzahl von Leitungen - Energie und Steuersignale bis zum Meeresboden. Es ist ein rationelleres, weniger störungsanfälliges, energiesparendes und umweltfreundlicheres Verfahren, das im übrigen erst Einsätze im Tiefseebereich möglich macht.

Ein entscheidender Entwicklungsschritt wurde 1989/90 erzielt. In einem vom Bundesministerium für Forschung und der Kommission der Europäischen Gemeinschaften, Generaldirektion Energie, geförderten Test gelang es, im Golf von Mexiko einen Rammpfahl in 1000 m Wassertiefe 100 m tief in den Meeresboden einzurammen. Der Test wurde auf offener See von einem Arbeitsschiff aus durchgeführt. Die erfolgreich abgeschlossenen Arbeiten bewiesen, daß das Tiefsee-Hammer-Rammsystem in großen Meerestiefen eingesetzt werden kann.
Von dem Bundesminister für Forschung und Technologie wird der Test folgendermaßen gewürdigt: "Mit dem erfolgreich verlaufenden Test steht nunmehr ein zur Zeit konkurrenzloses System und Verfahren für Tiefwasser-Rammarbeiten zur Verfügung, das für die Erschließung neuer Erdöl- und Erdgaslagerstätten unter dem Meer wachsende wirtschaftliche Bedeutung hat. Damit wurde ein neuer Meilenstein in der internationalen Offshore-Technik gesetzt und ein Wettbewerbsvorsprung für ein deutsches meerestechnisches Unternehmen erreicht." Das neuentwickelte Tiefsee-Hammer-Rammsystem wurde auch kommerziell ein großer Erfolg. Denn die MENCK GmbH, 25479 Ellerau/Holst., hat auf diesem Sektor keine Konkurrenz und ist bis heute weltweit führend.
Die Praxis holt den Test jetzt ein. Aus der Rekordwassertiefe von 896 m wird die Produktionsplattform MARS Erdöl und Erdgas fördern. Zur Zeit des Rammtests lag die größte Tiefe, in der eine Plattform verankert war, noch bei 536 m. Am Markt durchgesetzt hat sich die neue Technik seit 1994. 1996 wurde die Produktionsplattform MARS im Golf von Mexiko in 896 m Meerestiefe fest verankert. Sie wird durch zwölf Bohrpfähle gesichert, die durch das von Hans Kühn konzipierte Tiefsee-Hammer-Rammsystem der Firma MENCK in den Meeresboden hineingetrieben worden sind. Im Frühjahr 1997 beginnen die Rammarbeiten für die Verankerung der Plattform RAM/POWELL in 1000 m Wassertiefe. Ein Rekord wurde schon im Februar 1996 erreicht als ein Rohr mit geringerem Durchmesser in 1200 m Wassertiefe eingetrieben wurde.Der Preisträger hat die Systeme in verschiedener Weise weiterentwickelt:
in verschiedenen Leistungsstufen, Größen und Auslegungen kleinere Systeme lassen sich modular zu einer leistungsstärkeren Einheit zusammenkoppeln die Signal- und Datenübertragung für die Steuerung und Überwachung der UW-Arbeitsgeräte wurde optimiert und weniger störanfällig gestaltet.

Die Grundidee, die hinter den Neuentwicklungen von Hans Kühn steht, ist die, Systeme zu bauen, die Antriebsenergie für ganz verschiedene Anwendungen auf den Meeresboden bringen und die möglichst einfach einzusetzen sind:
Für großtechnische Anwendungen im Offshore-Bereich wurde eine Konfiguration getestet, bei der künftig eine Unterwasser-Antriebseinheit unter Wasser umgesetzt werden soll, um zwei verschieden schwere Hämmer anzutreiben. Wenn der Bohrpfahl durch sein Eigengewicht in den Meeresboden eingesunken ist und noch weit über den Meeresboden herausragt, wird er vorsichtig mit Schlägen des kleineren Hammer eingetrieben, um ihn nicht zu verbiegen. Später, wenn der Widerstand beim Eintreiben größer wird, führt der schwere Hammer die Rammarbeiten fort.

Als Anwendungen für die UW-Kraftstationen bieten sich an: der Antrieb von UW-Fahrzeugen, UW-Schneiden und UW-Sägen und der Antrieb von Hydraulikpumpen zum Rammen, Hämmern oder Rütteln.
Für die Meeresforschungstechnologie sind die Systeme interessant als Antrieb für Tiefseehammerlote zur Gewinnung größerer Kernlängen und für die Erzeugung von seismischen Signalen am Meeresboden für die marine Geophysik.
Hans Kühn, in seinem beruflichen Werdegang als Konstrukteur, Entwicklungsleiter, technischer Direktor sowie beratender Ingenieur, ist Autor einer Vielzahl von technischen Veröffentlichungen. Er ist Erfinder oder Miterfinder von etwa 30 Erfindungen, die zu mehr als 100 von ihm oder seinem jeweiligen Arbeitgeber angemeldeten deutschen und internationalen Patenten führten.

Ingo Stender, Dipl.-Physiker, ist wissenschaftlicher Direktor an der Forschungsanstalt der Bundeswehr für Wasserschall und Geophysik in Kiel.

Die K.E.R.N.-Region verdankt Ingo Stender ein großes, internationales Forschungsprojekt, das die Eckernförder Bucht zu dem wohl am genauesten untersuchten Stück Meeresboden weltweit gemacht hat.
Über 80 Meeresgeologen und -biologen, Biochemiker und Geochemiker, Meeresakustiker, Physiker, Geophysiker und Experten vieler anderer Fachrichtungen von über 25 Instituten aus 5 Ländern, deren gewichtiges Forschungsgerät größtenteils mit Frachtflugzeugen über den Atlantik gekommen war, haben seit 1993 in bisher zehn Meßkampagnen des Projektes JOBEX untersucht, wie Erdgas entsteht.

Im Schlickboden der Eckernförder Bucht, in dem sonst keine Lebewesen zu finden sind, erzeugen Bakterien in einem komplizierten biochemischen Prozeß Methangas. Es ist das Ausgangsprodukt - der Grundstoff - für Erdgas und auch Erdöl wie es sich in Jahrmillionen unter hohen Drucken und Temperaturen gebildet hat. Methan ist auch ein Treibhausgas, das wie Kohlendioxyd beim Eintritt in die Atmosphäre klimaverändernde Wirkung hat.
Schlickböden, in denen Methan entsteht, gibt es an vielen Stellen der Erde. Warum also diese große Forschungsexpedition zur Eckernförder Bucht? Das Einzigartige, die wissenschaftliche Attraktion ist die natürliche Gasproduktion bis dicht an die Schlickoberfläche. Die Wissenschaftler können die Prozesse wie im Tagebau untersuchen, ohne den Vorgang selbst zu stören oder zu zerstören. Dies macht die Eckernförder Bucht zum Naturlabor für die Forschung zur Erdgasentstehung.
Von welchen Einflüssen hängt die Gasentstehung ab? Wie und warum verändert sie sich, wie ist das Gas im Schlick verteilt, wie tritt es aus, wie kann man die Entstehungsbedingungen erfassen? Welche Umwelteigenschaften sind die Voraussetzung für die Gasentstehung auch in anderen Seegebieten? Die Antworten auf solche Fragen werden Teil eines umfassenden Computer-Simulationsmodells, des eigentlichen Ziels dieses wissenschaftlichen Großprojekts.
Eine Expedition mit ähnlicher Zielsetzung fand inzwischen in einem Seegebiet vor der amerikanischen Küste mit einem ganz anderen Meeresbodentyp statt. Insgesamt sieht das Forschungsprojekt die genaue Erfassung von drei - sehr stark verschiedenen - Meeresbodentypen vor, um das Simulationsmodell durch Kombination der Typeneigenschaften für weltweite Gültigkeit zu entwickeln.
Meßverfahren, die das Innere des Meeresbodens mit hoher Suchleistung vom Schiff aus und ohne Bodenberührung erfassen, beruhen auf dem Echolotprinzip. Eine spezielle Signalverarbeitung zeichnet ein akustisches Bild der inneren Meeresbodenstruktur, das sich in Sedimenteigenschaften umrechnen läßt. Solche Umrechnungen sind jedoch nur möglich, wenn diese Sedimentmerkmale mit direkten Sondenmessungen vor Ort bestimmt worden sind. Das Forschungsprojekt Eckernförder Bucht hat einen solchen, außergewöhnlich vollständigen und engmaschigen Datensatz von direkt gemessenen Eigenschaften des Schlickbodens geliefert. Diese Daten sind das wissenschaftliche Kapital, das die Forschung zutage gefördert hat. Durch sie wurde die Eckernförder Bucht zu einem Referenzgebiet und Kalibrierlabor auch für künftige, neue Meßverfahren und Einzeluntersuchungen.
Die Umrechnungsprogramme für die akustische Fernmessung auf der Grundlage dieser Datenbasis stellen als Software der Meßverfahren die eigentliche technologische Innovation dar. Die Vielzahl der eingesetzten Verfahren in ihrer Gesamtheit ermöglicht eine Kennzeichnung der Bodeneigenschaften, die der Differentialdiagnose in der modernen Medizin entspricht.
Eines der überraschendsten Ergebnisse ist die kurzzeitige Veränderlichkeit des Gasvorkommens im Schlick. Nicht erst in geologischen Zeiträumen, sondern bereits im Wechsel der Jahreszeiten treten wesentliche Veränderungen wie in einer Art Zeitraffer ein. Deshalb ist zu erwarten, daß die Erfassung dieser Veränderlichkeit über weitere Jahre neue Erkenntnisse auch für die Modellierbarkeit erbringen wird.Der bisherige wissenschaftliche Ertrag ist in einer großen Zahl von Einzelveröffentlichungen in internationalen Fachzeitschriften und in mehreren Monographien erschienen, die die Eckernförder Bucht weltweit bekannt gemacht haben. Die wissenschaftlichen Projekttagungen in Kiel und Eckernförde mit allen beteiligten Experten sind ebenfalls etwas Ungewöhnliches: die meisten Spezialisten der unterschiedlichen Fachrichtungen haben zum ersten Mal in einem fachlich so weit gespannten Forschungsprojekt zusammengearbeitet. Dabei ist es ihnen gelungen, ihre Ergebnisse den Kollegen der anderen Fachrichtungen trotz des unterschiedlichen Fachvokabulars allgemeinverständlich zu vermitteln. Es ist sicher eine der bedeutendsten Leistungen des Projekts, daß diese Zusammenarbeit von soweit auseinanderliegenden wissenschaftlichen Disziplinen gelungen ist.
Die Gesamtkosten des Projekts liegen in zweistelliger Millionenhöhe. Fördermittel des Bundes und des Landes decken nur einen kleinen Teil der Projektkosten. Es ist das Verdienst Ingo Stenders, die US-Partner als Projektträger für den weitaus größten Teil des Eckernförder Experiments gewonnen zu haben.
Ausgangspunkt für Ingo Stender, der sich mit seinen grundlegenden Arbeiten über die Auffindbarkeit von Minen im Meeresboden, vor allem in Ostsee-Sedimenten einen Namen gemacht hat, war das Interesse der Marineforschung an gashaltigen Meeresböden, weil sie die Schallortung stark verändern.
Gestützt auf wegweisende Untersuchungen Kieler Universitäts-Institute, insbesondere für Geologie und Geophysik und von GEOMAR sowie auf eigene Arbeiten in der Eckernförder Bucht, konnte Stender die Amerikaner von der wissenschaftlichen Einzigartigkeit dieses Gebiets überzeugen. So wurde das Projekt Eckernförder Bucht auch ein Vorzeigeprojekt des Office of Naval Research der USA, dessen Technischer Direktor das wissenschaftliche Symposium in Eckernförde selbst eröffnete und dabei den Begriff des Naturlabors geprägt hat.
Für Ingo Stender stand fest, daß die sehr komplexe Forschungsaufgabe auf die Zusammenarbeit vieler Fachrichtungen angewiesen war, aber umgekehrt den beteiligten Fachrichtungen Zugang zu Datenmaterial bieten würde, auf das jede von ihnen bei der eigenen Fragestellung angewiesen war. Diese Selbstverstärkungseinwirkung war auch die Erfolgsgrundlage bei der Gewinnung von Wissenschaftlern mit internationalem Ansehen, die ihrerseits hochangesehene Kollegen für das Projekt interessieren konnten. Alle Teilnehmer haben unbeschränkten Zugang zu allen Daten und Ergebnissen, ohne Aufrechnen von Leistung und Gegenleistung.
Noch vor dem Abschluß aller Analysen wird bereits die Fortsetzung des Projekts geplant. In einem auf acht Jahre angelegten Langzeitprogramm sollen ab 1998 allein von der US-Seite jährlich drei bis vier Millionen Dollar in das Projekt Eckernförder Bucht investiert werden. Daten und Ergebnisse werden über Internet weltweit abrufbar.
Für die deutsche Seite mit ihrem weiterhin kleinen personellen und finanziellen Anteil bedeutet das Projekt eine zukunftsweisende und weit in die Zukunft reichende Investition in die K.E.R.N.-Region. Das Naturlabor Eckernförder Bucht hat in bisher beispiellosem Umfang wissenschaftliche Grundlagen innovativer Technologie in der Meerestechnik und Meeresmeßtechnik geliefert. Die Ergebnisse und das Naturlabor selbst werden auch über die Dauer des Langzeitprogramms hinaus Bestand haben und das Profil von K.E.R.N. als Technologie-Region schärfen.

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