DE10355314A1

DE10355314A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Eindämmung einer Gewässerverschmutzung

Info

Publication number: DE10355314A1
Application number: DE10355314A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Von Kleinsorgen; Kai Dipl.-Ing. Wegener
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: DE10355314B4

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Eindämmung einer Gewässerverschmutzung, insbesondere einer maritimen Ölverschmutzung, mit wenigstens einer eigenschwimmfähigen Auftriebseinheit, die eine in das Wasser reichende Mindesteindringtiefe aufweist und zur räumlichen Begrenzung an den peripheren Umfangsrand einer eigenschwimmfähigen Schmutzphase positionierbar ist. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auftriebseinheit folgende Komponenten aufweist: eine Antriebseinheit zur Eigenfortbewegung der Auftriebseinheit im Wasser, wenigstens zwei Koppelelemente zur physikalischen Koppelung mit wenigstens zwei weiteren Auftriebseinheiten, eine Ortungseinheit zur relativen oder absoluten Bestimmung der eigenen Position, einer Kommunikationseinheit, über die wenigstens zwei Auftriebseinheiten miteinander kommunizieren, und eine Steuereinheit, die die Antriebseinheit und die Koppelelemente ansteuert, ein Schmutzphasendetektor zur Bestimmung eines Übergangs zwischen Wasser und Schmutzphase.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Eindämmung einer Gewässerverschmutzung, insbesondere einer maritimen Ölverschmutzung, mit wenigstens einer eigenschwimmfähigen Auftriebseinheit, die eine in das Wasser reichende Mindesteindringtiefe aufweist und zur räumlichen Begrenzung an den peripheren Umfangsrand einer eigenschwimmfähigen Schmutzphase positionierbar ist.

Ölkatastrophen, wie sie in der jüngsten Zeit vor der spanischen und französischen Atlantikküste bedingt durch Havarien von Öltankern aufgetreten sind, führen deutlich vor Augen, welch große Gefahren für die maritime sowie auch kontinentale Flora und Fauna bestehen. Werden aufgrund von so genannten Schwerwetterlagen strömungs- und windbedingt Ölteppiche auf Küstenstriche getrieben, so potenziert sich der ohnehin für die maritime Umwelt eingetretene Schaden erheblich, zumal letztlich personal- und kostenintensive Säuberungsaktionen, sofern überhaupt noch durchführbar, an den mit ölverschmutzten Küstenstreifen vorgenommen werden müssen. Zur Vermeidung von Öl bedingten Küstenverschmutzungen nach bereits eingetretenen Schiffshavarien werden an sich bekannte Schwimmbarrieren um den zumeist flächig zusammenhängend sich ausbildenden Ölteppich positioniert. Die Schwimmbarrieren werden mittels geeigneter Spezialschiffe vor Ort transponiert und durch Zusammenfügen einzelner Schwimmsegmente in Form eines schlauchartig zusammenhängenden Gebildes ins Wasser verbracht. Derartig bekannte Schwimmbarrieren dienen vornehmlich dazu, eine Zergliederung der Ölflächen, bedingt durch Wind- und Strömungseinflüsse, weitgehend zu verhindern. Die Durchführung dieser Maßnahmen setzt jedoch moderate Wind- und Wetterverhältnisse voraus, die in den meisten Fällen jedoch nicht gegeben sind, zumal sich Schiffshavarien in den meisten Fällen bei Schlechtwetterbedingungen ereignen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Eindämmung einer Gewässerverschmutzung, vorzugsweise einer maritimen Ölverschmutzung, mit wenigstens einer eigenschwimmfähigen Auftriebseinheit, die zur räumlichen Begrenzung einer sich eigenschwimmfähig ausbildenden Schmutzphase, bspw. in Form eines Ölteppichs, eine in das Wasser reichende Mindesteindringtiefe aufweist und an den peripheren Umfangsrand der Schmutzphase positionierbar ist, derart weiterzubilden, dass ihr Einsatz auch unter Schlechtwetterbedingungen möglich wird. Zudem soll eine Wind- und Strömungsabdrift bedingte Abdrift einer sich im Oberflächennahen Gewässerbereich ausgebildete Schmutzphase weitgehend vermieden werden, um die Verschmutzungsgefahr für Küstenabschnitte zu reduzieren.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 18 ist ein entsprechendes Verfahren zur Eindämmung einer Gewässerverschmutzung, insbesondere einer maritimen Ölverschmutzung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Grundsätzlich eignet sich die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Fällen einer Gewässerverschmutzung, in denen sich eigenschwimmfähige Verschmutzungsschichten an der Wasseroberfläche ausbilden. Die weiteren Ausführungen nehmen jedoch vornehmlich Bezug auf den Fall einer maritimen Ölverschmutzung. Der allgemeine Erfindungsgedanke soll hierdurch jedoch nicht eingeschränkt werden.

Im Gegensatz zu bis anhin bekannten Schwimmbarrieren für den Einsatz maritimer Ölverschmutzungen, die von Schiffen in Form miteinander zusammengesetzter Schwimmsegmente ins Wasser abgeworfen oder abgewickelt werden, liegt der Erfindung die Idee zugrunde, intelligente Auftriebseinheiten einzusetzen, die bspw. von Flugzeugen in niederer Höhe im Bereich des jeweiligen Ölteppichs abgeworfen werden und selbst organisiert, d.h. eigenständig eine den Ölteppich umgebende Schwimmbarriere ausbilden.

Zur Bewerkstelligung dieser Aufgabe verfügen die einzelnen Auftriebseinheiten jeweils über eine technische Mindestausrüstung, auf die im Weiteren eingegangen wird.

Jede einzelne Auftriebseinheit sieht zum Zwecke der Eigenschwimmfähigkeit sowie dem Vorsehen eines Stauraums einen hohlen Auftriebskörper vor, der vorzugsweise Luftgefüllt ist, und einen inneren Hohlraum umschließt, in dem eine Antriebseinheit, eine Ortungseinheit, eine Kommunikationseinheit, ein Schmutzphasendetektor sowie eine Energieversorgunsgeinheit vorgesehen sind.

Mit Hilfe einer geeigneten Antriebseinheit vermag sich jede einzelne Auftriebseinheit in eine Vorzugsrichtung fortzubewegen. Hierfür eignen sich vorzugsweise an sich bekannte Schiffschraubenantriebe oder Antriebssysteme, die auf dem Rückstoßeffekt beruhen, wie bspw. an sich bekannte Wasserstrahltriebwerke.

Überdies weist jede Auftriebseinheit wenigstens zwei Koppelelemente auf, die zur physikalischen Kopplung mit wenigstens zwei weiteren Auftriebseinheiten dienen. Die Koppelelemente ermöglichen letztlich einen festen Zusammenschluss der vereinzelt ins Wasser abgeworfenen Auftriebseinheiten zu Ausbildung einer langen, aus einzelnen Auftriebseinheiten bestehenden Schwimmbarriere. Um ein organisiertes Zusammenfinden der Vielzahl im Wasser befindlichen Auftriebseinheiten zu einer einheitlichen einen Ölteppich an seinem peripheren Umfangsrand umschließenden Schwimmbarriere zu ermöglichen, bedarf es darüber hinaus in jeder einzelnen Auftriebseinheit einer Kommunikationseinheit, über die ein ständiger Informationsaustausch zumindest zwischen den einzelnen Auftriebseinheiten erfolgt. Die auszutauschenden Informationen betreffen zum einen Ortsinformationen und zum anderen die Kenntnis, ob sich die einzelnen Auftriebseinheiten in Wasser oder Öl befinden.

So verfügen die Auftriebseinheiten jeweils über eine geeignete Ortungseinheit, sei es in Form eines Funkpeilers, durch den zumindest die Relativlage zwischen den einzelnen Auftriebseinheiten bestimmbar ist, oder in Form einer GPS-Empfangseinheit, mit der die absolute Raumlage bestimmbar ist.

Um letztlich eine exakte Positionierung der sich aus einer Vielzahl einzelner Auftriebseinheiten zusammensetzenden Schwimmbarriere längs des peripheren Umfangsrandes eines Ölteppichs zu ermöglichen, bedarf es einer die Wasserverschmutzung detektierbaren Sensoreinheit bspw. in Form eines Öldetektors, mit dem der Unterschied zwischen Öl und Wasser feststellbar ist.

Zur Energieversorgung der einzelnen Komponenten bedarf es darüber hinaus einer bordeigenen Energieversorgungseinheit, die von einer einfachen Batterie bis hin zu einer Energieproduzierenden Einheit reichen kann, bspw. in Form eines Minireaktors, in dem Öl verbrannt wird, einer Brennstoffzelle, eines Sonnenkollektors oder eines die Wellenenergie in elektrische Energie umsetzenden Generators.

Ist ein vollständiger Ringschluss um einen Ölteppich mit Hilfe der Vielzahl von Auftriebseinheiten hergestellt, so ermöglichen die Antriebseinheiten der einzelnen Auftriebseinheiten den auf den Ölteppich einwirkenden Strömungen und Winden entgegen zu wirken, um ein unkontrolliertes Abdriften des Ölteppichs zu verhindern. Sobald es die Wetterlage gestattet und entsprechende Einsatzschiffe vor Ort eingetroffen sind, kann mit konventionellen Separationstechniken der Ölfilm vom Meerwasser entfernt werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Auftriebseinheit besteht im zusätzlichen Vorsehen von Komponenten, mit denen das Öl vor Ort bearbeitet werden kann. Dies kann vorzugsweise durch eine Ölbehandlung erfolgen, durch die eine Umwandlung des Öls in eine Form erfolgt, die einen weitaus geringeren Schaden auf die Biosphäre ausübt als das im Wasser vorliegende Öl. Bspw. ist es denkbar, die einzelnen Auftriebseinheiten mit zusätzlichen Containern auszustatten, die mit geeigneten mikrobiologischen Stoffen befüllt sind, die Öl in weniger schädliche Sekundärprodukte umwandeln. Ebenfalls ist es denkbar das Öl vor Ort mittels geeigneter Stoffe zu verbrennen, bspw. im Rahmen sog. mitgeführter Miniaturreaktoren, die im Wege der Verbrennung zu einer Energieumsetzung führen, durch die die technischen, in jeder Auftriebseinheit enthaltenen Elektronikkomponenten, bspw. Ortungseinheit, Kommunikationseinheit, Steuereinheit und Öldetektor, mit Energie versorgbar sind.

In einer einfachsten Ausführungsform sieht die erfindungsgemäß ausgebildete Auftriebseinheit eine mit Gas, vorzugsweise Luft inflatierbare Hülle auf, die aus einem widerstandsfähigem, vorzugsweise elastischen Material besteht und im deflatierten Zustand einen möglichst kleinen Packraum einnimmt. Innerhalb der Hülle sind die vorstehenden Elektronikkomponenten untergebracht, auf die im Weiteren näher eingegangen wird.

In einer einfachsten Ausführungsform stellt die Hülle im inflatierten Zustand einen länglich geformten Schwimmkörper dar, mit zwei gegenüberliegenden Endbereichen, an denen jeweils ein Koppelelement vorgesehen ist. In einer derartigen Ausführungsform dient die zylinderförmig ausgebildete Auftriebseinheit sowohl zur Unterbringung der im Hülleninneren vorgesehenen elektrischen Komponenten sowie auch als eigenschwimmfähiges Abtrennmittel zur Eingrenzung des Ölteppichs.

Selbstverständlich sind auch Ausführungsbeispiele denkbar, bspw. durch Ausbildung der Auftriebseinheit in Form eines starren Hohlkörpers, der die Form eines Quaders, eines Würfels, eines Ellipsoids oder einer Kugel annimmt, in dessen Inneren die für die vorstehende Funktionen erforderlichen elektrischen Komponenten untergebracht sind. Zusätzlich sieht der starre Hohlkörper wenigstens zwei sich in diametral entgegengesetzter Richtung vom Hohlkörper wegspreizende Barrierearme vor, die selbst wiederum inflatierbar sind oder als starre, länglich ausgebildete Hohlkörper ausgeformt sein können. Letztere sind über geeignete Gelenkvorrichtungen für den Transport enganliegend an den starren Hohlkörper anklappbar und im Falle ihres maritimen Einsatzes in eine von dem starren Hohlkörper abgespreizte Stellung überführbar. Wiederum weisen die Endbereiche der Barrierearme jeweils ein Koppelelement auf, über das jeweils zwei unmittelbar benachbart liegende Auftriebseinheiten miteinander verbunden werden können.

Ungeachtet der tatsächlichen körperlichen Ausführungsform der Auftriebseinheiten sollen sie in der Transportphase eine möglichst kompakte Bauform einnehmen um den insbesondere in Flugzeugen nur sehr begrenzten Transportraum möglichst effizient ausnutzen zu können. Überdies sollte die Bauform des Auftriebskörpers in der Transportphase auch unter Maßgabe einer verminderten Fallgeschwindigkeit ausgebildet sein, zumal nach dem Abwurf aus einem Flugzeug eine möglichst geringe Fallgeschwindigkeit anzustreben ist, um beim Aufprall auf die Wasseroberfläche eine möglichst geringe Stoßbelastung auf die im Inneren des jeweiligen Auftriebskörpers enthaltenen Komponenten entstehen zu lassen. Hierzu könnten mit dem Auftriebskörper verbundene Sinkfallschirme dienen, die nach dem Aufprall auf der Wasseroberfläche automatisch von der Auftriebseinheit abtrennbar sind.

Handelt es sich, wie vorstehend bereits beschrieben bei den Auftriebseinheiten um mit Gas inflatierbare Hüllen, so können diese unmittelbar nach Abwurf aus dem Transportflugzeug oder während des freien Falls bereits mit Luft inflatiert werden, wodurch ein Volumenkörper gebildet wird, der die Fallgeschwindigkeit minimiert und überdies Kräfte des Aufpralles teilweise zu absorbieren in der Lage wäre.

Ist eine Auftriebseinheit auf dem Wasser ausgebracht, so gilt es zunächst auf möglichst direktem Weg die Öl/Wassergrenze aufzufinden, d. h. jede einzelne Auftriebseinheit muss sich mit Hilfe ihrer Antriebseinheit durch das Wasser längs einer Vorzugsrichtung fortbewegen. Während der Fortbewegung im Wasser oder auf dem Ölteppich – letzteres trifft zu, falls die Auftriebseinheit unmittelbar nach Absetzen inmitten des Ölteppichs eingetaucht ist – sollte die Auftriebseinheit eine möglichst strömungsgünstige Form annehmen, die mit einem möglichst geringen Vortriebswiderstand verbunden ist. Dies kann einerseits dadurch erreicht werden, dass die Antriebseinheit strömungsgünstig an der Auftriebseinheit angebracht wird – handelt es sich bspw. um einen Längskörper, sollte die Antriebseinheit an der beiden Endbereiche des Längskörpers angebracht sein – andererseits sollten die ggf. an der Auftriebseinheit angebrachten Barrierearme möglichst eng anliegend am Auftriebskörper vorgesehen sein, um die Eigenfortbewegung durch das jeweilige Medium möglichst nicht zu behindern.

Wie bereits erwähnt, verhilft das „bordeigene" Antriebssystem der Auftriebseinheit dem Vortrieb sowie auch der Vorgabe der Bewegungsrichtung durch das Wasser bzw. den Ölteppich. Eine technische Realisierung könnte bspw. unter Verwendung einer konventionellen Schiffsschraube oder eines Rades erfolgen oder den Rückstoßeffekt nutzen, der entsteht, wenn Wasser oder Gase druckbeaufschlagt, bspw. mit Hilfe einer entsprechenden Pumpe durch einen entsprechend dimensionierten Strömungskanal durchströmen. Die Richtungsvorgabe kann entweder durch den Einsatz eines konventionellen Ruderblattes erfolgen oder unter Nutzung auf die Auftriebseinheit einwirkender Drehmomente, die durch unterschiedlich angeordnete und unabhängig voneinander ansteuerbare Vortriebs- bzw. Antriebseinrichtungen erzeugbar sind.

Die Eigenfortbewegung der Auftriebseinheit erfolgt einerseits unter Maßgabe einer ursprünglich vorgegebenen Vorzugsrichtung, die bspw. vom Absetzpunkt der jeweiligen Auftriebseinheit in Bezug auf den aufzufindenden Ölteppich abhängt. Aufgrund der mitgeführten Kommunikationseinheit und der ebenfalls in der Auftriebseinheit integrierten Ortungseinheit erfolgt zwischen der Vielzahl der im Wasser abgesetzten Auftriebseinheiten ein Informationsaustausch bzgl. der aktuellen Standorte der jeweiligen Auftriebseinheiten, die mit Hilfe, vorzugsweise GPS-Empfängern, erfassbar sind. Darüber hinaus verfügt jede einzelne Auftriebseinheit über einen Ölsensor, mit Hilfe dessen die Öldetektion in Wasser und damit verbunden das Erreichen eines Randbereiches des Ölteppichs möglich ist. Als geeignete Sensorsysteme eignen sich optische Sensoren, die im Wege einer Reflektionsmessung den Unterschied zwischen einer Wasser- und Öloberfläche festzustellen vermögen. Auch sind alternative Sensorsysteme denkbar, die auf Basis von Geruchs- bzw. Gassensoren arbeiten, die bspw. verdunstete Ölsubstanzen zu detektieren vermögen. Die Sensibilität derartiger Sensoren sollte eine Detektionsreichweite zwischen 0,1 und 10 m aufweisen sowie eine Detektionsrichtcharkateristik mit einem Winkelbereich zwischen 10° und 180°. Auf diese Weise ist es möglich die Meeresoberfläche zielgerichtet und längs einer Vorzugrichtung abzusuchen.

Im Falle des Auffindens des Randbereiches des Ölteppichs gilt es für die Auftriebseinheit die Funktion einer schwimmenden Barriere einzunehmen, durch die eine weitere, willkürliche Abdrift des Ölteppichs zu verhindern ist. Hierzu ordnet sich die Auftriebseinheit derart peripher längs des Randes des Ölteppichs an, so dass der Ölteppichrand mit der maximalen möglichen Erstreckung der Auftriebseinheit begrenzt wird. Im Falle einer Auftriebseinheit, die im einfachsten Fall als länglich inflatierbare Hülle ausgebildet ist, ordnet sich diese in Längserstreckung parallel zum Verlauf des Ölteppichrandes an. Weist die Auftriebseinheit hingegen einen zentralen Schwimmkörper auf, der sowohl als inflatierbare Hülle als auch in Form eines starren Hüllkörpers ausgebildet sein kann, so gilt es die vorzugsweise zwei am Schwimmkörper angebrachten Barrierearme auszufahren. Je nach Ausbildung der Barrierearme kann dies durch Inflatieren entsprechender Hüllelemente erfolgen oder durch Abklappen entsprechend vorgesehener starrer Hüllkörperarme. Die Barrierearme sowie auch der Schwimmkörper selbst weisen einen Tiefgang auf, der derart dimensioniert ist, so dass das Ölgemisch nicht unter den Barrierearmen hindurchtauchen kann. Auf der anderen Seite ragen die Barrierearme über die Wasseroberfläche mit einer lichten Höhe, so dass ein Überschwappen des Ölgemisches über die Barrierearme gleichfalls vermieden wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Auftriebseinheit sowie ggf. die mit dieser in Wirkverbindung stehenden Barrierearme Inflatiereinheiten auf, durch die das von der Auftriebseinheit bzw. den Barrierearmen eingeschlossene Volumen mit Luft inflatiert bzw. mit Flüssigkeit befüllt werden kann, um durch Variation des Füllstandes und damit verbunden durch Variation von Form und Eigengewicht der Füllkörper eine unterschiedliche, an die jeweiligen Verhältnisse angepasste Eindringtiefe in das Wasser zu erreichen.

Neben der Möglichkeit, die Füllkörper mit Umgebungsluft bzw. Wasser zu befüllen, sieht eine bevorzugte Ausführungsvariante die Mitführung von Druckbehälter oder Gasflaschen vor, um aus diesen eine definierte Gasmenge in die jeweiligen Füllkörper dosiert einströmen zu lassen.

Um letztlich einen kettenartigen Zusammenschluss einer Vielzahl einzelner Auftriebseinheiten zu erhalten, durch den der Ölteppich zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig in Form einer funktionsfähigen Barrierekette umschlossen werden soll, verfügen die Auftriebseinheiten über wenigstens zwei Koppelelemente, die jeweils eine mechanisch feste Verbindung zwischen zwei Auftriebseinheiten herzustellen in der Lage sein sollen.

Die Koppelelemente sind im Falle vorhandener Barrierearme an den Armendbereichen vorgesehen, um auf diese Weise eine möglichst große effektive Barrierelänge pro Auftriebseinheit zu schaffen. Die Koppelelemente sollten jeweils identisch ausgebildet sein, um unnötige Anordnung- bzw. Ausrichtungsprobleme zu vermeiden. Vorzugsweise sind die auf mechanischen Wirkprinzipien beruhenden Koppelelemente in Form mechanisch vorgespannter Schnappverschlüsse ausgebildet, die federkraftbeaufschlagt nach dem entsprechenden Andockereignis in einen festen, mechanisch innigen Verbindungszustand selbständig übergehen. Der Koppelmechanismus ist derart auszulegen, dass lediglich für den Zusammenschluss bzw. den Schließvorgang Energie benötigt wird, bspw. in Form von kurzzeitig frei werdender Federenergie. Ziel ist es, dass die Fügeverbindung nach einem erfolgreichen Koppelereignis energielos in der geschlossenen Stellung verbleibt.

Für den Annäherungs- und Koppelvorgang selbst ist es vorteilhaft die Koppelelemente aus permanent magnetischen Materialien zu fertigen, um auf diese Weise eine selbstzentrierende Kraftwirkung zwischen zwei sich annähernden Auftriebseinheiten zu erreichen.

Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1 stark schematisiertes Ausführungsbeispiel für eine Auftriebseinheit in Transportstellung,
2a, b Ausführungsvarianten für im Wasser befindliche Auftriebseinheiten im gekoppelten Zustand,
3 miteinander gekoppelte Auftriebseinheiten mit jeweils einem Barrierearm sowie
4a – c Piktogrammdarstellungen zur Beschreibung des Verfahrens zur Eindämmung maritimer Ölkatastrophen.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
1a zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Auftriebseinheit 1 in Transportstellung. Die Auftriebseinheit 1 weist einen ball- oder kugelförmigen starren Hohlkörper 2 auf, innerhalb dem, zeichnerisch nicht dargestellt, eine Ortungseinheit, eine Kommunikations- und Steuereinheit sowie ein Öldetektor integriert sind. Am peripheren Außenrand des starren Hohlkörpers 2 der Auftriebseinheit 1 sind zwei inflatierbare Barrierearme 3 angebracht, die zu Zwecken einer möglichst kompakten Bauform den Hohlkörper 2 umschlingen. Ebenso ist es denkbar die inflatierbaren Barrierearme 3 im Inneren des Hohlkörpers 2 gemäß Bilddarstellung 1b vorzusehen.
Für den maritimen Einsatz im Wasser werden die Barrierearme 3 vorzugsweise mit Luft befüllt und nehmen einen zeichnerisch nicht dargestellten vom starren Hohlkörper 2 jeweils diametral entgegengesetzt abstehenden Zustand ein.
Alternativ können die Barrierearme 3 selbst auch als starre Hohlkörperelemente ausgebildet sein, die über entsprechende Gelenkeinheiten zu Transportzwecken am Hohlkörper 2 eng anliegend angeordnet und für den maritimen Einsatz in einen vom Hohlkörper abstehenden Zustand überführbar sind.
In 2a und b sind alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäß ausgebildeten Auftriebseinheiten dargestellt, die sich zu einem kettenartigen Zusammenschluss innerhalb des Wassers zusammengefunden haben. Die mit dem Bezugszeichen 4 versehene Referenzlinie soll schematisiert die Meereswasseroberfläche darstellen. Gemäß 2a weist jede Auftriebseinheit 1 einen als Ellipsoid ausgebildeten Hohlkörper 2 auf, von dem sich jeweils zwei Barrierearme 3 erstrecken, an deren Endbereichen jeweils ein Koppelelement 5 vorgesehen ist. Über das Koppelelement 5 können sich zwei benachbart zueinander angeordnete Auftriebseinheiten 1 mechanisch innig zu einer Schwimmbarrierenkette gruppieren. Zur Eigenfortbewegung jeder einzelnen Auftriebseinheit 1 weist jede Auftriebseinheit 1 eine Antriebseinheit 6 auf, die gemäß zeichnerischer Bilddarstellung in 2a und b als Schraubenantrieb ausgebildet ist. Je nach Ausführungsform können ein zwei oder mehrere Schraubenantriebe (siehe Bilddarstellung gemäß 2a) an der Auftriebseinheit 1 angebracht sein. Werden bspw. mehr als eine Antriebseinheit vorgesehen, so ist eine Richtungssteuerung der Auftriebseinheit innerhalb des Wassers durch unterschiedliche Antriebsstärken längs der jeweiligen Antriebseinheiten möglich. Zur Richtungssteuerung mit Hilfe nur einer einzigen Antriebseinheit ist überdies eine entsprechende Rudervorkehrung vorzusehen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2b zeigt Auftriebseinheiten 1, die einen kugelförmigen starren Hohlkörper 2 vorsehen, von dem beidseitig jeweils zwei in entgegensetzter Richtung abstehende Barrierearme 3 vorgesehen sind. Auch diese weisen an ihren Armendbereichen entsprechende Koppelelemente 5 auf, über die Barrierearme von benachbarten Auftriebseinheiten ankoppelbar sind. Die im unteren Bereich angedeutete schwarze Linie längs der Barrierearme 2 soll verdeutlichen, dass die von den Barrierearme umschlossenen Volumina zusätzlich mit Ballastwasser 7 gefüllt werden können, um den Tiefgang t individuell anzupassen.
3 zeigt Auftriebseinheiten 1, die in der stark schematisierten Darstellung als Ellipsoidkörper ausgebildet sind und jeweils nur über einen einzigen Barrierearm 3 verfügen. Die Koppelelemente 5 in diesem Fall sind einerseits am Armendbereich der jeweiligen Barrierearme 3 sowie andererseits an der Auftriebseinheit 1 selbst vorgesehen. Auch in diesem Fall ist ein kettenartiger Zusammenschluss einer Vielzahl einzelner Auftriebseinheiten 1 möglich.
Unter Bezugsnahme auf die 4a – c sei nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren zur Eindämmung einer maritimen Ölverschmutzung mit Hilfe einer Vielzahl von Auftriebseinheiten, wie sie vorstehend beschrieben sind, erklärt. In einem ersten Schritt wird eine Vielzahl von Auftriebseinheiten, vorzugsweise mit einem Flugzeug in der Umgebung eines sich auf der Meeresoberfläche gebildeten Ölteppichs abgesetzt (siehe 4a). Anhand einer, von jeder einzelnen Auftriebseinheit mitgeführten Kommunikationseinheit stehen alle Auftriebseinheiten miteinander in Funkkontakt, so. dass es möglich ist, dass jede einzelne Auftriebseinheit die relative Lage zu allen anderen, benachbarten Auftriebseinheiten kennt. Wie bereits vorstehend erläutert, weist hierzu jede Auftriebseinheit eine Ortungseinheit, bspw. in Form eines GPS-Empfangsgerätes, auf. Nach dem Absetzen der Auftriebseinheit im Wasser bewegen sich die einzelnen Auftriebseinheiten in einer Vorzugsrichtung fort, die den einzelnen Auftriebseinheiten entweder vor dem Abwerfen in das Wasser mitgeteilt worden ist oder die durch eine Leitstelle nachträglich den im Wasser befindlichen Auftriebseinheit kommuniziert wird.
Die Eigenbewegung jeder einzelnen Auftriebseinheit innerhalb des Wassers erfolgt unter Kenntnis der Relativlage zu jedem nächstgelegenen Nachbar und unter der Maßgabe, dass der Abstand zwischen den einzelnen, sich im Wasser fortbewegenden Auftriebseinheiten möglichst konstant bleiben soll. Mit Hilfe der bordeigenen Öldetektoreinrichtungen vermag jede Auftriebseinheit Öl von Wasser zu unterscheiden (siehe hierzu 4b).
Findet eine Auftriebseinheit die gesuchte Öl/Wassergrenze, also den Rand des Ölteppichs, so gilt es zunächst die Position zu halten und diese zumindest den unmittelbar benachbarten Auftriebseinheiten mitzuteilen. Gleichzeitig entfaltet bzw. aktiviert diese Auftriebseinheit die Barrierearme und nimmt einen, den Ölteppich begrenzenden, Zustand ein. Die unmittelbar benachbarten Auftriebseinheiten versuchen nun den Abstand zu der ersten Auftriebseinheit zu verringern und mit ihren ebenfalls ausgefahrenen Barrierearmen an die erste Auftriebseinheit anzukoppeln. Dieser Vorgang wiederholt sich nun so oft, bis der gesamte Ölteppich von den jeweiligen Auftriebseinheiten umzingelt ist. Ist ein vollständiger Ringschluss um den Ölteppich geschafft (siehe 4c) versuchen die im Ringschluss beteiligten Auftriebseinheiten durch Koordination ihrer Antriebseinheiten die aktuelle Position des Ölteppichs entgegen den vorherrschenden Driftkräften verursacht durch Wind und Strömung entgegen zu wirken.
Verfügen überdies die einzelnen Auftriebseinheiten über Zusatzkomponenten, mit denen das Öl vor Ort bearbeitet werden kann, so ist es möglich, das Öl bspw. mikrobiologisch abzubauen, vor Ort zu verbrennen oder in entsprechende Reservoirvolumen abzufüllen.
Grundsätzlich ist es möglich die Vielzahl der einzelnen Auftriebseinheiten baugleich auszubilden. In vorteilhafter Weise ist es zur Verbesserung der Suchstrategie jedoch möglich unter der Vielzahl der einzelnen Auftriebseinheiten ein sog. „Leittier" auszubilden, welches sich baulich aber insbesondere in seiner Steuerungsstrategie von allen anderen Auftriebseinheiten unterscheidet. So dient bspw. die als „Leittier" ausgebildete Auftriebseinheit als Relaisstation für Informationen, die von einer übergeordneten Leitstelle, bspw. von einem Flugzeug aus abgesetzt werden und die von dem „Leittier" zur koordinierten weiteren Steuerung an die sich im Wasser befindlichen übrigen Auftriebseinheiten weitergeleitet werden. Insbesondere in Fällen, in denen der Suchvorgang nach dem Begrenzungsrand des Ölteppichs zu lange dauert, ist es vorteilhaft die Vielzahl der einzelnen Auftriebseinheiten durch Informationsweiterleitung über ein „Leittier" zu erleichtern, um letztlich den Energie verbrauchenden Suchvorgang zu verkürzen.
Das vorstehend beschriebene System stellt eine wirkungsvolle Schwimmbarriere dar, die auch bei Wetterbedingungen eingesetzt werden kann, die ein Ausbringen von konventionellen Schwimmbarrieren aufgrund von Windverhältnisse oder eines zu starken Wellenganges nicht mehr gestatten. Mit Hilfe der intelligenten, als Schwimmbarrieren dienenden Auftriebseinheiten, die überdies mit entsprechenden Prozessreaktoren ausgestattet sein können, die das durch die Schwimmbarriere umschlossene Medium, bspw. Öl, in weniger schädlich Stoffe umzuwandeln in der Lage sind, ist es möglich ohne Gefahr von Mensch und Leben die negativen Auswirkungen auf die maritime Flora und Fauna aber insbesondere die drohende Gefahr der Verschmutzung von Küstenabschnitten erheblich zu reduzieren.
Nochmals sei jedoch darauf hingewiesen, dass sich die beschriebene Vorrichtung auch in Fällen erfolgreich einsetzten lässt, in denen sich vergleichbare Gewässerverschmutzungen, bspw. durch Chemieunfälle, in Binnengewässern ereignen.

1: Auftriebseinheit
2: Hohlkörper
3: Barrierearm
4: Wasserlinie
5: Koppelelement
6: Antriebseinheit
7: Ballastwasser

Claims

Vorrichtung zur Eindämmung einer Gewässerverschmutzung, insbesondere einer maritimen Ölverschmutzung, mit wenigstens einer eigenschwimmfähigen Auftriebseinheit, die eine in das Wasser reichende Mindesteindringtiefe aufweist und zur räumlichen Begrenzung an den peripheren Umfangsrand einer eigenschwimmfähigen Schmutzphase positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebseinheit folgende Komponenten aufweist: – eine Antriebseinheit zur Eigenfortbewegung der Auftriebseinheit im Wasser, – wenigstens zwei Koppelelemente, zur physikalischen Koppelung mit wenigstens zwei weiteren Auftriebseinheiten, – eine Ortungseinheit, zur relativen oder absoluten Bestimmung der eigenen Position, – eine Kommunikationseinheit, über die wenigstens zwei Auftriebseinheiten miteinander kommunizieren und eine Steuereinheit, die die Antriebseinheit und die Koppelelemente ansteuert, – ein Schmutzphasendetektor, zur Bestimmung eines Übergangs zwischen Wasser und Schmutzphase.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebseinheit eine mit Gas, vorzugsweise Luft, inflatierbare Hülle aufweist, die im inflatierten Zustand eine längliche Form annimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die inflatierte Hülle zwei voneinander beabstandete Enbereiche aufweist, an denen jeweils ein Koppelelement angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebseinheit einen starren Hohlkörper aufweist, in dem die Komponenten mit Ausnahme der Koppelelemente vorgesehen sind, dass an dem Hohlkörper wenigstens zwei in diametral entgegengesetzter Richtung sich erstreckende Barrierearme angelenkt sind, an deren Armendbereiche jeweils ein Koppelelement angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrierearme jeweils aus einem mit Gas und/oder Flüssigkeit befüllbaren Hüllkörper bestehen, die in einem entleerten Zustand innerhalb des Hohlkörpers oder eng am Hohlkörper anliegend vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrierearme als starre Längselemente ausgebildet sind, die wenigstens über ein scharnierartig ausgebildetes Element vom Hohlkörper ausklapp- oder wegschwenkbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit in Art eines Schrauben- oder Strahltriebwerks ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelelemente in Art eines Schnappverschlusses ausgebildet sind, der in einer Koppelstellung zweier miteinander in Wirkverbindung tretender Koppelelemente in einen mechanisch stabilen Fügezustand überführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelelemente federkraftbeaufschlagt vorgespannt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelelemente Bereiche aus permantenmagnetischen Material aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortungseinheit als Funkpeiler ausgebildet ist, durch den die relative Lage zu benachbarten Auftriebseinheiten bestimmbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortungseinheit ein GPS-Empfangssystem vorsieht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmutzdetektor, vorzugsweise Öldetektor ein optisches, nasschemisches und/oder Gas-Sensorsystem ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, in der unter Zugrundelegung der eigenen Position relativ zu der Position anderer Auftriebseinheiten und der Information über die Art des die Auftriebseinheit umgebenden Mediums Steuersignale für die Antriebseinheit und/oder die Koppelelemente generiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebseinheit wenigstens eine der weiteren Komponenten aufweist: – Bioreaktor, zum biologischen Abbau der Schmutzphase, – Auffangreservoir für die Schmutzphase, – Thermoreaktor zur gezielten Verbrennung der Schmutzphase.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Bio- und/oder der Thermoreaktor zur Energietransformation geeignet ist zur Energiespeisung aller in der Auftriebseinheit enthaltenen Energieverbraucher.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebseinheit eine Energieversorgungseinheit aufweist.
Verfahren zur Eindämmung einer Gewässerverschmutzung, vorzugsweise einer maritimen Ölverschmutzung mit einer Anzahl von Auftriebseinheiten nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte: – Verteilen der Vielzahl von Auftriebseinheiten in oder um den Bereich der Schmutzphase, – Kommunikation zwischen allen Auftriebseinheiten und Bestimmen von nächsten Nachbarn, – Eigenfortbewegen jeder einzelnen Auftriebseinheit unter Vorgabe einer Vorzugsrichtung unter Einhaltung weitgehend gleich bleibender Abstände zu den nächsten Nachbarn, – Analyse des die jeweiligen Auftriebseinheiten umgebenden Mediums, Detektiert eine erste Auftriebseinheit die Schmutzphase im Wasser, d.h. ein Bereich des Randes der Schmutzphase ist gefunden, wird wie folgt weiter verfahren: – Aufsuchen und Ausrichten der jeweils die erste Auftriebseinheit unmittelbar benachbarten Auftriebseinheit relativ zu den Koppelelementen der ersten Auftriebseinheit, – Verkoppeln der ersten Auftriebseinheit mit jeweils zwei benachbart liegenden Auftriebseinheiten und – Sukzessives Wiederholen des Ausricht- und Koppelvorganges mit allen übrigen frei schwimmenden benachbarten Auftriebseinheiten mit den jeweils stirnseitigen Auftriebseinheiten der sich ausbildenden Kette von Auftriebseinheiten bis eine zumindest teilweise den peripheren Umfangsrand der Schmutzphase umschließende Kette erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass alle Auftriebseinheiten über eine Leitstelle koordiniert werden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach vollendetem Ringschluss um die Schmutzphase die Antriebseinheiten aller Auftriebseinheiten koordiniert betrieben werden zum Zwecke der Vermeidung einer Abdrift der Schmutzphase.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsuchen und Ausrichten der jeweils die erste Auftriebseinheit unmittelbar benachbarten Auftriebseinheit relativ zu den Koppelelementen der ersten Auftriebseinheit während kontinuierlicher Untersuchung des die Auftriebseinheit umgebenden Mediums durchgeführt wird.