Mega-threat from mega-carriers

The effects of the accident in the Suez Canal can still be felt today. What are the limits for navigating rivers and canals with container giants?

Eine weltweite Aufmerksamkeit wurde dem Containerriesen Ever Given gewidmet, als dieser sich am 23. März gegen 14:40 Uhr (UTC) bei der Passage des nur knapp 300 Meter breiten Sueskanals quer legte. Weitere Passagen von Schiffen waren im Anschluss nicht mehr möglich. Ein Freischleppen blieb erfolglos, da sich beide Schiffsenden infolge der großen Bewegungsenergie tief in die sandigen Uferböschungen hineingeschoben hatten.[ds_preview]

Nach einer erfolgreichen Freibaggerung konnte der Containerriese am 29. März in den Bittersee verschleppt und die Passage des Sueskanals für den Schiffsverkehr wieder freigegeben werden. Bereits kurz nach der Havarie wurde von den Behörden und Medien die entscheidende Frage gestellt: Was war ursächlich für die Blockierung des Sueskanals durch die Ever Given? Darauf gab es bislang eine Vielzahl von Antworten. Für eine Beurteilung liegt mir das Fahrtprotokoll von Maritime Casualty Specialists (MCS) vor. Das Video zeigt die Einfahrt der Ever Given von Süden in den Sueskanal bis zum Querlegen mit der nachfolgenden Beschreibung.

Um 05:06 Uhr fährt der Containerfrachter mit einer Geschwindigkeit von 8,1 Knoten in den Kanal ein. Bei einer Geschwindigkeit von 9,5 Knoten beobachtet man bereits gegen 05:17 Uhr den Verlust der Lenkkontrolle der Ever Given. Dabei drückt das Windmoment aus Süden das Schiff in Richtung des Backbord-Kanalufers.

Zwölf Minuten später beginnt bei einer Geschwindigkeit von 12,8 Knoten das Schwingen des riesigen Schiffes zwischen Steuerbord- und Backbord-Kanalufer. Eine weitere Viertelstunde vergeht. Die Geschwindigkeit der Ever Given liegt mittlerweile bei 13,7 Knoten. Nach einer letzten schwingenden Bewegung läuft das Schiff auf Grund und liegt mit beiden Schiffsenden auf den sandigen Uferböschungen, womit durch das querliegende Schiff der Sueskanal  komplett gesperrt ist.

Ruder ohne Wirkung

Die maximal zulässige Geschwindigkeit für den Sueskanal soll 8,0 Knoten betragen. Mit dieser Geschwindigkeit ist die Ever Given auch von Süden kommend in den Kanal eingelaufen. Vermutlich durch Winddruck von schräg achtern gegen die Steuerbordseite des Schiffes musste das Ruder entgegenwirken. Bei einer Geschwindigkeit von lediglich 8,1 Knoten ist die Ruderwirkung aber relativ schwach, daher musste zur Verbesserung der Ruderwirkung die Geschwindigkeit bis auf 13,7 Knoten erhöht werden. Diese Verbesserung der Ruderwirkung durch eine höhere Geschwindigkeit bewirkt nun aber den sogenannten Ufer-Effekt („bank effect“). Das ist ein gefürchtetes Strömungsphänomen, welches dem Gesetz von Bernoulli folgt.

Im vergangenen Jahr blockierte die Ever Given für einige Tage den Sueskanal – und brachte damit die globalen Lieferketten durcheinander, Foto: Nasa

Gerät das Schiff bei der Kanaldurchfahrt dichter an eine Uferseite, fließt hier das Wasser mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit vorbei als auf der Seite mit größerem Abstand zum Ufer. Wenn Wasser schnell zwischen Ufer und Schiffsrumpf fließt, senkt sich der Druck, wodurch der Rumpf hinten zum Ufer hin gezogen wird. Damit können die aufgezeichneten Schwingungen der Ever Given bei der Kanaldurchfahrt erklärt werden, die bei Erhöhung der Geschwindigkeit heftiger geworden sind.

Das Schiff befand sich also in einem Teufelskreis: Mangels ausreichender Steuerfähigkeit erhöhte man die Geschwindigkeit, woraufhin der Ufer-Effekt auftrat und das Schiff von einer Uferseite zur anderen schwang. Dieses Problem wird in Fachkreisen auch Ping-Pong-Fahrt genannt. Besonders Containerriesen mit sehr großer Masse und Windangriffsfläche sind hiervon betroffen. Im vorliegenden Fall sind bei einer Geschwindigkeit von 13,7 Knoten (7,07 m/sec) nur 10 bis 20 Sekunden erforderlich, um bei einer Kursabweichung (10 x 7,07 = 70,7 m bis 20 x 7,07 = 141,4 m) am Ufer festzufahren.

Da können auch keine vorn und achtern am Containerriesen fest vertäuten Eskort-Schlepper, helfen, den abwegigen Kurs schnell zu korrigieren. Entscheidend hierbei ist die in Bewegung befindliche sehr große Masse eines beladenen Containerriesen, von sagen wir einmal 300 000 Tonnen. Wie soll dem ein Eskort-Schlepper mit rund 80 Tonnen Pfahlzug und 1000 Tonnen Verdrängung entgegenwirken?

Bei einem Massenverhältnis von 300 : 1 lässt sich innerhalb weniger Sekunden die Fahrtrichtung des Containerriesen durch einen Eskort-Schlepper nicht ändern. Dies wäre aber innerhalb von 10 bis 20 Sekunden (67 bis 134 m) erforderlich, damit ein Auflaufen auf die Uferböschung verhindert werden kann. Die Ever Given bewegte sich zum Zeitpunkt der Havarie mit 7,07 Metern pro Sekunde (13,7 Knoten).

Gefahr auch in Deutschland

Nach meinen Überlegungen ist die Breite des Sueskanals zu gering und müsste für das Befahren mit Containerriesen in den Dimensionen der Ever Given erheblich verbreitert werden, um den Ufer-Effekt zu verringern oder gar ganz auszuschließen.

Im vorliegenden Fall wurde der Ufer-Effekt durch einseitigen Winddruck eingeleitet. Um die Ruderwirkung zum Gegensteuern zu verstärken war es erforderlich, die Geschwindigkeit von 8,0 auf 13,7 Knoten zu erhöhen, mit dem Ergebnis, dass die Fahrtschwingungen durch den Ufer-Effekt nicht mehr zu kontrollieren waren.

Eine solche Havarie ist nach meiner Ansicht auch auf der Elbe denkbar, jedoch mit weitaus schlimmeren Folgen! Bei einer Fahrrinnenbreite der Elbe von 250 bis 300 Meter Breite kann sich ein Containerriese von 400 Meter Länge mit Bug und Heck auflegen und infolge des Tidenhubs mangels dann nicht ausreichender Längsfestigkeit auseinanderbrechen. Das würde eine längerfristige Blockierung des Hamburger Hafens bedeuten, wobei auch scherwiegende Umweltschäden denkbar sind. Um den Hafen der Hansestadt sicher zu erreichen ist nicht nur allein die Wassertiefe der Fahrrinne entscheidend, sondern auch die Fahrrinnenbreite.

Erinnert sei abschließend an die Havarie des Containerriesen Indian Ocean, der sich im Februar 2016 auf der Elbe auf dem Backbord-Fahrwasserrand (in Richtung Hamburg) festgefahren hat. Auch dieses Schiff hatte zum Zeitpunkt der Havarie eine relativ hohe Geschwindigkeit von rund 14 Knoten!

Dieter Becker ist Inhaber eines Ingenieurbüros und Sachverständiger für Schiffbau der Oldenburgischen Industrie- und Handelskammer.

Dieter Becker