Ein wesentlicher Aspekt bei der Einsparung von Kraftstoff und der damit verbundenen Reduzierung von CO2-Emissionen auf Kreuzfahrtschiffen ist die Reduzierung des Gewichts. Die MEYER WERFT wendet aus diesem Grund schon seit langem großflächigen Leichtbau mit besonderen Anforderungen an lokale Stützstrukturen an. Durch diese individuellen Anforderungen und der damit verbundenen variierenden Materialstärke ist es erforderlich, auch die Schweißprozesse, die auf den herkömmlichen Anlagen deshalb nur noch eingeschränkt automatisiert durchgeführt werden können, weiterzuentwickeln und neue, hocheffiziente Schweißprozesse einzusetzen. Gerade in Hinblick auf die Globalisierung und die wachsende Konkurrenz sind innovative und effiziente Fügetechnologien bei der Herstellung von Schiffen zwingend erforderlich, um die Spitzenposition der deutschen produzierenden maritimen Industrie beizubehalten.

In diesem Projekt wird das Hochleistungs-Laserstrahlschweißen von vor allem Dickblechen prozesssicher entwickelt und eine entsprechende Systemtechnik für die industriellen Fertigungsanlagen erarbeitet. Die Ressourceneffizienz und der ökologische Aspekt der Fertigung von maritimen Komponenten sollen durch eine Substitution von konventionellen Lichtbogenschweißverfahren und Laserstrahl-Lichtbogen-Hybridschweißverfahren erhöht werden. Die Qualitätssicherung in Form von digitalen Zwillingen (smarte Produktion) ist von fundamentaler Bedeutung, um eine gleichbleibend hohe und defektfreie Schweißnahtqualität sicherzustellen. Die Ziele sind neben der Erhöhung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit auch die Reduzierung des Energie- und Ressourcenverbrauches und der Fertigungskosten, welche durch angepasste Strahlformung, einem höheren Wirkungsgrad und kürzere Prozesszeiten erreicht werden.

Im Anschluss an das Forschungsvorhaben soll eine Technologie zum Aufrüsten der Anlage zur Verfügung stehen und eine Anwendung konzeptionell betrachtet werden.

Zur Erreichung der Klimaneutralität in der Kreuzfahrtindustrie, ist die Entwicklung neuer, innovativer Antriebssysteme von zentraler Bedeutung. Sowohl die sich ändernden Regularien als auch die Attraktivität für Kunden erfordern eine Umstellung auf saubere und effiziente Systeme. Hierbei ist die Brennstoffzellentechnologie mit integrierter Kraftstoffreformierung im Zusammenhang mit Batterien ein wesentlicher Innovationsträger, technologieführend geprägt durch die MEYER WERFT. Hier werden seit vielen Jahren Brennstoffzellenlösungen für maritime Anwendungen enzwickelt und sie ist Vorreiter in der Anwendung von neuen Kraftstoffen wie Methanol und LNG (inklusive SynGas), was es ermöglicht, in Zukunft hocheffiziente und emissionsfreie Passagierschiffe für alle relevanten Kraftstoffe anzubieten.

Aufbauend auf den Erkenntnissen des Vorgängerprojekts Pa-X-ell2 wird ein Konzept für ein Kreuzfahrtschiff mit einem hybriden Energiesystem und LNG/SynGas entwickelt, das vollständig auf Brennstoffzellen und Batterien basiert. Ziel ist hierbei die Entwicklung einer neuartigen, schiffbaulichen Infrastruktur, einer thermischen und elektrischen Integration verschiedener Systeme sowie der Sicherheitstechnik, die eine vollständige Hotellast in einem hybriden Energiesystem gewährleistet.

Die Realisation einer vollständigen Energieversorgung von Passierschiffen mit Brennstoffzellen in einem hybriden Energienetz mit einem nicht-fossilen, umweltfreundlichen Treibstoff für den Hafenbetrieb, bietet einen großen Entwicklungssprung hin zu einer emissionsarmen und energieeffizienten Kreuzfahrt und stellt einen großen Meilenstein auf diesem Entwicklungspfad dar.

Eingefügt in die „Maritime Agenda 2025“ zur Stärkung der maritimen Wirtschaft beschäftigt sich dieses Projekt mit der Sicherung und dem Ausbau der Technologieführerschaft für das Schweißen im Sonderschiffbau. Die Potentiale der maritimen Digitalisierung sollen erschlossen und ressourceneffiziente Produktionsmethoden gestärkt werden, um die Entwicklung von smarten Technologien und der maritimen Digitalisierung voranzutreiben. Dieser Forschungsschwerpunkt soll verkürzte Durchlaufzeiten und eine Reduzierung der Fehlerraten bei gleichzeitig verbesserter Produktqualität gewährleisten.

Ziel ist hier eine ganzheitliche Betrachtung der Schweißaufgabe der Vorfertigung für den Sonderschiffbau und die Entwicklung einer selbstlernenden, KI-basierten Fertigungstechnologie. Angestrebt wird eine anwendungsnahe Demonstration der technologischen Möglichkeiten durch Prozess- und Marktanalysen, der Entwicklung von Hard- und Softwarekomponenten und der Integration mit selbstlernender Methodik. Hieraus resultieren Konzepte, welche die Grundlage für kurzfristige Umsetzungen zur Sicherung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit des Deutschen Schiffbaus bilden. Der Fokus liegt hierbei auf der produktiven und verzugsreduzierten Herstellung von Modulen und komplexen Baugruppen.

Die MEYER WERFT erstellt die für das Projekt grundlegende Prozessanalyse für den Anwendungsfall Schiffbau und es erfolgt die Formulierung der Anforderungen an KI-Regelung, Sensortechnik, Schweißprozess und Bauteilverzug. Im Anschluss folgt im Projekt die Entwicklung einer neuartigen Laserstrahlquelle, eine auf einer KI-Entwicklung basierten Schweißstrategie, die Entwicklung und Konstruktion eines integrierten Bearbeitungskopfes zur flexiblen Automatisierung, Schweißversuche zur Grundlagenentwicklung im Schweißprozess im werftnahen Umfeld, die KI-Entwicklung der adaptiven, selbstlernenden Regeltechnik inklusive deren Erprobung in einer Versuchsanlage und die Validierung durch Schweißversuche an realitätsnahen Strukturbauteilen. Final erfolgt die Optimierung und Übertragung des entwickelten Gesamtsystems auf die prototypische Anwendung sowie eine Konzeptentwicklung für zukünftige Umsetzungen.

Das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist ein urformendes Fertigungsverfahren, das eine vergleichsweise schnelle Fertigung großformatiger Metallkomponenten ermöglicht und mittels Roboterunterstützung auch zur Realisierung komplexer Geometrien eingesetzt werden kann. Die jeweilige Schweißzusatz-/Schweißschutzgaskombination beeinflusst die mikrostrukturellen Eigenschaften, wie zum Beispiel das sich einstellende Gefüge und die Korngrößen. Dies hat wiederum Einfluss auf die daraus resultierenden mechanisch-technologischen Eigenschaften.

Ziel dieses Projektes ist die Verbesserung der mikrostrukturellen Eigenschaften mittels WAAM gefertigter Komponenten. Durch die aktive Beeinflussung der Erstarrungsbedingungen sollen feinkörnige, quasiisotrope Gefüge und eine optimierte Nahtgeometrie mit einer deutlich erhöhten Dauerfestigkeit erreicht werden. Außerdem wird geprüft, durch welche prozessbegleitende Behandlung gegebenenfalls auftretende Oberflächendefekte behoben werden können. Bei dieser bislang nicht eingesetzten Fertigungsstrategie sind sowohl subtraktive Verfahren als auch thermische Prozesse denkbar. Da die auf diese Weise hergestellten Strukturen in ihrer zu erwartenden Güte eine deutlich höhere Festigkeit gegenüber herkömmlichen WAAM-Strukturen aufweisen, ist im Anschluss eine eingehende materialwissenschaftliche Betrachtung zur Einordnung in relevante Kerbfallkonzepte vorgesehen.

Im ersten Schritt werden an schiffbaulich repräsentativen, additiv gefertigten Strukturen die jeweiligen Spannungsformzahlen und Kerbwirkungszahlen rechnerisch ermittelt und es erfolgt eine Validierung dieser gewonnen Werte auf Basis experimenteller Schwingfestigkeitsuntersuchungen. Die so gewonnenen Erkenntnisse in Verbindung mit weiterführenden materialwissenschaftlichen Untersuchungen ermöglichen das Herausarbeiten von Grundlagen zur Eingruppierung mittels WAAM gefertigter Strukturen in relevante Kerbfallkataloge. Die unter Produktionsbedingungen hergestellten Proben werden intensiv untersucht. Geeignete Schweißzusätze und Schweißschutzgase werden ausgewählt und mit praxistauglichen Schweißparametern verarbeitet. Ein iteratives Vorgehen, gepaart mit einer entsprechenden Messtechnik sind hierbei eine wichtige Voraussetzung.

Bei der Einhaltung des Pariser Klimaschutzabkommens und Senkung der Netto-Treibhausgasemissionen spielt die Entwicklung von emissionsfreien Technologien eine wichtige Rolle. Energie und Ressourcen optimal einzusetzen und anwendungsoptimierte Werkstoffe zu qualifizieren sind ein unverzichtbarer Hebel in diesem Zusammenhang, woraus sich das Forschungsprojekt MariSteel mit dem Fokus auf den Einsatz von Hochleistungsschweißverfahren in Kombination mit innovativen Stahlwerkstoffen ergibt.

Ziel dieses Vorhabens ist es, einer CO2-neutralen Herstellung zu folgen und sich dabei auf die zukünftigen Produktionsbedingungen in Richtung einer innovativen, flexiblen Fertigung auszurichten. Ein weiterer Baustein ist die Reduzierung der Stahlsortenvielfalt und Entwicklung moderner Schiffbaustähle, die dem Schiffbau neue Leichtbaumethoden ermöglichen und zu einer geringeren Schiffsmasse beitragen. Ein anwendungsgerechter Schiffbaustahl sollte eine hohe Schweißeignung haben, in seinen Eigenschaften in der Wärmeinflusszone stabil sein und durch Vollmechanisierung und Automatisierung seine Potentiale optimal nutzen, sodass sinnvolle Blechdicken eingesetzt werden können.

Die MEYER WERFT begleitet in diesem Forschungsprojekt die Entwicklung geeigneter Stähle für den Schiffbau unter Berücksichtigung unterschiedlichster Einsatzszenarien. Innerhalb der MEYER WERFT erfolgt die Erprobung der Werkstoffe bei Laser- und Laserhybridschweißverfahren und Anwendung erhöhter Schweißgeschwindigkeiten und einer minimalen Energieeinbringung an schiffbautypischen Strukturen wie Profilen und Paneelen. Unsere Prozesse werden signifikant optimiert und eine an den Stahlbau angelehnte Strukturauslegung entwickelt mit dem Ziel, die Änderungen zukünftig in die Schiffbauregularien zu überführen.

Angesichts der immer knapper werdenden Ressourcen und dem parallel dazu stetig wachsenden Abfallaufkommen ist ein nachhaltiges unternehmerisches Handeln und somit die Etablierung einer Kreislaufwirtschaft (Circular Economy) ein wichtiger Baustein für die Zukunftsfähigkeit eines Unternehmens.
Die EU gibt hierzu ein klares Ziel vor und strebt bis 2050 eine klimaneutrale und kreislauffähige Wirtschaft an.

Um sich dieser Herausforderung zu stellen, wird in dem ReCab Verbundvorhaben eine modulare Kabine entwickelt, die eine Kreislaufwirtschaft im Schiffbau und darüber hinaus ermöglicht. Dies umfasst die Auswahl geeigneter Materialien und eine demontagegerechte Konstruktion, die eine zerstörungsfreie Demontage von Kabine und Kabinenkomponenten sowie die sortenreine Trennung der Materialien ermöglicht.
Dafür werden in Zusammenarbeit mit den Projektteilnehmern und den Lieferanten Konzepte, Materialien, Komponenten, Systeme und Kreislaufrückführungsszenarien entwickelt, erprobt und bewertet.
Es werden Geschäftsmodelle analysiert, die durch ein geeignetes Materialdatenmanagement ermöglicht werden können.

Ein grundlegend neues Konzept der baulichen Struktur der Kabine sowie ihre Integration in das Schiff eröffnet neue Möglichkeiten für eine Weiternutzung der ganzen Kabine und schafft zudem großes Potential im Bauprozess.
Die Versorgungssysteme und die dazugehörige Automation und Steuerung werden dahingehend entwickelt, dass sie energieeffizient sind und dezentrale Einheiten bilden. Jegliche Entwicklung an der Kabine soll mit einer Verbesserung des Komforts einhergehen.
Die Umsetzbarkeit der Konzepte und die Rückbaubarkeit der kreislauffähigen Kabine soll anhand von Demonstratoren nachgewiesen und getestet werden.

Das Projekt smartBOND hat seinen Fokus auf der Erarbeitung von technologischen und organisatorischen Lösungen zur Etablierung der Klebetechnik im Schiffbau. Ziel ist hierbei die Steigerung der Produktqualität, der Produktivität sowie der Schaffung von gesunden und attraktiven Arbeitsbedingungen. Durch effizientere und umweltfreundlichere Werftabläufe sowie der Steigerung von Leichtbau und den damit geringeren Emissionen im Schiffsbetrieb, trägt dieses Projekt zu den Nachhaltigkeitszielen bei.

Die Anwendungsfelder beziehen sich sowohl auf die Füge- als auch Automatisierungstechnik und sollen in beiden Bereichen Innovationen schaffen. Dies beinhaltet prinzipielle Lösungen zur automatisierten Oberflächenbehandlung unterschiedlicher Werkstoffe, der automatisierten Applikation von Klebstoffen sowie eine portable Automatisierungslösung und ein mobiles Robotersystem, woraus sich ein weites Anwendungsspektrum ergibt.

Die strategischen Ziele dieses Forschungsprogramms umfassen die Steigerung von Produktivität und Qualität, eine hohe Reproduzierbarkeit automatisierter Produktionsprozesse, eine damit verbundene Verkürzung der Durchlaufzeiten, die Entwicklung, Erprobung und Verarbeitung neuer Materialien sowie die Steigerung der Vernetzung und Digitalisierung (SMART FACTORY) durch Echtzeit-Auswertungen und -Analysen von Daten. Hierbei wird ein für den Schiffbau bisher unerreichter Grad an Prozessautomatisierung realisiert. Besonders innovativ ist der flexible Einsatz aufgrund der sensorgestützten teilmanuellen Bedienung, die dem Werftarbeiter eine schnelle und einfache Programmierung der Klebeaufgabe ermöglicht und die es bisher weder in der Klebetechnik noch im Schiffbau gab.

Dieses Projekt bildet die Grundlage für den 3D-Schaumdruck großer Objekte auf Basis granulierter Rohstoffe wie biobasiertem PLA und TPU als Ersatz für GFK, Gips und/oder MDF für maritime Anwendungen. Ziel ist eine weltweit einzigartige Datenbank biobasierter Thermoplaste, die unter Berücksichtigung des mechanischen Recyclings ein Freifomdrucken und eine möglichst genaue Modellierung ermöglichen. Der Ersatz von Kunststoffen durch bio-basierte Thermoplaste führt zu einer Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks.

Der gewählte Ansatz besteht darin, Herausforderungen zu meistern, indem vom Endnutzer definierte Anwendungen im industriellen Maßstab unter Verwendung geeigneter Materialien und Prozesse erstellt werden. Die Demonstratoren werden im Vergleich zu bestehenden synthetischen thermoplastischen Komponenten getestet, um den geringeren ökologischen Fußabdruck sowie wettbewerbsfähige Kostenniveaus zu demonstrieren, und die am besten geeigneten komponentenspezifischen Nachhaltigkeitsattribute werden von den Endnutzerpartnern identifiziert.

Durch den Einsatz des 3D-Drucks ersetzt das Projekt bestehende Gips- und/oder MDF-Anwendungen durch nachhaltige biobasierte Thermoplaste. Neben dem Umweltaspekt sind zukünftig auch Geometrien sehr wichtig, wobei der 3D-Druck eine große Vielfalt unterschiedlicher Formen ermöglicht. Die Anwendungsfälle dieses Projekts sollen die Leistung aktueller Produktionsprozesse übertreffen und neue Materialien auf fossiler Basis erschließen, um den ökologischen Fußabdruck zu verbessern.

Das Projekt zero4cruise zielt darauf ab, die Schifffahrtsbranche, insbesondere die Kreuzfahrtschifffahrt, durch die Entwicklung und Integration innovativer Brennstoffzellentechnologien nachhaltiger zu gestalten. Angesichts wachsender Emissionsvorschriften und des zunehmenden Umweltbewusstseins stehen Reedereien und Passagiere vor großen Herausforderungen. Herkömmliche dieselmotorbasierte Antriebstechnologien stoßen dabei, vor allem bei Hochsee-Passagierschiffen, an ihre technischen und ökonomischen Grenzen. Um eine klimaneutrale Schifffahrt zu ermöglichen, ist die Entwicklung alternativer Energie- und Antriebskonzepte unerlässlich.

Im Rahmen von zero4cruise wird die PEM-Brennstoffzellentechnologie mit integrierter Methanol Kraftstoffreformierung für den Einsatz auf Hochsee-Passagierschiffen weiterentwickelt. Durch die Verwendung von Methanol als Energieträger sollen diese Brennstoffzellen zur Reduzierung oder Eliminierung klimaschädlicher Emissionen beitragen. Das Projekt konzentriert sich dabei vor allem auf die Nachrüstung bestehender Schiffe. Dazu werden Brennstoffzellengroßsysteme entwickelt und skaliert, die den hohen Anforderungen an Leistung, Lebensdauer und Zuverlässigkeit in der maritimen Anwendung gerecht werden.
Ein wichtiger Bestandteil des Projekts ist die Errichtung eines maritimen Systemteststandes, auf dem die Brennstoffzellen unter realen Bedingungen im Langzeitbetrieb getestet werden.
Darüber hinaus werden Konzepte entwickelt und die Energiesysteme und -netze an Bord grundlegend neu gestaltet, um die Integration der Brennstoffzellentechnologie als wesentlichen Energieerzeuger im Multi-Megawatt-Bereich zu ermöglichen.
Die spezifischen Anforderungen der maritimen Anwendung erfordern eine gezielte Weiterentwicklung von PEM-Komponenten, insbesondere der Kernkomponente, dem Brennstoffzellenstack. Durch die Untersuchung und Entwicklung von Großstacks soll das Potenzial dieser Technologie für die Schifffahrt erschlossen und effizient genutzt werden.

zero4cruise leistet somit einen entscheidenden Beitrag zur Zukunftsfähigkeit der deutschen Schifffahrtsindustrie, indem es den Übergang zu klimaneutralen Antriebssystemen unterstützt. Das Projekt baut auf den Erfahrungen und Entwicklungen eines starken Konsortiums auf, das gemeinsam die Marktaktivierung der maritimen Brennstoffzellentechnologie vorantreibt und so die Grundlage für eine nachhaltige und umweltfreundliche Zukunft der Schifffahrt schafft.