22 Nov Laser schneidet unter Wasser
Angesichts der steigenden Nachfrage nach erneuerbaren Energiequellen wächst auch der Bedarf an modernen Demontagetechnologien für den Unterwassereinsatz. Um beispielsweise ein Windkraftwerk im Meer auf mehr Leistung zu bringen, müssen alte Stahlgestelle zunächst unter dem Meeresspiegel zerlegt werden, um sie später größer wiederaufzubauen. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden hat nun einen technologischen Ansatz gefunden, Laser als besonders effiziente, umweltfreundliche und energiesparende Schneidwerkzeuge im Wasser einzusetzen.
Grüne Laser der Kilowattklasse
Dafür setzen die Fraunhofer-Forschenden besonders kurzwellige, grüne Laser ein, deren Schneidfähigkeit auch im Wasser gegeben ist. Gleichzeitig dient das Wasser hier als Werkzeug, um die entstehende Schmelze mit Druck aus der Schnittfuge auszutreiben. Dadurch fallen unter anderem Kraftverluste, zusätzliche Gasleitungen und weitere Nachteile weg. Im Labor funktioniert dies nach Aussage der Forschenden bereits.
Der Zuschnitt von Metall mit Lasern ist zwar kein grundsätzlich neuer Ansatz. In der Regel geschieht dies jedoch in einer trockenen Umgebung. Dabei schneiden Infrarot- oder andere langwellige Laserstrahlung das Metall auf. Koaxial zum Strahl entfernen Hilfsgase die Metallschmelze. Im Meer herrschen andere Bedingungen: Wasser streut langwelliges Licht in alle Richtungen. Dadurch verpufft ein Großteil der Laserleistung nach kurzer Distanz. Auch sind für das Hilfsgas aufwendige Leitungssysteme nötig.
Diese Nachteile erledigen die Dresdner Ingenieure mithilfe grüner Laser mit weit kürzeren Wellenlängen als die meisten heute üblichen Industrielaser. Möglich ist dies allerdings erst, seitdem grüne Laser in der Klasse mit mehr als einem Kilowatt Leistung verfügbar sind, um die nötigen Schneidleistung zu erzielen. Perspektivisch sind noch kurzwelligere Varianten mit blauen Lasern denkbar. Solche Kurzwellenlaser durchdringen selbst Wasser ohne große Verluste und lassen sich somit auch in Gewässern einsetzen.
Wenig Energieverlust und mehr Kraft
Gegenüber heute üblichen Trennverfahren mit Sägen, Sägeseilautomaten und Plasmaschneidern soll das Unterwasserlaserschneiden einige Vorteile bieten: „Das Verfahren benötigt vergleichsweise wenig Energie und die Kraftübertragung ist effizienter“, betont Projektleiter Dr. Patrick Herwig, der am Fraunhofer IWS die Gruppe Laserschneiden leitet. Dieser Ansatz erlaube zudem die Konstruktion besonders kompakter Unterwasserroboter mit Laseraufsatz. Weil sich diese kleiner und effizienter als heutige Sägeautomaten umsetzen lassen könnten, würden sich bisher schwer zugängliche Stellen von Unterwasserstrukturen leichter erreichen lassen.
Zudem erzeugt solch ein System keine Abfälle und entlässt keine gefährlichen Stoffe in die Atmosphäre. Dieser Vorteil fällt besonders beim Abriss alter Kernkraftwerke ins Gewicht. Denn auch dort müssen oft stählerne Bauteile zunächst unter Wasser zerlegt werden. Würde man hier mit Schneidgas arbeiten, könnten mit den Blasen radioaktive Abfälle an die Wasseroberfläche gelangen. Auch dieses Problem erübrigt sich beim Laser-Unterwasserschneiden.
Mit Industriepartnern vom Labor ins Feld
Im nächsten Schritt wollen die Forschenden ihr im Labormaßstab bewährtes Konzept nun zu praktisch einsetzbaren Systemen weiterentwickeln. Das Fraunhofer IWS bringt dabei seine Expertise in der Lasertechnologie, System- und Analysetechnik und für den Entwurf kompletter Anlagen ein. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler suchen aktuell nach Industriepartnern, die konkrete Einsatzszenarien, Erfahrungen und Herausforderungen skizzieren sowie die konkrete Technologieentwicklung begleiten.
Quelle und Bild: www.iws.fraunhofer.de
