DVS_Bericht_374LP

2021
DVS-BERICHTE
Unterwassertechnik

Seit 1965 erfolgreich untergetaucht
- Ausführung sämtlicher Unterwasserarbeiten
- Meisterbetrieb
- Herstellerbetrieb nach DVS 1801
- DNV-GL geprüfte Unterwasserschweißer
- DNV-GL Zulassung für Schiffbesichtigungen
- Execution of all underwater works
- Masterbusiness
- Manufacturer according to DVS 1801
- DNV-GL tested underwater welder
- DNV-GL Approval for ship inspections
Mutzeck GmbH
GF Axel Mutzeck
Am Wiesengrund 17
24211 Schellhorn und
24148 Kiel / Marinearsenal
Telefon 0 43 42 / 8 38 24
Telefax 0 43 42 / 8 72 41
E-Mail: info@unterwasserkrause.de
www.unterwasserkrause.de

Unterwassertechnik 2021
Vorträge der gleichnamigen 8. Fachtagung
in Hamburg am 16. November 2021
Veranstalter:
DVS – Deutscher Verband für Schweißen und verwandte
Verfahren e. V., Düsseldorf

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar.
DVS-Berichte Band
ISBN 978-3-96144-159-4 (Print)
ISBN 978-3-96144-160-0 (E-Book)
Die Vorträge wurden als Manuskript gedruckt.
Alle Rechte, einschließlich Übersetzungsrecht, vorbehalten. Nachdruck und Vervielfältigung dieses
Bandes oder von Teilen desselben nur mit Genehmigung der DVS Media GmbH, Düsseldorf.
© DVS Media GmbH, Düsseldorf ⋅ 2021
Herstellung: Print Media Group GmbH, Hamm

Vorwort
Die Anforderungen und Möglichkeiten der Unterwassertechnik unterliegen ständiger Veränderungen und
erfordern eine kontinuierliche Weiterentwicklung. Die aktuellen politischen Prioritäten in den Bereichen
der Energieerzeugung und der Rohstoffgewinnung machen das deutlich. Insbesondere in den
Küstenregionen und im offenen Meer stellen die durch den Klimawandel bedingten Veränderungen die
Akteure vor besondere Herausforderungen. Die nationalen und internationalen Weiterentwicklungen und
Projekte in diesen Sektoren erfordern es, dass alle mit diesen Themen beschäftigten Parteien sich
regelmäßig über aktuelle Möglichkeiten austauschen und Neuerungen sowie Entwicklungstendenzen
informieren.
Aufgrund der pandemischen Situation kann die Veranstaltung dieses Jahr leider nicht in dem bewährten
Konzept mit Industrieausflug, Vorabendempfang und Tagung am Elbcampus durchgeführt werden. Der
Programmkommission und dem Veranstalter ist es jedoch ein besonderes Anliegen, auch unter diesen
außergewöhnlichen Bedingungen die Kontinuität der Tagungsreihe zu bewahren und einen Austausch
von Informationen sowie die Aufrechterhaltung des Netzwerks innerhalb der Unterwassertechnik weiter
zu ermöglichen. Mit der 8. Tagung wollen wir daher wieder allen fachlich Interessierten eine Plattform
bieten, sich zu informieren und sich im Rahmen der Veranstaltung mit Diskussionsbeiträgen und Fragen
aktiv am Themenbereich der Unterwassertechnik zu beteiligen und auszutauschen.
Dieses Jahr umfasst das Tagungsprogramm die folgenden Schwerpunktthemen
– Herausforderungen der Tiefseetechnik
– Aktuelles und Ausblicke in Wissenschaft und Forschung
– Neues aus Regelwerken
– Rückbau unter Offshore-Bedingungen.
Schon traditionell sind neben den Vorträgen auch das Knüpfen neuer Kontakte und der
Erfahrungsaustausch unter den Teilnehmenden ein zentrales Anliegen des Veranstalters.
Der DVS – Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e. V. und die Mitglieder der
Programmkommission
– Bundesanstalt für Wasserbau, BAW, Karlsruhe,
– Corroconsult GmbH, Hamburg,
– DNV, Hamburg,
– EnBW Energie Baden-Württemberg AG, Hamburg,
– GSI mbH, NL SLV Hannover, Hannover,
– KWE Ing.-Büro, Oldenburg,
– Leibniz Universität Hannover,
– SUBSEA Global Solutions, Miami/USA,
wünschen Ihnen eine interessante und informative Veranstaltung und mit dem vorliegenden
Vortragsband auch über die Veranstaltung hinaus viele Erkenntnisse beim Lesen, Nachschlagen und
Recherchieren.
Dipl.-Ing. D. Engel
Vorsitzender der
Programmkommission
Dipl.-Ing. A. Janssen
DVS e. V.
Forschung und Technik

Inhaltsverzeichnis
Vorwort
Eröffnungsvortrag
A. Koschinsky, Bremen
Tiefseebergbau - Chancen und Risiken einer zukünftigen Gewinnung kritischer metallischer
Rohstoffe vom Meeresboden .................................................................................................................. 1
Tiefseetechnik
E. L. Toups, Edinburgh, R. Morrison, Aberdeen, UK/Scotland
Entwicklung eines Mikro-Habitat Hyperbar-Schweißsystems ........................................................... 7
Forschung
I. Lendiel, J. Klett, T. Wolf, E. Schmidt, T. Hassel, Hannover-Garbsen
Doppelmantelfülldraht – Eine Entwicklung zum kontinuierlichen nassen Schweißen unter
Wasser ..................................................................................................................................................... 24
T. Hassel, J. Klett, I. Lendiel, T. Wolf, Garbsen
Wasserstoff beim nassen Schweißen –
Warum ist das eigentlich ein Problem und ist das lösbar?............................................................... 30
U. Drechsel, O. Heins, Hamburg
Technische Herausforderungen schwimmende Windenergieanlagen .......................................... 36
Anwendungen aus der Praxis
R. Rösler, Hamburg
Rückbau Utgrunden Offshore Wind Farm .......................................................................................... 43
C. Steiner, Sande
Sanierung einer Leitwand im Zuge einer Schleusensanierung mittels eines
verschieblichen Tauchkastensystems/Caisson ................................................................................ 45
G. Fenzel, Nürnberg
Unterwasser-Roboteranwendung(en) in der Kerntechnik ............................................................... 50

Praxisnahe Unterwasseranwendungen
E. Epperlein, Hannover
Sanierung eines Leitwerkes durch Schweißarbeiten unter Wasser .............................................. 53
U. W. Aschemeier, K. S. Peters, Miami/US
Projektspezifische Qualifizierung von WPS gemäß AWS D3.6M: Underwater Welding Code . 62
A. Mutzek, S. Weishäupl, Schellhorn
Dokumentation Instandsetzung der Tragpfähle auf der Scheermole ............................................ 72
Verfasserverzeichnis .......................................................................................................................... 90
Tauchmayer
GmbH
Industrie- und Bautaucherei,
Bergungen und Hilfe bei Havarien
Unterwassersanierung,
Stahlwasserbau, Spül- und Saugarbeiten,
Schweißen, Schneiden, Bohren
und Sägen unter Wasser
von Stahl, Beton und Holz
Erstellen von UW-Gutachten
und Videodokumentationen
Herstellerqualifikation nach
DVS 1801 Klasse UD
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Tiefseebergbau - Chancen und Risiken einer zukünftigen Gewinnung kritischer
metallischer Rohstoffe vom Meeresboden
A. Koschinsky, Jacobs University Bremen
Unter Tiefseebergbau versteht man die Gewinnung von marinen Bodenschätzen wie Manganknollen, Eisenmangankrusten
und Massivsulfiden am Meeresboden. Diese Vorkommen enthalten eine Vielzahl von wertvollen Metallen,
die als wichtige Rohstoffe für eine Reihe von Anwendungen dienen können, wie z.B. elektronischen Geräte,
Technologien für erneuerbare Energien und Baumaterialien. Die enorme Tonnage dieser Rohstoffe auf dem Meeresboden
und die enthaltenen kritischen Metalle haben sie schon vor einigen Jahrzehnten zu einem möglichen Ziel
für den Abbau in naher Zukunft gemacht. Eine zentrale Herausforderung sind neben technischen Herausforderungen
die Umweltauswirkungen, die auftreten werden, und die entscheidende Notwendigkeit, ein besseres Verständnis der
Ökosysteme und ihrer Zusammenhänge zu erlangen, bevor der Betrieb beginnt. Chancen ergeben sich zu Beginn
dieser neuen Industrie durch die Verpflichtung auf den Vorsorgeansatz, die Anwendung eines adaptiven Managements
zur kontinuierlichen Verfeinerung der Abläufe mit dem Ziel eines besseren Schutzes der Umwelt und die
Entwicklung nachhaltiger Technologien für die extraktive Metallurgie und die Abbaugeräte. Der Artikel gibt einen
Überblick über die verschiedenen Vorkommen, den Stand des Wissens bezüglich der Entstehung der Rohstoffe und
möglicher Umweltfolgen eines kommerziellen Abbaus, und stellt Risiken und Chancen eines zukünftigen Tiefseebergbaus
gegenüber.
1 Einleitung
Der Tiefseebergbau bezieht sich auf die Gewinnung von drei Typen von Mineralvorkommen am Meeresboden: Manganknollen
(Mn-Knollen), Eisenmangankrusten (FeMn-Krusten) und Massivsulfide [1]. Diese verschiedenen Arten
von wertmetallreichen Lagerstätten unterscheiden sich in Bezug auf ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften,
ihre Entstehung, ihre Metallgehalte, geografische Verteilung und mögliche Abbautechnologien sowie den
ökologischen und sozialen Auswirkungen, die mit dem Abbau dieser Vorkommen verbunden sein können. Während
Mn-Knollen und FeMn-Krusten vor allem wegen ihres hohen Gehaltes an Kupfer, Kobalt und Nickel interessant sind,
werden Massivsulfid-Lagerstätten für die Gewinnung von Kupfer, Zink, Gold und Silber in Erwägung gezogen. Einige
Lagerstätten enthalten auch erhebliche Mengen an Seltenen Erden und anderen Hightech-Elementen, die wichtige
Rohstoffe für erneuerbare Energien und die Informationstechnologie sind, aber derzeit nicht als Zielmetalle gelten [2].
Bislang wurden diese Metalle entweder aus terrestrischen Minen oder, in viel geringerem Maße, aus recyceltem
Material gewonnen. Die Deckung des Metallbedarfs einer schnell wachsenden Weltbevölkerung und des Wirtschaftswachstums
von Schwellenländern wird entweder die Erweiterung bestehender Bergbauprojekte oder die Erschließung
neuer Rohstoffquellen erfordern. Diese Entwicklung wird an Land jedoch die bereits ausgeprägten ökologischen
und sozialen Folgen, die Freisetzung von Treibhausgasen und giftigen Abfällen und die Vertreibung lokaler
Bevölkerungsgruppen weiter vorantreiben. Der Tiefseebergbau, der weit entfernt von der Küste stattfinden würde,
wäre jedoch ebenfalls mit nachteiligen Auswirkungen verbunden, die sich jedoch von denjenigen des Landbergbaus
erheblich unterscheiden.
Zur Bewältigung dieser ökonomischen Herausforderungen, zur Sicherung der Wirtschaftsleistung und um eine unabhängige
Metallversorgung zu sichern, haben öffentliche und private Institutionen im vergangenen Jahrzehnt erneut
die Perspektiven des kommerziellen Tiefseebergbaus erkundet, die über mehr als 20 Jahren als nicht wirtschaftlich
eingestuft worden war. Parallel zur Finanzmodellierung, Technologieentwicklung und Umweltforschung ist die Internationale
Meeresbodenbehörde (ISA https://isa.org.jm/) mit der Entwicklung von Regeln und Vorschriften für die Erkundung
und Ausbeutung von Mineralvorkommen in der Tiefsee vorangeschritten. Diese Entwicklung ist einzigartig,
da solche Umweltvorschriften in der Regel erst lange nach der Kommerzialisierung der Tätigkeit nachgerüstet werden,
wie im Fall des terrestrischen Bergbaus. Die Gewährleistung der Entwicklung von wirksamen und effizienten
Regulierungen erfordert eine multidisziplinäre Bewertung des Tiefseebergbaus, einschließlich Umweltverträglichkeitsprüfung,
finanzieller Bewertung, sozioökonomischer Folgenabschätzung und der Einhaltung des rechtlichen
Rahmens [3].
2 Rohstofftypen und ihr Vorkommen
Manganknollen (Bild 1) sind sehr langsam wachsende (mm-cm pro Millionen Jahre), kartoffelförmige Mineralkonkretionen,
die sich durch die Ausfällung von Metallen aus dem Porenwasser von Sedimenten (diagenetische Bildung)
oder Meerwasser (hydrogenetische Bildung) oder einer Kombination beider Prozesse bilden. Sie bestehen hauptsächlich
aus miteinander verwachsenen konzentrischen Schichten von Mangan- und Eisen-Oxiden, in denen sich
während des Wachstums erhebliche Mengen an Wertmetallen angereichert haben [4]. Manganknollen kommen auf
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sedimentbedeckten Tiefsee-Ebenen in Wassertiefen von 3000 bis 6000 m und sind besonders reichlich in der Clarion-Clipperton-Bruchzone
(CCZ), dem Peru-Becken, dem Penrhyn-Samoa-Becken und dem Zentralbecken des Indischen
Ozeans (Bild 2). Rechtlich gesehen befinden sich die Knollen hauptsächlich in der "Area", die im Seerechtsübereinkommen
der Vereinten Nationen (UNCLOS 1982) definiert ist und wie folgt beschrieben wird: "der Meeresboden
und der Meeresuntergrund außerhalb der Gebiete der nationalen Gerichtsbarkeit". In den frühen 2000er Jahren
schloss die ISA 15-Jahres-Verträge mit mehreren europäischen, asiatischen und pazifischen Ländern, die ihnen
das Exklusivrecht zur Erkundung von Sektoren des Meeresbodens im Hinblick auf den Tiefseebergbau einräumten.
Berechnungen [1] besagen, dass das Ressourcenpotenzial von Mn-Knollen in der CCZ deutlich über dem von entsprechenden
terrestrischen Mineralvorkommen liegt. So finden sich allein in der CCZ 21 Milliarden Tonnen Trockenmasse
an Knollen mit 6000 Millionen Tonnen Mangan, 270 Millionen Tonnen Nickel und 44 Millionen Tonnen Kobalt
[2].
Schrifttum
[1] Schrifttumsquelle.
Bild 1. Fotos von Manganknollen (Durchmesser 4-13 cm) aus verschiedenen Regionen des Pazifiks (links), eine ca. 10 dicke
Mangankruste aus dem Zentralpazifik (Mitte) und ein Bruchstück eines Schwarzen Rauchers vom Kermadec-Bogen im Südwest-
Pazifik (Proben: A. Koschinsky, Fotos: N. Fröhberg)
FeMn-Krusten (Bild 1) bestehen aus extrem langsam wachsenden Schichten (mm pro Million Jahre) mit einer Gesamtdicke
von bis 25 cm; die Mangan- und Eisen-Oxide enthalten erheblichen Mengen an Kobalt, Nickel, Kupfer,
Molybdän, Seltenen Erden sowie vielen anderen wertvollen Spurenstoffen [2]. Sie bilden sich hydrogenetisch, also
durch die Ausfällung von Metallen aus Meerwasser an den sedimentfreien Hängen von Seebergen. Krusten mit
bester Metall-Qualität befinden sich hauptsächlich in Wassertiefen von 800 bis 2500 m, insbesondere im westlichen
Zentralpazifik (Bild 2). Dabei finden sie sich im Gegensatz zu Manganknollen nicht nur im Hoheitsgebiet der ISA,
sondern auch in ausschließlichen Wirtschaftszonen (AWZ) von Inselgruppen oder Küstenstaaten.
Massivsulfid-Lagerstätten bestehen aus Metall-Schwefel-Verbindungen (Bild 1), die massive Strukturen auf und unter
dem Meeresboden in Wassertiefen von etwa 250 bis 4000 m bilden und meist durch eine Fülle von hydrothermalen
Schloten („Schwarzen Rauchern“) am Meeresboden gekennzeichnet sind. Sie treten in geologisch aktiven Gebieten
entlang von Plattengrenzen auf oder in geringeren Tiefen entlang von Vulkanketten und Inselbögen (Bild 2).
Daher kommen Massivsulfide sowohl innerhalb der „Area“ als auch in der AWZ von Insel- oder Küstenstaaten vor.
Sie bilden sich durch die Ausfällung von Metallen durch Wechselwirkung von kaltem, umgebendem Meerwasser mit
heißen hydrothermalen Lösungen, die sehr reich an aus dem Untergrundgestein gelaugten Metallen und Schwefel
sind [1]. Im Gegensatz zu Mn-Knollen und FeMn-Krusten wachsen Massivsulfide viel schneller und bilden dreidimensionale
Strukturen, die sich unregelmäßig in den Meeresboden erstrecken. Obwohl dies eine zuverlässige Bewertung
ihres Ressourcenpotenzials erschwert und ihre Gewinnung erheblich komplizierter macht, könnten diese
Lagerstätten der erste Typ von Tiefseelagerstätten sein, die kommerziell genutzt werden.
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Bild 2. Explorationsgebiete für Mn-Knollen, FeMn-Krusten und Massivsulfide, für die die ISA Verträge mit verschiedenen Ländern
bzw. Organisationen abgeschlossen hat (Quelle: https://www.isa.org.jm/index.php/minerals/exploration-areas)
3 Rohstoffe der Tiefsee und ihre mögliche Gewinnung
Die Europäische Union hat 2017 eine Liste mit 27 kritischen Rohstoffen für die europäische Wirtschaft und die nachhaltige
Entwicklung erstellt. Im Jahr 2018 erstellte der United States Geological Survey eine aktualisierte Liste von
35 kritischen Rohstoffen, die für die wirtschaftliche und nationale Sicherheit der Vereinigten Staaten wesentlich sind.
In der Regel stammen diese kritischen Rohstoffe nur aus einigen wenigen Ländern. So stammen beispielsweise
60 % der derzeitigen weltweiten Produktion von Roh-Kobalt, einem unverzichtbaren Bestandteil von Lithium-Ionen-
Batterien, aus der Demokratischen Republik Kongo, und der dominierende Lieferant von raffiniertem Kobalt ist China
(mit einem Marktanteil von 80 %). Eine größere Vielfalt bei der Produktion und Aufarbeitung dieser Rohstoffe ist
unerlässlich, um eine sichere Versorgung für kohlenstoffarme Technologien zu gewährleisten. Im Folgenden werden
einige praktische Aspekte des Abbaus von marinen mineralischen Rohstoffen in der Tiefsee sowie mögliche Technologien
vorgestellt [4].
Am Meeresboden gelegene Abbaustandorte benötigen keine Straßen, Erztransportsysteme auf dem Meeresboden,
Wassertransport- oder Stromtransportsysteme, Gebäude, Abfalldeponien oder andere Infrastrukturen, die für Landminen
typisch sind. Außerdem muss kein Abraum entfernt werden werden, da die Lagerstätten am Meeresboden
weitgehend frei zugänglich sind. Ein weiterer entscheidender Faktor für den Tiefseebergbau ist die Tatsache, dass
viele der Lagerstätten, die an einem einzigen Standort im Meer vorkommen, drei oder mehr Metalle von wirtschaftlichem
Interesse enthalten. Kleine Lagerstätten können selektiv abgebaut werden, indem das Förderschiff einfach
von einer Lagerstätte zu einer anderen bewegt wird, ohne dass dazwischen liegendes ärmeres Material verarbeitet
werden muss. Daher wird im Vergleich zu terrestrischen Minen weniger Erz benötigt, um die gleiche Menge an Metall
zu gewinnen. Saures Grubenwasser und die Verschmutzung von Gewässern oder Böden werden durch den Tiefseebergbau
vermieden, ebenso wie viele andere Probleme, mit denen man an Land konfrontiert ist, wie die Umsiedlung
von Städten und Dörfern, die Abholzung von Wäldern und die großflächige Absenkung des Grundwasserspiegels.
Der Abbau in der Tiefsee bietet auch die Aussicht auf ein geringeres Risiko für die Arbeiter vor Ort und das
Verhindern von Kinderarbeit. Viele dieser Probleme sind beim Bergbau an Land, insbesondere in Entwicklungsländern,
allgegenwärtig.
Bezüglich der verfügbaren Menge an metallischen Rohstoffen in der Tiefsee ergeben Berechnungen, dass z.B. die
CCZ-Knollen eine größere Menge an Mangan, Nickel, Kobalt und einigen anderen Metallen enthalten als die gesamte
globale terrestrische Reservenbasis. Ähnliche Ergebnisse ergeben sich für FeMn-Krusten, bei den Massivsulfiden
sind genaue Abschätzungen jedoch schwieriger, da sich der Großteil der Lagerstätten unterhalb des Meeresbodens
befindet. Insgesamt gesehen stellen mineralische Lagerstätten in der Tiefsee wichtige Ressourcen für kritische
Metalle dar, die in Zukunft gewonnen werden könnten [4].
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Bevor jedoch der Abbau und die Gewinnung kritischer Metalle vom Tiefseeboden erfolgen kann, ist eine genaue
Exploration erforderlich, um wirtschaftlich rentable Vorkommen zu identifizieren und Abbautechniken müssen getestet
und optimiert werden.
Da Mn- Knollen entweder auf dem Meeresboden oder in den oberen 20 cm der Sedimente liegen, können sie ähnlich
wie Kartoffeln auf dem Feld mit Hilfe eines Kollektorfahrzeugs mit einem mechanischen oder hydraulischen Aufnahmemechanismus
geerntet werden [4] [5]. Im Kollektor wird das Sediment von den Knollen entfernt, die dann auf eine
bestimmte Größe zerkleinert und in eine Pufferkammer am unteren Ende des vertikalen Steigrohrsystems gepumpt
werden. Konsortien aus Südkorea, Indien, China und Europa (Bild 3) haben mehrere dieser Komponenten bis zu
einem halbindustriellen Niveau entwickelt. Der vertikale Transport der Knollen erfolgt entweder mit Zentrifugalpumpen
oder mit Lufthebern. Die Fortbewegung des Kollektors auf dem Meeresboden erfolgt bei den meisten Bergbaumaschinen
über ein Raupenfahrwerk. Das Übertage-Bergbauschiff versorgt alle Unterwassersysteme mit Strom und
steuert sie, außerdem beherbergt es Kapazitäten für die Erzaufnahme, die Lagerung und den Umschlag von Schiff
zu Schiff.
Bild 3. Manganknollenkollektor-Prototyp Patania II (GSR-DEME https://www.deme-group.com/news/deep-seabed-mining-robotpatania-ii-successfully-reconnected-mission-continues),
der im Frühjahr 2021 begleitet durch Umweltuntersuchungen des JPI
Oceans Projektes MiningImpact https://miningimpact.geomar.de/ in der CCZ getestet wurde
Fe-Mn-Krusten sind wesentlich schwieriger abzubauen als Mn-Knollen, da sie fest mit dem Gesteinssubstrat der
Hänge von Seebergen verbunden sind [6]. Bisher wurde kein Machbarkeitskonzept für den Abbau von FeMn-Krusten
und keine entsprechende Technologie entwickelt, die in naher Zukunft an Seebergen eingesetzt werden könnte. In
bisher entwickelten Konzepten für Massivsulfid-Abbau werden Förderwerkzeuge am Meeresboden sowie Steig- und
Hebesysteme eingesetzt, die von der Offshore-Öl- und -Gastechnologie sowie dem Bergbau an Land inspiriert
sind [7].
4 Mögliche Umweltfolgen und soziale Auswirkungen von Tiefseebergbau
Trotz aller wirtschaftlichen Interessen und scheinbaren Vorzüge von Tiefseebergbau ist es in der Anfangsphase
dieser neuen Industrie wichtig, die ökologischen und sozialen Auswirkungen des Tiefseebergbaus zu bedenken, und
wie diese minimiert werden können, sollte der Abbau mineralischer Rohstoffe in der Tiefsee in Zukunft in industriellem
Maßstab stattfinden. Dabei sind die möglichen Folgen spezifisch für den jeweiligen Rohstofftyp, sein Vorkommen
und die eingesetzte Abbautechnologie (Bild 4). Während bereits über Jahrzehnte zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen
zu möglichen ökologischen Folgen am Meeresboden und in der Wassersäule insbesondere von Manganknollenabbau
durchgeführt wurden (z.B. MiningImpact https://miningimpact.geomar.de/; [8] [9] [10]), wurde der
mögliche Ausstoß von Treibhausgasen durch Tiefseebergbau bisher kaum einbezogen [11], ebenso wie mögliche
soziale und wirtschaftliche Folgen [3].
Manganknollen befinden sich lose im und auf dem Sediment der Tiefsee-Ebenen der Ozeane in einer Umgebung,
die durch hohen Druck, niedrige Temperaturen und eine sehr langsame Dynamik (bio)geochemischer Prozesse gekennzeichnet
ist [4] [5]. Die Knollen dienen als Lebensraum für eine Vielzahl sessiler und mobiler Organismen (z. B.
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Bakterien, Nematoden, Polychaeten, Holothurien, Fische, Korallen, Moostierchen und Schwämme), die sich typischerweise
von Detritus und fäkalen Pellets ernähren, die von Zooplankton produziert werden, das von der Meeresoberfläche
als Meeresschnee herabsinkt. Kollektorfahrzeuge, die über den Meeresboden fahren, zerstören nicht nur
die Knollen und damit den Lebensraum für Organismen, die die Knollen als Hartsubstrat nutzen, sondern wirbeln
auch das Sediment auf, wodurch bodenbewohnende und filtrierende Organismen effektiv bedroht werden. Darüber
hinaus wird erwartet, dass sich die erneute Ablagerung des Schwebstoffs ebenfalls negativ auf diese Organismen
auswirkt, da dies wahrscheinlich mit einer viel höheren Geschwindigkeit geschieht als die natürliche Sedimentation.
Bild 4. Überblick über marine Rohstoffvorkommen, Abbauverfahren und Auswirkungen. Positive und negative Auswirkungen sind
in grün bzw. rot dargestellt. Auswirkungen in Klammern weisen auf potenzielle Auswirkungen hin, die gut oder schlecht sein
können, abhängig von externen Faktoren, wie z. B. der Verfügbarkeit wirksamer politischer Maßnahmen oder Initiativen zum
Aufbau von Kapazitäten. Auswirkungen ohne Klammern sind sicher. Quelle: [12]
FeMn-Krusten bieten festes Substrat für sessile filtrierende Taxa (z. B. Korallen, Schwämme) und eine Vielzahl mobiler
Taxa, darunter Stachelhäuter, Tintenfische und Foraminiferen [6] [13]. Die Verteilung der Arten und die Zusammensetzung
der Gemeinschaften variieren je nach Faktoren wie Wassertiefe, Strömung und Art des Substrats. Untersuchungen
haben ergeben, dass die Seeberge wesentlich mehr Biomasse beherbergen als die Hänge der Kontinentalränder
in derselben Tiefe. Die Entfernung der Krusten würde unweigerlich zu einer weitreichenden Zerstörung
großer Lebensräume führen. Darüber hinaus könnte der Abbau von Krusten Partikelfahnen erzeugen, einschließlich
resuspendierter Sedimente und abgeschliffener Krustenpartikel. Da sich auf Seebergen jedoch nur Sedimente auf
Plateaus und in Spalten ansammeln, werden Größe und Verteilung der Partikelfahne wahrscheinlich viel kleiner sein
als die durch den Knollenabbau erzeugte Fahne.
Massivsulfid-Ablagerungen, insbesondere aktive hydrothermale Schlotfelder, bieten einzigartige Lebensräume für
eine Vielzahl von hochspezialisierten Organismen (z. B. Garnelen, Röhrenwürmer und Bakterien) [7] [14]. Viele dieser
Arten sind auf eine gut funktionierende symbiotische Beziehung mit bestimmten anderen Arten angewiesen. Die
Auswirkungen des Massivsulfid-Bergbaus werden wahrscheinlich standortspezifisch sein, da die lokalen abiotischen
Bedingungen variieren, einschließlich des Substrattyps, der Wassertiefe, der Temperatur, und der Zufuhr partikulärer
organischer Stoffe von der Oberfläche. Insgesamt wird die vom Bergbau betroffene Fläche kleiner sein als die vom
Knollen- oder Krustenbergbau beeinflusste Fläche, da sich die Abbautätigkeit größtenteils in den Untergrund erstrecken
würde. Aufgrund der Einzigartigkeit einzelner aktiver Schlote würde der deren Abbau jedoch das Risiko bergen,
seltene Lebensraumtypen und endemische Arten zu zerstören. Außerdem müssten aufgrund der geringeren Größe
der Vorkommen wahrscheinlich mehr Standorte abgebaut werden. Es ist jedoch wahrscheinlicher, dass inaktive
Schlotstandorte in Zukunft bevorzugt abgebaut werden, da sie größere Erzvorkommen bieten können und technisch
einfacher abzubauen sind als aktive Schlotstandorte. Zwar ist zu erwarten, dass die Fauna hier der umgebenden
Tiefseefauna der Region ähnlicher ist, da die typische Schlotfauna nur an aktiven Schlotstandorten überleben kann,
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doch erschwert die geringe Anzahl ökologischer Studien an inaktiven Lagerstätten eindeutige Bewertungen der potenziellen
Umweltauswirkungen des Bergbaus.
5 Schlusswort
Unabhängig von der Entscheidung für oder gegen den Tiefseebergbau sollte die Erforschung der Tiefsee-Ökosysteme
und der potenziellen ökologischen, wirtschaftlichen und sozialen Auswirkungen des Tiefseebergbaus fortgesetzt
werden, da die vergangenen Jahrzehnte gezeigt haben, dass das Interesse an den Mineralvorkommen in der
Tiefsee in regelmäßigen Abständen wiederkehren kann und künftige Generationen über eine solide Wissensgrundlage
verfügen sollten, um Entscheidungen auf der Grundlage wissenschaftlicher Fakten treffen zu können. Außerdem
bietet sich für die europäische Industrie hier die Möglichkeit, durch möglichst umweltfreundliche Technologien
Maßstäbe für internationale Umweltstandards zu setzen und zusammen mit der Politik und der Wissenschaft die
Regulierungen der ISA und nationaler Tiefseebergbauvorhaben in nachhaltiger Weise zu unterstützen. Auf Basis der
Erkenntnisse aus wissenschaftlichen Untersuchungen kann gezielt Technologie entwickelt werden, die potentielle
Schäden am Meeresboden und in der Wassersäule verringert oder ganz verhindert. Ebenso wichtig sind Sensoren
und andere Technologien zur Überwachung der Meeresumwelt während und nach durchgeführten Abbauprojekten,
um mögliche Umweltschäden zu erkennen und gegensteuern zu können.
Schrifttum
[1] Petersen, S. et al. (2016): News from the Seabed-Geological Characteristics and Resource Potential of Deep-
Sea Mineral Resources. Marine Policy 70, 175–87.
[2] Hein, J., Mizell, K., Koschinsky, A, and Conrad, T.A. (2013): Deep-ocean mineral deposits as a source of critical
metals for high- and green-technology applications: Comparison with land-based deposits. Ore Geology Reviews
51, 1-14.
[3] Koschinsky, A. et al. (2018): Deep‐sea mining: potential environmental, legal, economic, and societal implications
‐ an interdisciplinary research. Integrated Environmental Assessment and Management 14,
https://doi.org/10.1002/ieam.4071
[4] Hein, J.R., Koschinsky, A. and Kuhn, T. (2020): Deep-ocean polymetallic nodules as a resource for critical materials.
Nature Reviews Earth and Environment 1, 158-169. 10.1038/s43017-020-0027-0
[5] SPC (2013): Deep Sea Minerals: Manganese Nodules - A Physical, Biological, Environmental, and Technical
Review. Edited by E. Baker and Y. Beaudoin. Noumea: Secretariat of the Pacific Community, vol. 1B, Available
online: https://cld.bz/bookdata/h1Tu26r/basic-html/index.html - 1
[6] SPC (2013): Deep Sea Minerals: Cobalt-Rich Ferromanganese Crusts, a Physical, Biological, Environmental,
and Technical Review. Edited by E. Baker and Y. Beaudoin. Noumea: Secretariat of the Pacific Community, vol.
1C, Available online: https://cld.bz/bookdata/Da9poHo/basic-html/index.html - 1
[7] SPC (2013): Deep Sea Minerals: Sea-Floor Massive Sulphides - A Physical, Biological, Environmental, and
Technical Review. Edited by E. Baker and Y. Beaudoin. Noumea: Secretariat of the Pacific Community, vol. 1A,
Available online: https://cld.bz/bookdata/iHB2DZo/basic-html/index.html - 1
[8] Sharma, R. (2015): Environmental Issues of Deep-Sea Mining. Procedia Earth and Planetary Science 11, 204-
211.
[9] Weaver, P.P.E., and Billet, E. (2019): Environmental impacts of nodule, crust and sulphide mining: An overview.
In Environmental Issues of Deep-Sea Mining: Impacts, Consequences and Policy Perspectives. Edited by R.
Sharma. Cham: Springer, International Publishing, pp. 27–62.
[10] Jones D.O.B. et al. (2017): Biological responses to disturbance from simulated deep-sea polymetallic nodule
mining. PLoS One 12. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0171750
[11] Heinrich, L., Koschinsky, A., Markus, T. and Singh, P. (2020): Quantifying the fuel consumption, greenhouse
gas emissions and air pollution of a potential commercial manganese nodule mining operation. Marine Policy
114, 10.1016/j.marpol.2019.103678
[12] Heinrich, L. and Koschinsky, A. (2021): Deep-sea mining: Can It contribute to custainable development? in:
Transitioning to Sustainable Life below Water (Anna-Katharina Hornidge and Werner Ekau (Eds.)),
10.3390/books978-3-03897-877-0-3
[13] Clark, M.R. et al. (2010): The ecology of seamounts: Structure, function, and human impacts. Annual Review of
Marine Science 2: 253-278.
[14] Van Dover, C.L. et al. (2018): Scientific rationale and international obligations for protection of active hydrothermal
vent ecosystems from deep-sea mining. Marine Policy 90: 20–28.
6 DVS 374
6
DVS 374

Entwicklung eines Mikro-Habitat Hyperbar-Schweißsystems
E. L. Toups, Edinburgh; R. Morrison, Aberdeen, UK/Scotland
Immer älter werdende Nordsee-Jackets, gepaart mit hohen Dauerbelastungen, Fertigungsfehlern, hoher Auslastung
und einer geringen Redundanz führen schließlich zu Dauerrissen. Die Hochseebedingungen in der Nordsee
verschärfen das Problem zusätzlich. Wird der Zustand nicht intensiv überwacht, können sich Ermüdungsrisse durch
die gesamte Materialdicke und entlang des Umfangs einer Strebe recht schnell fortsetzen - schlussendlich versagt
die Strebe. Bei einem Verlust an struktureller Integrität haben die Betreiber zwei Möglichkeiten; teure Reparaturen
unter Wasser oder aber die Stilllegung des Bauwerkes/Anlage.
DCN Diving erkannte diese Marktlücke und untersuchte alternative Reparaturstrategien, die zur Entwicklung des von
DCN patentierten µ-Habitat Schweißsystems führten. Mit der Entwicklung von µ-Habitaten ist es nun möglich,
schneller zu reagieren, Unterwasser-Reparaturen schneller und mit garantierter Qualität auszuführen, und das zu
einem Bruchteil der Kosten bisher üblicher, angefertigter oder modularer Habitates.
Durch die geringere Größe können wir die Kosten für Herstellung, Produktion und Handhabung des µ-Habitats
vermindern. Außerdem reduziert der geringere Footprint die Installationszeit, vereinfacht die Abdichtung und das
Entwässern offshore und spart so Zeit und Kosten.
Wir verwenden eine Kombination von Faktoren für Produktentwicklung, Methoden zur Verbesserung von Verfahren
wie AGILE 1 , SCRUM 2 und durchdachtes Design. Das vermindert die Rüstzeit und macht das System
reaktionsschnell und dennoch flexibel. Zusätzlich setzen wir ein erfahrenes und speziell hierfür vorgesehenes
Projektteam in Kombination mit standardisierten Produkten ein, was die Reaktionszeiten für Reparaturen weiter
vermindert.
Für hochqualitative Schweißungen sind eine trockene Umgebung, das Vorwärmen, Reinigen und Schleifen während
des Ablaufs sowie der ungehinderte Zugang unerlässlich. Darüber hinaus validieren wir mit Prototyping,
umfangreichen Funktionstests und Mock-ups das Habitat-Design vor der Inbetriebnahme durch Werksabnahmetests
vor der Mobilisierung, um die ausfallsichere Leistung von µ-Habitat offshore sicherzustellen.
µ-Habitat kann eine entscheidende Rolle bei der Gesamtstrategie zur Verlängerung der Lebensdauer für jede
Offshore-Struktur spielen und letztendlich Kosten, Risiken und Produktionsausfallzeiten im Zusammenhang mit
zukünftigen Unterwasserreparaturen minimieren.
Abbildung 1. µ-Habitat
1 AGILE – project management through iterative &incremental steps to deliver a project throughout its life cycle.
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SCRUM – Scrum is one of the agile methodologies designed to guide teams in the iterative and incremental delivery of a product.
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1 Einleitung
Dieses Papier beschreibt das Konzept, Design, Aufbau und Tests eines einzigartigen µ-Habitat Systems, um die
Anzahl zugänglicher Reparaturorte an einem typischen Jacket zu maximieren. Primäre und übergreifende Faktoren
für das Design des µ-Habitat waren die Sicherheit der Taucher, die Risikominderung und die Wiederherstellung der
Integrität des PlattformJackets. In zweiter Linie stand die Kostenreduzierung sowohl bei den (CAPEX – capital
expenditure), als auch bei den Projektbetriebskosten (OPEX – operational expenditure).
Zunächst galt es, Lücken im aktuellen Angebot an Technologien zur Reparatur von Unterwasserschweißnähten zu
ermitteln. Somit wurde in einem ersten Schritt untersucht, welche Reparaturtechniken derzeit verfügbar sind und
angewendet werden können. Der nächste Schritt bestand darin, jede Technik gegen die andere objektiv zu bewerten.
Unterwasser-Nassschweißen und hyperbare Schweißreparaturen unter Verwendung konventioneller Habitate sind
die führenden Schweißlösungen, die in der Industrie eingesetzt werden.
2 Bestehende Unterwasser-Schweißreparaturtechnologien
2.1 Konventionelles hyperbares Schweißen
Hyperbares Schweißen: Ein konventionelles Habitat schließt die Reparaturstelle innerhalb des Habitats ein, dichtet
um die defekte Struktur herum ab und entwässert dann den Bereich, indem es das Habitat mit Gas mit dem gleichen
Druck in der Tiefe füllt. Der Taucher/Schweißer, inklusive kompletter Schweißausrüstung, kann die Schweißung im
Trockenen ebenso, wie an der Oberfläche durchführen.
Mehrere Unterwasser-Reparaturmethoden sind in der Lage, qualitativ hochwertige Unterwasser-Schweißnähte zu
erzeugen, die die Schaffung eines Trockenraums zur Durchführung der Reparatur unter Wasser beinhalten.
Konventionelle Trockenraum-Reparaturtechniken haben jedoch die folgenden Einschränkungen:
• Es wird viel Zeit für Entwurf, Fertigung und Inbetriebnahme benötigt
• Hohe Vorkosten
• Oft kundenspezifische Konstruktion für eine bestimmte Schweißstelle oder Knotengeometrie
• Aufwendiger und zeitraubender Aufbau und Abbau vor Ort, was zu einer kostspieligen Reparatur führt
• Eingeschränkter Zugang aufgrund der Größe
SCHUTZRAUM
DICHTUNG
OFFENE UNTERSEITE EINGANG/AUSGANG DICHTUNG
Abbildung 2. Hyperbares Schweißhabitat
2.2 Trockenes Punktschweißen
Die Technik des trockenen Punktschweißens wurde bei Offshore-Strukturreparaturen mit unterschiedlichem Erfolg
eingesetzt. Das Habitat schließt den zu schweißenden Bereich vollständig ein und isoliert ihn von der Umgebung.
Das Habitat wird an der Struktur befestigt und von Wasser befreit. Heizelemente im Inneren des Habitats heizen das
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Grundmetall auf das für das Schweißverfahren erforderliche Niveau vor. Beheiztes Inertgas zirkuliert durch das Habit
und sorgt für eine kontrollierbare Umgebung um den Schweißbereich. Der Taucher/Schweißer schweißt von
außerhalb des Habitats, indem er seine Schweißelektrode durch eine Reihe von kleinen Öffnungen im Habitat
einführt. Im Inneren des Habitats wird eine positive Druckdifferenz aufrechterhalten, die jegliches Eindringen von
Wasser verhindert.
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1: Elektrode 2: Gasbläschen 3: innere Düse
4: Schweißnaht 5: Lichtbogen 6: transparentes
Gehäuse
7: Hintergrundgas 8: Dichtung 9: Wasser
Abbildung 3. Schematische Darstellung des trockenen Punktschweißprozesses mit Stabelektrode
Das System scheint eine gute, einfache und wirtschaftliche Lösung zu sein. Basierend auf seiner Erfolgsbilanz kann
man sicher sein, eine Schweißnahtreparatur der Klasse B zu erreichen. Der inhärente Nachteil ergibt sich jedoch
aus der Tatsache, dass das Verbrauchsmaterial beim Übergang in den Trockenraum der feuchten Umgebung
ausgesetzt ist. Trotz der Beschichtung besteht dadurch ein hohes Risiko, dass Feuchtigkeit in die Schweißnaht
eindringt. Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist eine mögliche Lösung, aber der Grad des Erfolgs bei der
Entfernung von Restwasserstoff aus der Schweißnaht ist schwer zu quantifizieren und noch schwerer zu messen.
Weitere Herausforderungen und Einschränkungen bei dieser Technik können Folgendes beinhalten:
• Der Schweißprozess insbesondere die Schweißtechnik ist einzigartig und unterscheidet sich völlig vom
traditionellen E-Handschweißen, sodass ein geübter, erfahrener Schweißer eine umfangreiche Schulung
benötigt, bevor eine Reparatur durchgeführt werden kann. Somit stellt die verlängerte Dauer dieser
Schulungs- und Qualifizierungsphase einen zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand für jedes
Reparaturprojekt dar.
• Das Habitat ist außer mit einem kleinen Bleistiftschleifer für kein anderes Werkzeug zugänglich, was einen
erheblichen Nachteil bedeutet. Darüber hinaus hat der Schweißer aus der Qualitätsperspektive keine
Möglichkeit, Unregelmäßigkeiten im Prozess, wie etwa Oberflächenfehler der Schweißnaht,
eingeschlossene Schlacke, Oberflächenporosität, schlechte Stopp-Starts, Lichtbogenzündungen oder
Stapelfehler, zu korrigieren.
• Wenn sich der Schweißbrenner außerhalb des Habitats befindet, ist es nur möglich, maximal 50 % der
Elektrode zu verwenden, was zu doppelt so vielen Stopps-Starts führt und das Potenzial zur Einführung von
Schweißfehlern deutlich erhöht.
2.3 Kofferdamm
Ein Kofferdamm ermöglicht das Schweißen in einer trockenen Luftumgebung, wobei ein Stahlgehäuse um die
Struktur herum abgedichtet wird, aber zur Atmosphäre hin offenbleibt. Die Schweißer betreten den Arbeitsbereich
über die Oberseite der Einheit.
Im Wesentlichen handelt es sich um eine wasserdichte Konstruktion, die den Reparaturort umgibt und zur
Atmosphäre hin offen ist. Das Gehäuse kann nach oben offen sein oder ein geschlossenes Oberteil mit einem
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Zugangsschacht zur Oberfläche (siehe Abbildung 6) haben. Unabhängig davon, ob der Kofferdamm nach oben offen
ist oder einen Zugangsschacht hat, ermöglicht eine wasserfreie Umgebung die Reparaturdurch
Trockenschweißungen unter atmosphärischen Bedingungen (El-Reedy, 2019).
Abbildung 4. Primärer Eingang/Ausgang zum Kofferdamm (links) und typische aufblasbare Dichtung zur flexiblen Installation
(rechts)
DECK/PLATTFORM
OFFENE OBERSEITE
WASSERLINIE
DICHTUNG
SICHERUNG DURCH
DRAHTSEILE
Abbildung 5. Beispiel-Kofferdamm an einem Jacket Rohr installiert, bereit für eine Knotenschweißreparatur
Reparaturen an Schiffsrümpfen mit Hilfe von Kofferdämmen sind üblich. Weniger üblich ist der Einsatz von
Kofferdämmen bei großflächigen Reparaturen von Jackett Rohren. Abbildung 7 zeigt einen Kofferdamm, der bei
einem Reparaturprojekt im Südchinesischen Meer eingesetzt wurde. Bis heute ist kein Fall bekannt, in dem ein
Jacket durch die Anwendung eines Kofferdamms in der Nordsee repariert wurde. Eine Kofferdamm-Reparatur würde
aufgrund der geringen Wassertiefe wahrscheinlich Lufttauchen erfordern.
Eine Kofferdamm-Reparatur stellt viele einzigartige Sicherheitsherausforderungen dar.In Übereinstimmung mit dem
Health and Safety at Work Act ist es notwendig, kontinuierlich nachzuweisen, dass die Risiken für schwere Unfälle
so gering wie vernünftigerweise praktikabel (ALARP – As Low As Resonably Practicable) sind. (UK-
Gesetzgebung, 2015)
Die Einführung eines Kofferdammsystems würde eine „wesentliche Änderung“ des aktuellen
Betriebssicherheitsnachweises bedeuten, da die vordefinierten Gefährdungen diese Aktivität nicht abdecken.
Zusätzlich wirkt sich der Kofferdamm auf die Häufigkeit oder Folgenabschätzung anderer vordefinierter MAH aus,
wie z. B. (UK-Gesetzgebung, 2015):
• Kohlenwasserstoff-Brand oder -Explosionen- Folge eines Riser-Brandes, eines Topsides- oder eines
Bohrlochvorfalls auf dem Kofferdamm
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• Fallende Objekte - Aufprall von herabfallenden Gegenständen auf den Kofferdamm
• Schiffskollisionen - Die direkte Kollision eines fahrenden Arbeitsschiffes mit dem Kofferdamm
• Struktureller Zusammenbruch - Aufgrund der direkten Verbindung mit der bestehenden Primärstruktur
und einer daraus resultierenden vorübergehenden oder dauerhaften Änderung der Lasten oder des
Reaktionsverhaltens
• Arbeiten in engen Räumen -Risiko in Bezug auf Notzugänge/Ausstiegswege
Wenn das bewertete Risiko durch die Durchführung der Reparatur auf andere Weise als mit einem Kofferdamm
verringert oder beseitigt werden kann, sollte der Betreiber dieses tun.
2.4 Nassschweißen
Beim nassen Unterwasserschweißen wird ein Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einer wasserdicht
beschichteten Elektrode gezündet, die nur durch das Gas, das durch die vom Schweißlichtbogen verursachte
Zersetzung der Elektrodenumhüllung entsteht, vor dem Wasser geschützt ist.
In vielen Branchen wird das Nassschweißen für die Durchführung von Unterwasserreparaturen eingesetzt.
AWS D3.6M: Der 2017 Underwater Welding Code befasst sich mit den Anforderungen für die Ausführung von
Schweißarbeiten unter Wasser im Nassbereich. Oft wird das Schutzgasschweißen (SMAW) für alle Lagen verwendet
und stellt aufgrund der geringen Ausführungskosten und der Möglichkeit, schwer zugängliche Stellen zu erreichen,
zunächst eine sehr attraktive Option für Schweißreparaturen dar. Die Wahrscheinlichkeit, eine Schweißnaht der
Klasse A nach AWS D3.6M herzustellen, ist jedoch aus folgenden Gründen problematisch:
• Die schnelle Abkühlung, die beim Nassschweißen aufgrund der flüssigen Umgebung auftritt
• Erhöhte Wasserstoffkonzentration sowohl im Schweißgut als auch in der WEZ
• Verminderte Beständigkeit gegen wasserstoffinduzierte Kaltrissbildung HIC
• Wassertiefe bei den meisten Unterwasserreparaturen
Die in der Industrie akzeptierte Grenze für das Nassschweißen liegt bei -30 m Tiefe. Bei weiteren Tiefen erfährt der
Schweißlichtbogen die nachteiligen Auswirkungen von erhöhtem Druck. Es gibt Aufzeichnungen, in denen
Nassschweißungen in -60m Wassertiefe erfolgreich durchgeführt wurden. Es sind jedoch wahrscheinlich erhebliche
Investitionen erforderlich, um die Schweißzusätze und die Schweißtechnik an die anspruchsvollere Umgebung
anzupassen. (Rowe et al 2002) So oder so sollte das Nassschweißen nicht ausgeschlossen werden.
Weitere Herausforderungen beim Nassschweißen sind:
• Wasserstoff-induzierte Rissbildung: Eine wesentliche Einschränkung beim Unterwasser-Nassschweißen ist
die Anfälligkeit für die Bildung von wasserstoffinduzierter Rissbildung (HIC). Wasserstoffrissbildung entsteht
durch ein anfälliges, d. h. hartes Gefüge, Wasserstoff im Schweißbad und Eigenspannung. Die einzige
Möglichkeit, die Neigung zu HIC abzuschwächen, ist die Verlangsamung der Abkühlgeschwindigkeit, die
Reduzierung der Wasserstoffaufnahme oder die Minimierung der Zugeigenspannungen. Dies ist jedoch
problematisch für Unterwasser-Nassschweißungen, die den Elementen ausgesetzt sind. (Fydrych &
Rogalski 2008)
• Zugeigenspannungen: Zugeigenspannungen sind bei Schweißnähten, die im geschweißten Zustand
belassen werden, üblich. Das effektivste Mittel zur Reduzierung dieser Spannungen ist die Durchführung
einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT). Es ist jedoch nicht möglich, die PWHT unter
Wasser durchzuführen. Zugeigenspannungen entstehen in Schweißnähten durch die thermische
Ausdehnung beim Schweißen und die anschließende Kontraktion beim Abkühlen. Die Höhe der
Zugeigenspannung in einer Schweißnaht variiert und hängt von mehreren Faktoren ab, d. h. Dicke,
Verbindungsdesign, Wärmeeintrag und Höhe der Einspannung. Diese Spannungen können gleich der
Streckgrenze des Grundmaterials sein. (Fydrych & Rogalski 2013)
• Diffusionsfähiger Wasserstoff: Beim Schweißen unter Wasser ist die Schweißbarkeit von Stahl durch die
Neigung zum Auftreten von HIC und Porosität begrenzt. Wasser als Schweißumgebung stellt eine
zusätzliche Wasserstoffquelle dar und erhöht gleichzeitig die Abkühlgeschwindigkeit der Schweißung. Daher
ist die Begrenzung des diffundier baren Wasserstoffs in Nassschweißungen entscheidend für die
Vermeidung von Rissbildung. Zur Begrenzung der Wasserstoffaufnahme im Schweißgut und in der WEZ
werden unter Wasser verschiedene Methoden und Techniken eingesetzt, z.B. Schweißstrom,
Elektrodenabdichtung und Legierungszusätze in der Elektrodenumhüllung.(Fydrych et al 2015)
• Anfällige Mikrostruktur: Die Abkühlungszeiten von Schweißnähten unter Wasser sind viel kürzer als an der
Oberfläche an Luft. Dieser Wasserabschreckungseffekt erhöht den Härtegrad in der Wärmeeinflusszone und
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erhöht die Eigenspannungswerte. Die Begrenzung von Härtegraden unter 400HV10 erweist sich unter
Wasser als Herausforderung. Hohe Härte und Zugspannungen erhöhen die Neigung zum Auftreten von HIC
in Nassschweißnähten dramatisch. In Stählen mit einer relativ geringen Festigkeit, einem geringen
Kohlenstoffgehalt und einem geringen Kohlenstoffäquivalent können sich leicht Risse bilden. (Fydrych &
Kozak 2006)
3 µ-Habitat
Das µ-Habitat ist ein neues Konzept, bei dem der Taucher/Schweißer seine Arme in ein Paar Handschuhe steckt,
die in den Körper des Habitats integriert sind. Dadurch kann auf traditionelle Weise im Trockenen geschweißt
werden: Ein Konzept, das sich bereits bei der Reparatur von Unterseekabeln bewährt hat. Dieses µ-Habitat isoliert
einen Bereich und bietet eine trockene, kontrollierbare Umgebung zum Schweißen. Ein µ-Habitat hat den Vorteil,
dass man sich nicht mit einer anspruchsvollen Schweißtechnik auseinandersetzen muss, da der Taucher/Schweißer
effektiv so schweißt, wie er es an der Oberfläche tun würde. Das µ-Habitat bietet auch die Möglichkeit, eine NDE
durchzuführen, und zwar im Trockenen, während das Habitat noch an Ort und Stelle ist.
Abbildung 6. µ-Habitat
Obwohl das µ-Habitat noch nicht erprobt war, fand man in der Konzeptionsphase keine Hinweise darauf, dass das
Konzept nicht funktionieren könnte.Bevor jedoch mit dem detaillierten Design und der Herstellung fortgefahren
werden kann, sind noch einige wichtige Herausforderungen zu bewältigen:
• Sicherheitsbedenken bezüglich der Arme des Tauchers im Inneren des Habitats und der Auswirkungen
des Differenzdrucks.
• Die Sicht des Schweißers kann beim Schweißen in Überkopfposition beeinträchtigt sein.
• Die Bestimmung des Schwierigkeitsfaktors der Schweißtechnik angesichts der eingeschränkten
Armbewegung.
4 Taucher-Sicherheit
4.1 Regulatorische Maßnahmen
Einhaltung der gesetzlichen Anforderungen des (Health & Safety at Work Act 1974, 2019) bezüglich des
Managements der Gefahr schwerer Unfälle (MAH – Major Accident Hazards) auf Offshore-Installationen, die durch
verschiedene Branchenvorschriften festgelegt sind, nämlich The Offshore Installations (Offshore Safety Directive)
(Safety Case etc.) Vorschriften 2015. (UK-Gesetzgebung, 2015) Diese Vorschriften zusammen bestimmen einen
MAH durch Definition innerhalb des Approved Code of Practice. (Health and Safety Executive 2014) Hier sind nicht
alle aufgeführt, aber die für die Diskussion zutreffendste Definition lautet wie folgt:
„Der Ausfall von Lebenserhaltungssystemen für Tauchvorgänge in Verbindung mit der Anlage, das Lösen einer
für solche Vorgänge verwendeten Taucherglocke oder das Einschließen eines Tauchers in einer Taucherglocke
oder einer anderen für solche Vorgänge verwendeten Unterwasserkammer.“ (UK-Gesetzgebung, 2015)
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