„Feuer“ im Wasser Grüner Laser schneidet unter Wasser Stahl

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Die Demontage unter Wasser werde immer wichtiger. Man denke etwa an Windraftanlagen, die ausgedient haben. Mit einem speziellen Laser des Fraunhofer IWS funktioniert das.

Angesichts der steigenden Nachfrage nach erneuerbaren Energiequellen wächst auch der Bedarf an modernen Demontagetechnologien für den Unterwassereinsatz, wie es heißt. Um etwa ein Windkraftwerk im Meer auf mehr Leistung zu bringen, müssen alte Stahlgestelle zunächst unter dem Meeresspiegel zerlegt werden, um sie später größer wieder aufzubauen, wie Forscher vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS erklären. Sie verfolgen dabei die Idee, Metalle unter Wasser per Laser zu zerschneiden.

Grünlaser der Kilowattklasse schaffen das Unterwasserschneiden

Metalle mit dem Laser zu schneiden ist schon seit Jahrzehnten möglich und längst in der Industrie etabliert. Doch in der Regel geschieht das eben in einer trockenen Umgebung. Unter Wasser herrschen aber andere Bedingungen. Denn Wasser streut langwelliges Licht in alle Richtungen, weshalb die oft genutzten Rotlichtlaser nicht funktionieren. Denn dadurch verpufft ein Großteil der Laserleistung nach kurzer Distanz. Und das dafür nötige Hilfsgas kann nur sehr aufwendig an den Ort des Schneidgeschehens geführt werden. Um unterhalb der Wasseroberfläche aber Stahl und andere Metalle schneiden zu können, setzen die Fraunhofer-Forscher besonders kurzwellige, in der Industrie nicht oft genutzte, grüne Laser ein, die das können. Gleichzeitig dient das Wasser sogar als Werkzeug, um die entstehende Schmelze mit Druck aus der Schnittfuge auszutreiben, wie es weiter heißt. Dadurch fielen unter anderem Kraftverluste, Extragasleitungen und weitere aufwendige Zusatzsysteme weg. Im Labor funktioniert das Laserschneiden unter Wasser bereits.

Möglich ist dies allerdings erst, seitdem grüne Laser mit einem Kilowatt Leistung verfügbar sind, um die nötigen Schneid-Power zu bieten. Sogar noch kurzwelligere Varianten mit blauen Lasern sind denkbar für diesen Einsatz. Solche Kurzwellenlaser durchdringen Wasser nämlich ohne große Leistungsverluste. Das in trockener Umgebung notwendige Schneidgas lässt sich durch das im Meer reichlich vorhandene Medium ersetzen – H₂O! Wasser lässt sich außerdem, im Gegensatz zu den Hilfsgasen kaum komprimieren. Deshalb beseitigt es in seiner Funktion als Schneidmedium, wie bereits erwähnt, die Schmelzereste an der Schnittstelle mit weniger Kraftaufwand und Zeitverlusten.

Laserschneiden unter Wasser hat viele Vorteile

Im Vergleich zu heute üblichen Trennverfahren per Säge, Sägeseilautomaten und Plasmaschneidern soll das Unterwasser-Laserschneiden einige Vorteile erzielen. Denn das Laserschneiden benötigt vergleichsweise wenig Energie und die Kraftübertragung ist effizienter, sagen die IWS-Experten. Dieser Ansatz erlaube auch die Konstruktion besonders kompakter Unterwasserroboter mit Laserschneidaufsatz. Weil sich diese Roboter kleiner und effizienter als Sägeautomaten bauen lassen, lassen sich damit auch bisher schwer zugängliche Stellen von zu schneidenden Unterwasserstrukturen leichter erreichen, heißt es weiter. Anders als bei den üblichen Trennverfahren müssen Demontageteams einen Schneidlaser nicht fortlaufend mit neuen Sägeblättern oder anderen Verbrauchsmaterialien bestücken. Auch erzeugt solch ein System keine Abfälle und entlässt keine gefährlichen Stoffe in die Umwelt. Dieser Vorteil fällt besonders beim Abriss alter Kernkraftwerke ins Gewicht. Denn auch dort sind oft stählerne Bauteile zunächst unter Wasser zu zerlegen. Würde man hier mit Schneidgas arbeiten, könnten mit den aufsteigenden Gasblasen radioaktive Abfälle an die Wasseroberfläche gelangen. Auch dieses Problem erübrigten sich beim Einsatz des laserbasierten Unterwasserschneidens.

Beim Laserschneiden wird Wasser vom Feind zum Freund

Die wirtschaftliche und gesellschaftliche Relevanz von innovativen Technologie beschreibt Prof. Christoph Leyens, Institutsleiter des Fraunhofer IWS: „70 Prozent der Erde bestehen aus Wasser. Diese Offshore-Reserven muss die Menschheit künftig verstärkt nutzen, um umweltfreundliche Energiequellen zu erschließen und auszubauen.“ Dafür brauche man auch neue Unterwasser-Fertigungsverfahren wie die hier beschriebene Laserschneidmöglichkeit. Leyens: „Bisher wurde das Wasser dabei als Feind verstanden. Wir kehren das um, und verstehen es nun als Freund.“ Im nächsten Schritt wollen die Forscher ihr im Labormaßstab funktionierendes Schneidkonzept zu praktisch einsetzbaren Systemen weiterentwickeln. Die Wissenschaftler suchen dafür aktuell nach Industriepartnern, die konkrete Einsatzszenarien, Erfahrungen und Herausforderungen skizzieren, sowie die konkrete Technologieentwicklung begleiten.

Im September stellt das Fraunhofer IWS das innovative Verfahren auf der Messe »Schweißen & Schneiden« in Essen vor, um es gemeinsam mit Industriepartnern zur Einsatzreife zu führen.

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