Leise Schrauben, mehr Fische

Seit Januar 2026 läuft an der HAW Kiel ein Forschungsprojekt, das sich mit einem Problem befasst, das die Schifffahrtswelt seit fast zwei Jahrzehnten beschäftigt: dem tieffrequenten Unterwasserlärm durch Schiffsschrauben. Was auf den ersten Blick wie ein reines Ingenieursthema klingt, hat direkte Auswirkungen auf Fischbestände, Fangerfolge und das Ökosystem in all den Gewässern, in denen wir angeln. Das Projekt MinKav, gefördert vom Land Schleswig-Holstein mit knapp 390.000 Euro, könnte mittel- bis langfristig dazu beitragen, dass es unter unseren Angelgewässern wieder stiller wird. Und das wäre mehr wert, als es zunächst klingt.

Wasser leitet Schall fünfmal besser als Luft

Das ist keine Kleinigkeit. Wer einmal beim Tauchen ein vorbeifahrendes Motorboot gehört hat, weiß, wie präsent und durchdringend diese Geräusche unter der Wasseroberfläche sind. Schall breitet sich in Wasser mit etwa 1.500 Metern pro Sekunde aus, verglichen mit rund 340 Metern in Luft. Tieffrequente Schallwellen verlieren dabei kaum Energie und überbrücken problemlos hunderte Kilometer. Ein großes Frachtschiff ist in einem weiten Umkreis noch deutlich wahrnehmbar.

Für Fische ist das ein ernstes Problem. Sie sind evolutionär darauf ausgelegt, ihr akustisches Umfeld als primäres Sinnesorgan zu nutzen. Über die Seitenlinie und das Innenohr nehmen sie Druckwellen wahr, die weit unterhalb dessen liegen, was wir Menschen als Hören bezeichnen würden. Dorsch, Hering und viele andere kommerziell und anglerisch relevante Arten kommunizieren akustisch, orientieren sich per Schall und nutzen Lautmuster zur Koordination beim Schwarmverhalten. Dauerhafter Unterwasserlärm überlagert diese Signale. Die Folgen sind gut dokumentiert: Bestände weichen aus gewohnten Habitaten aus, die Reproduktionsrate sinkt. Kabeljau-Eier, deren Elterntiere erhöhten Schallpegeln ausgesetzt waren, zeigten nachweislich eine um rund 40 Prozent verminderte Befruchtungsrate. Bei seismischen Tests fielen die Fangraten für Kabeljau, Schellfisch und Felsenbarsch laut Studien um teils 50 bis 80 Prozent. Das sind erhebliche Effekte.

Was Kavitation ist und warum sie so laut ist

Der Hauptverursacher des Schiffslärms ist kein Motorgeräusch und auch keine Schiffsglocke. Es ist ein physikalisches Phänomen namens Kavitation, und es passiert direkt am rotierenden Propellerblatt. Wenn ein Propellerflügel durch Wasser dreht, beschleunigt er das Wasser an seiner Rückseite, der sogenannten Saugseite. Diese Beschleunigung geht mit einem starken Druckabfall einher. Fällt der lokale Druck auf den Dampfdruck des Wassers, verdampft das Wasser spontan und es bilden sich winzige Dampfblasen. Klingt harmlos, ist es aber nicht. Sobald diese Blasen in eine Druckzone geraten, kollabieren sie schlagartig. Dabei wirken punktuell Drücke von bis zu 5.000 bar. Diese Implosion ist der entscheidende Lärmmoment. Je schneller der Kollaps abläuft, desto lauter der erzeugte Schallimpuls.

Doktorandin Leonie Föhring von der HAW Kiel macht genau diesen Prozess mit Hochgeschwindigkeitskameras und Unterwassermikrofonen im Kavitationstunnel des Schiffbauströmungslabors sichtbar und hörbar. Ihre Frage ist fundamental: Lässt sich der Kollaps der Dampfblasen verlangsamen? Und wenn ja, welche Propellerform erreicht das? Bisher hat niemand diesen Mechanismus systematisch durchleuchtet, obwohl er seit fast 20 Jahren als das zentrale ungelöste Problem der Schiffslärmforschung gilt. Das ist der Ausgangspunkt von MinKav.

Andere Ansätze, und warum sie nicht die ganze Antwort sind

Bevor MinKav auf die Szene trat, war die Forschung nicht untätig. Es gibt eine Reihe von Konstruktionsansätzen, die das Problem des Propellerlärms von verschiedenen Seiten angehen. Jeder davon ist interessant, und keiner hat das Problem bislang vollständig gelöst.

Kortdüse

Ein profilierter Ring umschließt den Propeller auf engem Spaltmaß. Der Druckunterschied zwischen Blattvor- und -rückseite kann sich an der Spitze nicht mehr ausgleichen, der Spitzenwirbel wird gedämpft, und der erhöhte Einlaufdruck hemmt die Kavitationsentstehung direkt. Für schwer belastete Schlepper bei niedrigen Fahrtgeschwindigkeiten funktioniert das gut.

Adressiert Spitzenwirbel und Kavitationsentstehung teilweise
Bei höheren Fahrtgeschwindigkeiten steigt der Gesamtwiderstand spürbar
Fertigungspräzision im Millimeterbereich nötig, teuer und aufwendig
Bewuchs durch Meeresorganismen im engen Spalt verschlechtert die Wirkung schnell
Löst den Blasenkollaps selbst nicht, bekämpft nur die Entstehungswahrscheinlichkeit

Ringpropeller

Die Blattspitzen sind direkt mit einem rotierenden Ring verbunden, der sich gemeinsam mit dem Propeller dreht. Die offene Blattkante als Entstehungsort des Spitzenwirbels entfällt konstruktiv fast vollständig.

Beseitigt den Spitzenwirbel an der Wurzel
Fertigung eines präzisen rotierenden Rings für große Schiffe extrem aufwendig
Erhöhte Masse bedeutet größere dynamische Belastungen auf Welle und Lager
Im breiten Handelschiffseinsatz bislang kein serientauglicher Ansatz
Kavitationsblasen entlang der Blattfläche bleiben unberührt

Kappel-Propeller

Die Blattspitzen sind zur Saugseite hin gebogen, ähnlich wie die Winglets moderner Passagierflugzeuge. Der Druckunterschied zwischen Blattvor- und -rückseite läuft an der Spitze sanfter aus, der Spitzenwirbel wird geschwächt, weniger kinetische Energie fließt in den Wirbel ab.

Messbare Effizienzgewinne von zwei bis drei Prozent nachgewiesen
Reduzierte Spitzenwirbel-Kavitation in Praxistests belegt
Herstellungskosten rund 20 Prozent höher als bei konventionellen Propellern
Blatt- und Wolkenkavitation entlang der gesamten Blattfläche wird nicht adressiert
Die Physik des Blasenkollapses selbst bleibt unverändert

Sharrow-Propeller

Die Blätter werden an der Spitze zu einer geschlossenen Schleife zurückgeführt. Die offene Blattspitze als Entstehungsort des Spitzenwirbels entfällt, ähnlich wie beim Ringpropeller, aber als kompakte Einzelblatt-Geometrie ohne rotierenden Außenring. Entwickelt wurde das Konzept ursprünglich für Filmdrohnen, deren Propellerlärm den Gründer Greg Sharrow als Videoproduzent störte.

Hersteller gibt Effizienzsteigerung von neun bis 15 Prozent an
Spitzenwirbel konstruktiv eliminiert
Unabhängige Vergleichsdaten bisher dünn, Leistungskurven nicht veröffentlicht
Für den großen Handelschiffseinsatz noch nicht erprobt
Physik des Blasenkollapses bleibt wie bei allen geometrischen Ansätzen unberührt

Haar-Propeller: Wenn die Oberfläche das Problem löst

Der Haar-Propeller kommt aus einer ganz anderen Denkrichtung als alle bisher genannten Konzepte. Forscher der Universität Magdeburg haben nicht die Form, sondern die Oberfläche selbst verändert. Der Ausgangspunkt war die Beobachtung, dass in 100 Jahren Propellertechnik Blattanzahl, Geometrie und Profil zwar stetig weiterentwickelt wurden, die Oberfläche aber stets glatt blieb. Das stellt sich als fundamentaler Denkfehler heraus.

Das Vorbild ist der Wasserläufer. Seine Beine sind unter dem Mikroskop mit pilzförmigen Mikrostrukturen überzogen, die Luft unter Wasser einschließen und ihm das Laufen über die Oberfläche ermöglichen. Genau diese Strukturen, in der Materialwissenschaft GEMS genannt, Gas-Entrapping Microtextured Surfaces, wurden aus Siliziumdioxid nachgebaut und auf Propelleroberflächen aufgebracht. Der Propeller hat im Betrieb dadurch keinen direkten Kontakt zum Wasser mehr.

Was dann bei einsetzender Kavitation passiert, ist kontraintuitiv. Blasen und Mikrojets entstehen weiterhin, doch anstatt das Metall anzugreifen, prallt der Mikrojet vom eingeschlossenen Luftpolster ab. Der Grund ist dabei fast ironisch elegant: Genau der Unterdruck, der die Kavitationsblasen erzeugt, bläst gleichzeitig das Luftkissen in den Pilzstrukturen auf. Die Kavitation formt durch die Mikrostruktur eine Schutzwand gegen sich selbst, vollkommen automatisch.

Bis zu zehnfach erhöhte Lebensdauer gegenüber konventionellen Propellern möglich
Effizienzgewinne von bis zu 30 Prozent prognostiziert, basiert aber noch auf Modellannahmen
Rein struktureller Schutz, ohne Chemie, ohne Beschichtung
Auf Pumpen, Turbinen und Reaktorkühlsysteme übertragbar
Forschung noch in frühem Stadium, Langzeittest unter realen Betriebsbedingungen steht aus
Reduziert Erosion, strahlt den Schall des Blasenkollapses aber weiterhin ins Wasser ab

Für MinKav ist der Haar-Propeller ein interessanter Bezugspunkt, aber kein Wettbewerber. Wer beide Ansätze kombiniert, leisere Blasenimplosionen durch optimierte Blattgeometrie und erosionsresistente Oberflächen durch Mikrostrukturierung, hätte ein wirklich starkes Paket. Bis dahin ist es aber noch ein Stück Forschungsweg.

Was MinKav anders macht und wie weit die Forschung ist

Das Kieler Projekt verfolgt einen grundlegenderen Ansatz als alle genannten Alternativen. Prof. Jörn Kröger und Leonie Föhring wollen zunächst verstehen, welche Blattgeometrie den Blasenkollaps von vornherein verlangsamt. Kombiniert werden detaillierte Modellversuche im Kavitationstunnel mit hochauflösenden numerischen Strömungssimulationen, bei denen verschiedene Blattformen virtuell getestet werden, bevor auch nur ein Stück Metall bearbeitet wird. Der Industriepartner JASCO-ShipConsult aus Schwentinental bringt seine Expertise in Schiffs- und Unterwasserakustik ein. Das Besondere ist die Kombination: Akustische Zielvorgaben sollen direkt in den Propellerentwurf einfließen, als Designparameter auf Augenhöhe mit Schub, Effizienz und Lebensdauer. Bisher war Lärmminimierung bestenfalls ein Nachgedanke.

Besonders interessant ist der angestrebte Retrofit-Ansatz. Die Erkenntnisse sollen nicht nur für Neubauten gelten, sondern sich auch auf bestehende Schiffe übertragen lassen. Sollte das gelingen, hätte man ein Werkzeug in der Hand, das die gesamte aktive Weltflotte langfristig adressieren kann. Das Projekt läuft bis Ende 2028 und steht damit noch am Anfang. Erste Ergebnisse zu den Blasenkollaps-Mechanismen sind im Verlauf des Jahres 2026 zu erwarten.

Was das für uns Angler bedeutet

Schifffahrtswege in der Ostsee und Nordsee sind auf Lärmkarten der EU deutlich als besonders schallbelastete Zonen erkennbar. Fischpopulationen in der Nähe intensiv befahrener Korridore zeigen veränderte Verteilungsmuster. Dorsch, ohnehin unter Druck durch Überfischung und Wassererwärmung, reagiert auf konstanten Schallstress mit verminderter Fortpflanzungsleistung und räumlicher Ausweichbewegung. Das betrifft nicht nur Meeresangler. Auch in Binnengewässern, die durch Schiffsverkehr belastet werden, etwa größere Flüsse, Kanäle oder Seen mit Motorbootbetrieb, verhalten sich Fische unter erhöhtem Lärmdruck anders. Sie ziehen sich in ruhigere Bereiche zurück, fressen weniger und sind schwerer zu überlisten.

Wenn du beim Angeln auf ruhige Stellen setzt, an denen wenig Bootsbewegung ist, handelst du intuitiv richtig. Umso mehr gilt das für die Wahl des Angelzeitpunkts: Frühe Morgenstunden vor dem Einsetzen des Schiffsverkehrs sind nicht zufällig produktiver. Für die Meeresangelei auf dem Boot empfiehlt es sich, den eigenen Motor so weit wie möglich zu drosseln oder abzustellen, bevor man den Drifter auswirft oder die Pilker absetzt. Dein Echolot sendet zwar selbst Schall aus, aber in einem Frequenzbereich und einer Intensität, die weit unter dem liegt, was ein laufender Außenborder erzeugt. Ein ruhig liegendes Boot über einer lohnenden Stelle schlägt ein fahrendes jedes Mal.