NS Otto Hahn: Nuklearbetriebenes Forschungs

Historie
Als die Kernenergie
„Ahoi“ rief
NS Otto Hahn: Nuklearbetriebenes
Forschungs- und Frachtschiff
Jerome Reinartz, Hattingen
für den Antrieb der Turbinen zu erzeugen.
Dieses integrierte Konzept macht den Reaktor kompakter und wartungsärmer.
Gründlich hatten sich die Konstrukteure auf die ungewohnte Aufgabe vorbereitet. Mit zahlreichen Tests und Nullleistungsexperimenten an Land sollte sicher
gestellt werden, dass alles möglichst reibungslos funktioniert. Die Mühen machten sich bezahlt. Es waren nur Kleinigkeiten, die im jahrelangen Betrieb noch optimiert werden mussten. Dabei lernten
die Nuklearwissenschaftler unschätzbar
viel.
Geschichte
Abb. 1: Die „Otto Hahn“ vor Kapstadt, Quelle: Helmholtz-Zentrum Geesthacht (ex GKSS)
Vor 50 Jahren, im September 1963, begann in Kiel der Bau des bis heute einzigen
deutschen nuklearen Schiffes, des NS Otto
Hahn (Abbildung 1). Das Forschungs- und
Frachtschiff zeigt im Rückblick vor allem
eines: Die Technik lief zuverlässig. Doch
Kostendruck und Vorbehalte machten den
Traum von einem Zeitalter der Kernenergie-Schifffahrt zunichte.
Unter den Augen von Prof. Dr. Otto
Hahn, dem Entdecker der Kernspaltung,
lief das zu diesem Zeitpunkt noch konventionelle Schiff am 13. Juni 1964 vom Stapel. Zuvor war es von Hanna Lenz, der Ehefrau des damaligen Wissenschaftsministers
Anschrift des Verfassers:
Jerome Reinartz
atw-Redaktion
652
Hans Lenz (FDP) getauft worden. Vier Jahre später war der Reaktor eingebaut und
betriebsbereit. Schon der Name des Energielieferanten für das 16.870-B.R.T.- Gefährt wies in Richtung Zukunft und zeigte
gleichzeitig den Prototyp-Charakter an:
Der „Fortschrittliche Druckwasserreaktor
(FDR)“ der Otto Hahn war nicht nur aufgrund der Anpassung an den Einsatz auf
hoher See eine Weiterentwicklung damaliger Druckwasserreaktoren. (Tabelle 1)
Die Konstrukteure um Erich Bagge sprachen deshalb von einem „Fortschrittlichen
Druckwasserreaktor“, weil das Konzept
besser und sicherer sein sollte, als die Reaktoren an Bord anderer Atomschiffe. Ein
FDR enthält Wasser als Kühlmittel.
Aber der Reaktor führt nicht, wie andere Leichtwasserreaktoren, das Primärkühlmittel über einen Wärmetauscher, um
dann dort Dampf in einem sekundären
Kreislauf zu erzeugen, sondern dieser Reaktor benutzt das Wasser in seinem eigenen Behälter dazu, um dort schon Dampf
Der deutsche Atomfrachter war weltweit
nicht das erste zivile mit Kernenergie betriebene Schiff: Das russische NS Lenin
(Eisbrecher) und das amerikanische NS
Savannah stachen bereits 1958 bzw. 1962
in See. Durch eine Vereinbarung mit der
Babcock & Wilcox Company konnte in
Deutschland auf die Bau- und Betriebserfahrungen des NS Savannah zurückgegriffen werden.
Die GKSS, Gesellschaft für Kernenergieverwertung in Schiffbau und Schiffahrt
mbH in Geesthacht hatte 1960 per Ausschreibung nach einer Werft für den Bau
des ersten europäischen zivilen Nuklearschiffes gesucht. Im November wurde der
Werftbauvertrag mit der Kieler Howaldtswerke AG unterzeichnet. 1963 wurde das
NS Otto Hahn auf Kiel gelegt. 19 Millionen
DM sollte das Schiff inklusive der konventionellen Antriebsanlage kosten. Hinzu kamen die Mittel für die Lieferung und Montage des Reaktors (27,5 Mio. DM), der gemeinsam mit der Deutschen Babcock und
der Interatom GmbH entwickelt wurde. Als
weitere Posten kamen hinzu: Die erste
Brennelementbeladung sowie weitere
technische Ausstattung in den Jahren bis
1975. Insgesamt wurden rund 60 Mio. DM
investiert. 16 Millionen kamen von der
Europäischen Atomgemeinschaft (Euratom), die damit an den gewonnenen Erkenntnissen teilhaben und Wissenschaftler
auf das Schiff entsenden konnte. Zwar
war die Otto Hahn wesentlich ein deutsches Projekt, doch auch bei der Vergabe der zahlreichen Aufträge an Zulieferer
waren die Partnerländer mit eingebunden.
So lieferten französische, niederländische, luxemburgische und italienische
Unternehmen Komponenten oder Dienstleistungen.
Den Rest der Investitionskosten trugen
der Bund (60 %) und die 4 norddeutschen
Küstenländer (40 %). Als die Stilllegung
des Reaktorbetriebs 1979 erfolgte, waren
inklusive Bau und Betrieb rund 200 Mio.
DM an Aufwand angefallen. Zu diesem
Zeitpunkt hatte der Forschungsbetrieb
atw Vol. 58 (2013) Issue 11 | November
Historie
schon alle wesentlichen Erkenntnisse über
den Reaktorbetrieb auf See und den FDR
im Speziellen geliefert. Dies war mit ein
Grund dafür, dass die Otto Hahn keine weitere neue Reaktorbeladung und damit keine längere Laufzeit bewilligt bekam. Der
neue Reaktorkern und die kumulierten
weiteren Betriebskosten hätten laut Schätzungen aus dem Jahr 1977 noch einmal
mit 60 Mio. DM zu Buche geschlagen.
Den Kosten standen im Laufe der über
10-jährigen Einsatzzeit auch Erträge aus
Ladungsfahrten (Erz, Kohle, Phosphat, Getreide) gegenüber: 73 Frachtfahrten erwirtschafteten 13,7 Mio. DM.
Beeindruckende Zahlen
Tab. 1: Technische Daten des NS Otto Hahn atw Vol. 58 (2013) Issue 11 | November
Fortsetzung auf der nächsten Seite
Fast 650.000 Seemeilen, soviel wie 30 Erdumrundungen, legte das Schiff im Laufe
seiner Betriebszeit zurück. (Abbildung 2)
Die Crew nutzte annähernd 80 % der Betriebstage für Fahrten auf See. Dabei kam
der Reaktor auf 65.000 Betriebsstunden
und zeigte damit, dass trotz des ungewohnten Umfeldes die Lebensdauer mit
Reaktoren an Land vergleichbar war. Die
gesammelten technischen Daten ließen
den Schluss zu: Die Kernenergie ist eine
technische Treibstoffalternative zum Öl in
der Handelsschifffahrt. Doch wirtschaftlich betrachtet erwies sich der Nuklearantrieb nicht als Alternative. „GKSS-Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen haben gezeigt, dass unter den gegenwärtigen Bedingungen kernbetriebene Handelsschiffe
(…) noch nicht konkurrenzfähig sind“,
lautete das Fazit des ABE-Ausschusses des
Deutschen Atomforums.
Allerdings betonte der Bericht auch den
Prototypcharakter des Reaktors. Die gewonnenen Erkenntnisse sind dann in den
Entwurf des nuklearen Containerschiffprojektes NCS-80 eingeflossen. Im Bedarfsfall hätten in diesen Jahren Kernenergieschiffe gebaut werden können.
Bereits 1973, als die erste Ölkrise die
westliche Welt bewegte, war eine nukleare
Handelsflotte im Gespräch. Der Spiegel erklärte: „Wie kein anderer Staat wäre die
Bundesrepublik gerüstet, den Seeverkehr,
wenn Diesel- und Bunkeröl knapp werden,
auch mit Uran in Gang zu halten. Zwar
nicht sofort, aber doch für das kommende
Jahrzehnt könnten heimische Firmen
Schnellfrachter und Supertanker mit Reaktorantrieb auf Kiel legen.“ Die Planungen sahen einen Frachter mit 80.000 Wellen-PS und damit der 8-fachen Leistung
der Otto Hahn vor.
Auch den Einsatz als Fahrgastschiffe
hielt man in der Aufbruchsstimmung der
Konstruktionsjahre für möglich. 1965
schrieb der damalige Geschäftsführer der
GKSS, Dr. von zur Mühlen, in der atomwirtschaft: „Bei Fahrgastschiffen muß aber
653
Historie
Fortsetzung der Tabelle1
Abb. 2: Auch Rio de Janeiro war ein Ziel der Otto Hahn, Quelle: Helmholtz-Zentrum Geesthacht
(ex GKSS)
daneben auch noch das psychologische
Moment berücksichtigt werden, ob diese
neue Antriebsart für die Passagiere abschreckend oder anziehend wirken würde.
Hier sei die Prognose gewagt, daß der
Kernenergie-Antrieb eher ein anziehendes
Moment darstellt, was für die technische
Aufgeschlossenheit unseres Jahrhunderts
sprechen würde.“
Kritische Stimmen
Bevor das NS Otto Hahn seine erste Ladungsfahrt angetreten hatte, wurde die
Eignung als Frachter infrage gestellt.
„Bombe in Beton“, titulierte der Spiegel
1968 in der Überschrift eines Artikels das
Schiff und holte dann noch weiter aus:
„Mit einem lahmen Dampfschiff mäßiger
Tonnage steuern Deutschlands Schiffbauer
das Jahr 2000 an – und vorerst rote Zahlen. Der Betrieb des Schiffes wird jedes
Jahr 3 Millionen Mark Zuschuß erfordern.
Sein kühn geschwungener Rumpf faßt gerade 12.000 Tonnen Ladung – die Hälfte
dessen, was ein normales Frachtschiff glei-
654
cher Größe transportiert. Seine Höchstgeschwindigkeit, 16 Knoten, ist so bemessen,
daß jedes neuere Handelsschiff ihm davonfährt.“
Dabei hatten die Geesthachter Bauherren stets betont, die Otto Hahn sei in erster
Linie ein Forschungsschiff und solle nur
nebenbei die Kernenergie auf dem Wasser
hoffähig machen. Mit einer wirtschaftlich
sinnvollen Nutzung eines Atomfrachters
rechneten die Wissenschaftler erst in der
nächsten Generation der Schiffe. Und dies
auch nur unter der Voraussetzung von weiterhin steigenden Energiepreisen, die konventionelle Antriebe weniger attraktiv hätten werden lassen.
Die vorgegebenen Ziele für das NS Otto
Hahn konnten hingegen aus heutiger Sicht
insgesamt erfüllt werden, auch wenn es
keine weiteren Bauten gab. Die Vorgaben
lauteten:
• Gewinnung von Erfahrungen mit kernenergiebetriebenen Schiffen und Lösung spezieller technischer Probleme
• Erforschung des dynamischen Verhaltens der Gesamtanlage auch unter extremen Bedingungen
• Erschließung ausländischer Häfen für
Kernenergie-Handelsschiffe
• Durchführung von schiffstechnischen
Untersuchungen
Ein Gebiet, auf dem das Reaktorschiff aufgrund der Vorgaben in unbekannte Gewässer vordringen musste, waren die Genehmigungen zum Einlauf in fremde Häfen. Da es
an generell gültigen Vereinbarungen mangelte, wurden jeweils bilaterale Abkommen
nötig, wenn die Otto Hahn in Häfen auf der
ganzen Welt einlaufen wollte. Dazu kamen
ungewöhnlich hohe Deckungssummen für
Versicherungen. So betrug die Risikosumme für den norwegischen Erzhafen Narvik,
wo das Nuklearschiff eigentlich seine erste
Erzfracht laden sollte, 400 Millionen Mark,
das 25-fache der üblichen Risikosumme für
einen Erzfrachter. Die Vorbehalte waren
vielerorts unüberwindbar. Rotterdam, Lissabon und Southampton blieben die einzigen europäischen Häfen, die bis 1979 angelaufen werden konnten. Bevor es 1970 auf
die erste große Reise ging (Tabelle 2), lief
das Schiff 1968/69 die deutschen Häfen
Kiel, Hamburg, Bremerhaven, Bremen, Wilhelmshaven, Cuxhaven, Emden, Nordenham und Lübeck an.
Die Ungewöhnlichkeit des Atomschiffes
wurde durch das Prozedere deutlich, dass
bei beinahe jedem Einlaufen in einen ausländischen Hafen abgespult wurde. Pressekonferenzen, Empfänge und Informationsveranstaltungen sind sonst an Bord von
Schiffen höchst selten. Bei der Otto Hahn
gehörten diese Veranstaltungen zum Alltag
der Besatzung. Denn das Nuklearschiff war
- neben den anderen Aufgaben - auch eine
riesige Werbeplattform: Für die Kernenergie, für die Leistungsfähigkeit der deutschen Industrie und Forschung und für die
Bundesrepublik insgesamt. So kamen beim
erstmaligen Anlaufen eines Hafens stets
zahlreiche Besucher an Bord. Darunter waren nicht nur Techniker, sondern auch Prominenz. Doch egal wie groß der Name war,
die peniblen Sicherheitskontrollen mussten alle über sich ergehen lassen. Denn die
Sicherheit hatte, wie bei jeder kerntechnischen Anlage, absolute Priorität. Dies wurde auch schon bei der Auslegung des Schiffes deutlich. Besonderheiten waren:
• Hohe Wasserballastkapazität, mit der
das Schiff nur in Ballast auf den Konstruktionstiefgang gebracht werden kann.
Entsprechend dem Forschungscharakter des Schiffes ließ sich unabhängig
von einer Ladung der Entwurfszustand
für die unterschiedlichsten Untersuchungen einstellen.
• Große Aufbauten im Hinterschiff, um zusätzliches Forschungs- und Trainingspersonal mitnehmen zu können. Insgesamt
sind zusätzliche Unterbringungs-möglichkeiten für 27 Personen vorhanden.
• Abweichend von einem konventionellen Massengutschiff war ein vorderer
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sche für die Brennelement-Handhabung operieren zu können.
Entsorgung
Als die nukleare Entsorgung bzw. der Rückbau der Nuklearkomponenten des Schiffes
1982 abgeschlossen war, wurde die Otto
Hahn zum Containerschiff mit Dieselantrieb umgebaut. Die Stilllegung kostete insgesamt 46 Mio. DM, von denen allein 17
Mio. DM auf die Lagerung und Wiederaufbereitung der Brennstäbe entfielen.
Der Reaktor und die abgebrannten
Brennelemente kamen nach Karlsruhe und
zurück zur GKSS in Geesthacht. Insgesamt
lagerten auf dem GKSS-Gelände 52 Brennstäbe des Reaktors. Diese wurden 1981 in
einem Sondertransport nach Geesthacht
gebracht und eingelagert. Bürgerinitiativen
behaupteten später, dass darüber nicht ausreichend informiert wurde, da das Hauptinteresse dem Reaktordruckbehälter galt. Die
GKSS stellte allerdings klar: „Wir haben da
niemals ein Geheimnis daraus gemacht. Die
Brennstäbe verblieben seinerzeit zur Nachuntersuchung in sicherer Verwahrung in
einem abgeschirmten Bereich des Forschungsreaktors im GKSS-Forschungszentrum“, so GKSS-Sprecher Torsten Fischer im
Jahr 2010. Danach wurden die Brennstäbe
zur längerfristigen Zwischenlagerung in
das Zwischenlager Nord der EWN in Lubmin
überführt. Der Druckbehälter mit Schildtank des NS Otto Hahn lagert für wissenschaftliche Nachuntersuchungen seit 1981
in einem eigens dafür errichteten Betonschacht auf dem Gelände des heutigen
Helmholtz-Zentrums Geesthacht.
Tab. 2: Angelaufene ausländische Häfen, Zeittabelle
Brückenaufbau auf 1/4 Schiffslänge von
vorn vorgesehen, um der nautischen
Schiffsführung bei Navigation in beengten Gewässern bessere Sichtverhältnisse
zu geben.
• Anordnung eines speziellen Hilfsmaschinenraumes unter dem vorderen Brückenaufbau, in dem sich, räumlich weit
von dem übrigen Antriebsbereich getrennt, der Hilfsdieselgenerator befand.
• Anordnung einer Hilfskesselanlage als
Notantrieb sowie wasserdichte und
feuerfeste Trennung des Hilfskesselraumes vom Maschinenraum. Dieser Notantrieb hätte im Falle eines Reaktorausfalles die Dampferzeugung übernommen.
Dafür standen 2.000 W-PS (1.500 KW)
zur Verfügung, die eine Geschwindigkeit
von 8,5 kn möglich machten.
• Große Ruderfläche im Verhältnis zum
Unterwasserlateralplan und Vergrößerung des Ruderschaftdurchmessers um
5 % gegenüber der Auslegung bei Fahrt
ins Eis.
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• Enge wasserdichte Unterteilung des
Schiffes, die praktisch an einen 3-Abteilungsstatus heranreichte. 3-Abteilungsstatus bedeutet, dass in 3 beliebig benachbarten Abteilungen Wassereinbruch erfolgen kann, ohne dass das
Schiff sinkt oder kentert.
• Anordnung eines speziellen baulichen Kollisionsschutzes im gesamten
Reaktorbereich, der nach vorn und hinten in die Längsstruktur des Schiffes
auslief.
• Anordnung eines baulichen Grundberührungsschutzes in Form eines 3-fachbodens im gesamten Reaktorbereich,
wobei der obere Tragboden im Verhältnis zum unteren beulweichen Schiffsdoppelboden so stark ausgeführt war,
dass er das gesamte Reaktorgewicht allein aufnehmen konnte.
• Anordnung eines Bordkrans im Reaktorbereich auf der Steuerbordseite mit
einer Kapazität von 35 t, um mit der
schweren Brennelement-Wechselfla-
Wissenswertes am Rande
Ab 1969 war Heinrich Lehmann-Willenbrock
Kapitän der Otto Hahn. Von 1974 bis 1979
führte Ralf Matheisel das Schiff. Die letzte
Reise des Schiffes nach Durban (Abbildung
3) ist in dem Roman „Der Abschied“ von Lothar-Günther Buchheim beschrieben.
1960 Ausschreibung der GKSS, Gesellschaft für Kernenergieverwertung in
Schiffbau und Schiffahrt mbH,
Geesthacht, über ein nuklear angetriebenes Handelsschiff mit der Betonung des Vorranges von Forschungsaufgaben auf dem Gebiet
nuklearer Antriebe
1963 Kiellegung in den Kieler Howaldtswerken
1964 13. Juni, Stapellauf in Anwesenheit
von Prof. Dr. Otto Hahn
1968 Erstkritikalität des Reaktors an
Bord
1968 11. Oktober, Probefahrt. Aufnahme
des Fahrtbetriebs für die Massengutfracht und Forschung
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Historie
Literatur
Abb. 3: Die Otto Hahn am Kai. Quelle: Helmholtz-Zentrum Geesthacht (ex GKSS)
1969 8. bis 21. März, erste nukleare Atlantikfahrt
1970 Mit Casablanca wird der erste ausländische Hafen angelaufen
1972 Austausch des ersten Reaktorkerns.
Mit der ersten Brennstoffladung
wurde das Schiff 4 Jahre lang betrieben, wobei es eine Strecke von
ca. 250.000 Seemeilen zurückgelegt hat.
1979 St i l l l e g u n g n a c h i n s ge s a m t
650.000 Seemeilen Fahrt. Dabei
sind 33 Häfen in 22 Staaten angelaufen worden. Nuklearer Rückbau
bis 1982.
1982 Umbau zu einem Containerschiff
mit Dieselantrieb
1983 Probefahrt unter dem Namen MS
Trophy
1983 Chartername MS Norasia Susan
1985 Chartername MS Norasia Helga
1989 Chartername Hua Kang He einer
Reederei in Shanghai
1998 Chartername MS Madre
2009 Abwrackung in Bangladesch
Ende 2009 wurde das Schiff nach längerer
Aufliegezeit in Abu Dhabi von seinem letzten Reeder, der griechischen Alon Maritime Corporation, für 2,45 Mio. US-Dollar
zum Abwracken nach Bangladesh verkauft. Das Ende einer langen Reise. Den
anderen zivilen Nuklearschiffen war ein
deutlich weniger erfolgreiches Leben gegönnt, als der Otto Hahn:
Die amerikanische Savannah wurde
nach 8 Jahren auf See 1970 als Museumsschiff stillgelegt; der japanische Atomfrachter Mutsu kam aufgrund von Konstruktionsmängeln nicht über Testfahrten hinaus und wurde stillgelegt. Nach Entfernung des Reaktors im Jahr 1995 fährt das
Schiff heute als Mirai und dient der Erforschung des Ozeans. Endgültig zu Ende ging
das Zeitalter der Atomfrachter aber erst im
Jahr 2012, als der russische Frachter/Eisbrecher Sewmorput (fertiggestellt 1988)
außer Dienst gestellt wurde. Russland betreibt aber noch weiterhin eine Flotte ziviler
Atomschiffe. Allerdings keine Frachter, sondern allesamt Eisbrecher im Nordmeer.
[1] Karr, Hans: Mit Atomkraft unterwegs, in
Köhlers Flottenkalender 2014, Koehler
Verlagsgesellschaft, Hamburg, 2013
[2] Bericht: Stillegung der NS „Otto Hahn“,
in atw (atomwirtschaft, atomtechnik),
November 1980, S. 556
[3] atw (atomwirtschaft, atomtechnik), Januar 1960, Oktober 1964, Februar, Mai
1965, Juni, Juli, Oktober 1968, Oktober
1978, Februar 1979, Juli 1979, Juli 1980
[4] GKSS-Forschungszentrum Geesthacht: NS
Otto Hahn – Erstes deutsches Kernenergieschiff, GKSS 81/E/20, 1981
[5] Fliegender Holländer, in: Der Spiegel,
50/1973
[6] Bombe in Beton, in: Der Spiegel 41/1968
[7] Artikel in Bergedorfer Zeitung, abzurufen unter:
http://www.bergedorfer-zeitung.de/
geesthacht/article72996/Noch-immer52-Brennstaebe-in-Geesthacht.html (geprüft am 27.08.2013)
http://www.bergedorfer-zeitung.de/
printarchiv/geesthacht/article57322/
Der-letzte-Kapitaen-der-Otto-Hahn.html
(geprüft am 27.08.2013)
[8] zu wissenschaftlichen Ergebnissen der
Fahrten: Genauigkeitsprobleme der
Punktdynamik am FDR-Reaktor des NS
„Otto Hahn“, R. Fiebig, Gesellschaft für
Kernenergieverwertung in Schiffbau und
Schiffahrt, Geesthacht
Messungen der Dynamik während der
Anfahrexperimente des „Otto Hahn“-Reaktors mit dem 2. Kern, M. Kolb, E. Robinson, E. Schwieger, Gesellschaft für
Kernenergieverwertung in Schiffbau und
Schiffahrt, Geesthacht,
Beide in: Fachtagung der Fachgruppen
Thermo- und Fluiddynamik und Reaktorphysik der Kerntechnischen Gesellschaft im Deutschen Atomforum e.V.,
29. bis 31. Januar 1974
[9] Neumann, Hajo: Vom Forschungsreaktor
zum Atomschiff Otto Hahn. Die Entwicklung von Kernenergieantrieben für die
Handelsmarine in Deutschland, Hauschild Verlag, Bremen, 2009

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Germany
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