Wie kommt es zu Luft in U-Booten?

Die unsichtbare Fabrik unter Wasser: Sauerstoffgewinnung in U-Booten

Die Stille der Tiefsee, der immense Druck, die absolute Abgeschiedenheit – das sind die Herausforderungen, denen sich Besatzungen von U-Booten stellen. Neben der Navigation und der Bewältigung technischer Probleme stellt die Versorgung mit Atemluft eine existenzielle Aufgabe dar. Im Gegensatz zur landläufigen Vorstellung, dass U-Boote einfach große Luftvorräte mitführen, basiert die Sauerstoffgewinnung an Bord auf einem komplexen und hochentwickelten Verfahren, welches weit mehr ist als nur das einfache “Mitnehmen” von Pressluftflaschen.

Der Mythos der “Lufttanks” ist zwar nicht gänzlich falsch, da ein U-Boot natürlich einen Notvorrat an komprimierter Luft besitzt. Dieser reicht jedoch nur für eine begrenzte Zeit. Für längere Tauchgänge, und insbesondere für moderne, autarke U-Boote, ist ein nachhaltiges System zur Sauerstoffproduktion unerlässlich. Hier kommt die Elektrolyse des Meerwassers ins Spiel. Dieses Verfahren bildet das Herzstück der Atemluftgewinnung.

Der Prozess lässt sich in mehrere Stufen unterteilen:

1. Wasseraufnahme und Destillation: Zunächst wird Meerwasser angesaugt und in einem Destillationsprozess von seinen Salzen befreit. Dies geschieht in der Regel durch Verdampfung, wobei das reine Wasser als Dampf abgeleitet wird, während die Salze zurückbleiben. Moderne Verfahren optimieren diesen Schritt durch den Einsatz von Membrantechnologien, die eine effizientere Trennung ermöglichen und den Energieverbrauch reduzieren. Die verbleibenden Salze werden entweder im Meerwasserkreislauf belassen oder, je nach U-Boot-Klasse und -alter, als Abfall entsorgt.

2. Elektrolyse: Der gereinigte Wasserdampf wird anschließend kondensiert und in einer Elektrolysezelle verarbeitet. Hier wird unter Anwendung von elektrischem Strom das Wassermolekül (H₂O) in seine Bestandteile zerlegt: Sauerstoff (O₂) und Wasserstoff (H₂). Diese Reaktion findet an zwei Elektroden statt, wobei an der Anode Sauerstoff und an der Kathode Wasserstoff freigesetzt werden. Die benötigte elektrische Energie wird meist von den Bordgeneratoren des U-Bootes bereitgestellt, die üblicherweise mit Diesel- oder Kernkraft betrieben werden.

3. Sauerstoffgewinnung und Wasserstoffnutzung: Der gewonnene Sauerstoff wird gereinigt und der Besatzung zur Atmung zugeführt. Der gleichzeitig produzierte Wasserstoff hat mehrere Funktionen: Er kann als Brennstoff in Brennstoffzellen verwendet werden, die wiederum elektrische Energie erzeugen. Dies schließt einen Kreislauf, bei dem die Wasserstoffproduktion zur Energiegewinnung beiträgt. Alternativ kann der Wasserstoff zur Unterstützung von Verbrennungsprozessen oder zur Wasserreinigung verwendet werden. Eine direkte Entsorgung des Wasserstoffs ist aufgrund seiner Brennbarkeit und der damit verbundenen Explosionsgefahr nicht praktikabel.

Die Effizienz dieses Systems ist entscheidend für die Autonomie eines U-Bootes. Optimierungen zielen auf die Minimierung des Energieverbrauchs bei der Destillation und Elektrolyse ab. Die Weiterentwicklung der Elektrolysetechnologien, beispielsweise durch den Einsatz von effizienteren Katalysatoren, ist ein fortlaufender Prozess, um die Lebensdauer und die Unabhängigkeit der U-Boote von der Oberfläche zu erhöhen. Die unsichtbare Fabrik unter Wasser ist somit ein Wunderwerk der Ingenieurskunst, welches die lebenswichtige Sauerstoffversorgung für die Besatzungen gewährleistet und somit den Erfolg von Unterseeboot-Missionen sichert.