Klimatische Beanspruchung von Ladung beim Seetransport

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Collage Klimatische Beanspruchung

Jedes Jahr kommt es während der Transporte von vegetabilen Gütern durch meteorologische Einflüsse und damit verbundener Schweiß- / Schwitzwasserbildung in den Luken von Schiffen und auch in Containern zu Nässeschäden in erheblicher Höhe.

Insbesondere in den letzten Jahren wurden Lebensmittelrohprodukte wie Kaffee und Kakao, die aus
tropischen und subtropischen Ländern nach Europa importiert wurden, mit sehr starken
Beschädigungen durch Kondenswasserbildung und Schädlingsbefall angeliefert. 

Diese Beschädigungen wurden durch strukturelle Veränderungen im Seeverkehr, insbesondere durch
die Umstellung auf Container, stark gefördert.

Es können folgende Schadensursachen im Zusammenhang mit Kondenswasserbildung unterschieden werden:

  • Kondensation
  • Schweißwasserbildung innerhalb der Ladung (Ladungsschweiß)
  • Ladungsschweiß zweiter Art (Schiffsschweiß)
  • ungünstige atmosphärische Feuchtigkeitsbedingungen bei Beladung des Containers
  • hohe Eigenfeuchtigkeit von mikroskopischen Gütern.

Welche der vorgenannten Faktoren einen ausschlaggebenden Einfluss auf die Ladung haben, hängt stark von der Beschaffenheit und Natur des zu verschiffenden Gutes ab.

Hygroskopische Güter haben nicht nur Einfluss auf die Temperaturen, sondern ebenso auf die Feuchtigkeitsgehalte der umgebenden Luft in der Luke von Schiffen oder innerhalb von Containern. Diese Art Ladungsgüter sind in der Lage, Feuchtigkeit von der umgebenden Umluft aufzunehmen oder in die umgebende Luft abzugeben.

Falls die relative Luftfeuchtigkeit in dem Transportmittel und der Wassergehalt der Ladung festgestellt werden können, kann dieser Zusammenhang durch sogenannte Sorbtions-Isothermen demonstriert werden.

Der Taupunkt der Luft in Standard-DC-Containern, die mit warmer Ladung beladen sind, kann sich bei schnell sinkenden Außentemperaturen nur langs am angleichen. Die Temperaturen an den Containerwänden sinken sehr schnell unterhalb des Taupunktes, wodurch Kondensation innerhalb der Container an den Wänden und Decken auftreten kann. Dieser Effekt wird regelmäßig während der Transporte von tropischen Regionen in kühle Windklimazonen festgestellt. Es sind verschiedene Methoden geeignet, die Risiken der Entstehung von Beschädigungen bei diesen Taupunktunterschreitungen zu vermindern.

Da detaillierte wissenschaftliche Untersuchungen über die Arten der im Seefrachtverkehr in Containern unterschiedlichster Bauart transportierten Ladungen zu sehr komplizierten Erklärungen geführt haben, bemühen wir uns in dieser Ausarbeitung um eine kurze, überschaubare Darstellung der verschiedenen vorbeugenden Maßnahmen im Containerverkehr.

Bevor wir jedoch zu den Präventivmaßnahmen übergehen, möchten wir kurz die physikalischen Prinzipien der Kondensation erläutern.

Ebenso wie verschiedene andere Gase, beinhaltet auch Luft in erheblichem Umfang Wasserdampf. Luft kann diesen gasförmigen Wasserdampf nur in begrenzter Menge aufnehmen. Wird diese Menge überschritten, so wird Wasser frei und der Taupunkt ist erreicht. Dieser ist kein konstanter Wert und nicht linear feststellbar, zudem ist er stark abhängig von der Lufttemperatur.

Der tatsächliche, aktuelle Dampfdruck der Luft liegt überwiegend unterhalb des Sättigungswertes. Die
Differenz zwischen diesen beiden Werten ist das so genannte Sättigungsdefizit. Das prozentuale Verhältnis von aktuellem Dampfdruck und Sättigungsdampfdruck wird benannt als relative Feuchtigkeit.

Kühlt man Luft kontinuierlich ab, so erreicht sie die Sättigungstemperatur des aktuellen Dampfdruckes, es tritt Kondensation auf. Diese Temperatur ist als Taupunkttemperatur definiert. Kühlt man die Luft innerhalb des Containers weiter ab, so fällt der überschüssige Wasserdampf als flüssiges Wasser aus. Eine solche Situation findet man sehr häufig an so genannten Grenzflächen, wo zwei physikalisch verschiedene Körper oder Medien aneinander stoßen, z.B. an Containerwänden.

Kondensation

Zwei verschiedene Arten von Kondensationsbildung in Schiffen oder Containern sind bekannt. Wir wollen diese beiden unterschiedlichen Probleme kurz darstellen:

1. Schweißwasserformation an der Ladung

Setzt man ein kalt gelagertes oder gekühltes Ladungsgut feuchtwarmer Luft aus, so tritt folgender Effekt an der Oberfläche der Ladung auf:

Die warme Luft kühlt an den Außenflächen der Ware ab, die feuchte warme Luft wird ebenfalls angekühlt, wobei es zu einer Taupunktunterschreitung kommt und somit größere Mengen Kondenswasser freigesetzt werden.

Eine Ware, die an einem kalt temperierten Ort verladen und nach raschem Transport an einem warm- feucht temperierten Ort ausgeladen wird, ist hochgradig gefährdet für diesen sogenannten Ladungsschweiß.

Die gleiche Situation kann bereits während des Transportes entstehen und ist dann um so gefährlicher, weil sie oftmals zu spät erkannt wird. Bei unsachgemäßer Belüftung der kalten Ware mit warm-feuchter Außenluft kann rasch und intensiv eine Ladungsschweißsituation eintreten, sobald der Taupunkt der Zutrittsluft über den Oberflächentemperaturen der Ladung liegt.

2. Ladungsschweiß zweiter Art

Setzt man ein warmes, nicht hygroskopisches Gut kalter Luft aus, so kann es nicht zu einer Schweißsituation kommen, da die Oberflächentemperatur mehr oder weniger deutlich über dem Lufttaupunkt liegt. Anders stellt sich jedoch die gleiche Situation bei hygroskopischen Waren dar.

Ihre Oberfläche wird gleichermaßen wie bei nicht hygroskopischen Waren durch Luft abgekühlt. Dies geschieht allerdings wegen des geringen Wärmeinhaltes der Luft nur langsam.

Gleichzeitig haben jedoch die Luftporen des hygroskopischen Gutes entsprechend dessen Temperaturen und Feuchtigkeit einen mehr oder weniger hohen Taupunkt. Daher bildet sich jetzt an der abkühlenden Oberfläche der Ladung eine Schweißwassergrenzschicht, zu welcher der Feuchtigkeitsnachschub nicht aus der Luft kommt, sondern aus dem hygroskopischen Gut.

Eine solche Situation entsteht beispielsweise in Schiffsladeräumen infolge unsachgemäßer Belüftung mit kalter Außenluft.

3. Schweißwasserbildungen im Laderaum von Schiffen und innerhalb von Containern (Schiffsschweiß)

Die klassische Situation für diesen Typ von Kondensation, hervorgerufen durch das meteorologische Klima in Laderäumen, entsteht, wenn die Oberflächentemperaturen der Laderaum- oder Containerwände unter den Taupunkt der Innenluft sinken.

Eine wesentliche Voraussetzung für ein Andauern dieser Situation ist ein Wasserdampfnachschub in die Raumluft von innen. Dieser Feuchtigkeitsnachschub kann durch hygroskopische Güter sowie feuchtes Stau- oder Verpackungsmaterial entstehen. Die Raumluftfeuchtigkeit steigt in solchen Fällen bis in Sättigungsnähe an. Der Taupunkt liegt in solchen Fällen entsprechend hoch.

Wird nun im Land- oder auch im Seeverkehr eine kältere Klimazone befahren oder findet ein Wettersturz statt, so kühlen sich die Außenwände des Transportmittels schnell ab. Sobald deren Oberflächentemperatur den Taupunkt der Raumluft unterschreitet, bildet sich dieser so genannte Schiffsschweiß oder Innenwandschweiß.

In dieser Situation läuft ein verhängnisvoller physikalischer Prozess ab. Es entsteht ein so genanntes Dampfdruckgefälle. Ständig wird über die zwischen der Ladung und der Außenwand liegende Luft Wasserdampf nachtransportiert. Innerhalb des Transportmittels vorhandene Ventilation oder Luftzirkulation verstärken diesen Prozess. Somit kann an den Innenwänden das Wasser in großen Mengen kondensieren und herablaufen.

Sehr stark gefährdet für diesen so genannten Innenwandschweiß bzw. Kondensation sind alle Schiffe, die mit hygroskopischer, vegetabiler Ladung von warmen in kalte Klimazonen fahren.

Kakao- und Kaffeetransporte aus tropischen Ländern während der Wintermonate sind auf der Nordhalbkugel von diesen Risiken der Kondensation sehr stark betroffen. Ladungsgüter wie Kakao können schon während der Beladung Luftfeuchtigkeit aus der Container-Innenluft aufnehmen, so dass die Gefahr einer Kondensation während der Reise konstant wächst. Innerhalb der Container können bei ungünstigen Bedingungen durchaus Temperaturen von 40° bis 60° Celsius erreicht werden. Damit steigt das Sättigungsdefizit rasch an. Aus hygroskopischer Ladung wie Kakao wird Wasserdampf in die Luft abgegeben. Die Folge dieses Prozesses ist ein starker Anstieg des Taupunktes. Bei starker und schneller Abkühlung, insbesondere nachts oder bei Erreichen kälterer Klimazonen, kühlt sich das Transportmittel und die Luft innerhalb des Transportmittels stark ab.

Kann nun die Ladung infolge der relativ hohen Eigenfeuchte die Feuchtigkeit aus der Luft innerhalb des Transportmittels nicht rückabsorbieren, so wird an den sich abkühlenden Teilen der Taupunkt der
Innenluft unterschritten und es kommt zur Kondensation.

Dieser Effekt kann sich bei zunehmender Erwärmung wieder abschwächen, tritt jedoch in einem wiederkehrenden Rhythmus erneut auf.

Diese Veränderungen der Feuchtigkeitsgehalte und die fortlaufende Kondensation führen insbesondere bei Kakao zu erheblichen Beschädigungen.

Eine vollständige Verhinderung dieser Kondenswasserbildungen ist insbesondere in den Wintermonaten nur sehr schwer oder gar nicht möglich.

Zur Vermeidung dieser Art von Kondensati on können verschiedene Maßnahmen getroffen werden.

Präventivmaßnahmen

Verwendung von ventilierten Containern

Weltweit sind große Mengen von ventilierten, so genannten „Kaffee-Containern“, verfügbar. Hierbei handelt es sich um 20’- und 40’-DC-Container unterschiedlicher Bauart. Einige Baureihen sind von innen zusätzlich mit Sperrholzplatten verkleidet. Diese Container verfügen in den oberen und unteren Längsträgern über durchgehende Ventilationsschlitze, die bei sachgerechter Stauung eine effektive und gute Ventilierung gewährleisten.

Sie sind gegen Spritzwasser geschützt und wasserdicht. Diese Art der Ventilierung vermindert das Risiko der Kondenswasserbildung innerhalb von Containern erheblich.

Einige ventilierte Container stehen als Stahlcontainer ohne Innenverkleidung zur Verfügung. Wenn diese Container verwendet werden, sollten die Innenwände und auch die Toplagen der Ware durch Papier oder Wellpappe geschützt werden.

Sehr häufig wird der Ventilationseffekt durch mangelhafte Stauung innerhalb der Container unterbunden oder stark gemindert.

Die unteren Ventilationsöffnungen müssen zur Gewährung des Lufteintrittes frei zugänglich bleiben. Die unteren Ventilationsschlitze müssen, um eine gute Ventilierung zu gewährleisten, mindestens über einen Freiraum von ca. 10 Zentimetern verfügen. Dieses kann erreicht werden, indem man die äußeren unteren Lagen der Säcke zunächst in Längsrichtung staut, die darüber liegenden Lagen sollten dann querschiffs bis dicht an die Containerwände gestaut werden.

Diese Art der Stauung führt zu einem sich nach oben hin leicht verjüngenden Stapel, so dass die Säcke keinen direkten Kontakt zu den Containerwänden haben.

Eine gute Stauung von Sackgut in ventilierten Containern wird nur sehr selten praktiziert, muss jedoch als optimale Lösung angesehen werden.

In den letzten Jahren wurden wiederholt ventilierte 20'-DC-Standard-Container mit mehr als 200 Sack Kakao oder mehr als 220 Sack Kaffee beladen angeliefert. Derartige Ladungsmengen können in diesen Containern nur bei einer vollständigen Raumausnutzung verladen werden. Eine solche Überladung der Container führt zu einer Verstärkung der Kondenswasserbildung.

Verladung in ISO-Standard-Containern

Große Mengen Kakao oder Kaffee wurden in den letzten Jahren in 20'-DC-Standard-Containern angeliefert. Dieser Containertyp verfügt überwiegend über zwei bzw. vier kleine Kompressionsöffnungen / Ventilationsschlitze. Diese sehr kleinen Öffnungen waren ursprünglich für eine Dekomprimierung bzw. einen Druckausgleich innerhalb der Container bei starken Temperaturschwankungen vorgesehen.

Der Ventilationseffekt dieser kleinen Öffnungen ist als minimal einzustufen. Daher ist die Verladung von Kaffee und Kakao in diesem Containertyp, insbesondere in den Wintermonaten, als extrem problematisch einzustufen.

Innerhalb dieser Container können folgende Maßnahmen zur Minderung der Kondenswasserbildung bzw. zur Verhinderung von Schäden getroffen werden:

  • Abdecken der Ladung
  • Beigabe von Trocknungsmitteln
  • Messung der Feuchte

Konventionelle Verladung

Sackware wie Kakao ist sehr gut für konventionelle Verladung im Seefrachtverkehr geeignet. Die Verladung auf konventionellen Schiffen erfordert jedoch einen sehr sorgfältigen Umgang mit der Ladung sowie gut ausgebildetes Personal.

Im Falle konventioneller Verladungen müssen durch die sogenannte Blockstauung zwingend in erforderlichem Umfang Ventilationskanäle gebildet werden. Diese Ventilationskanäle garantieren eine
effiziente Ventilierung innerhalb der Ladeluken.

Alle Metallteile der Luken, insbesondere die Außenwände, müssen sehr sorgfältig geschützt werden. Die Verwendung von sogenannten Schweißlatten ist unverzichtbar. Diese Schweißlatten sollten zusätzlich mit Papier abgedeckt werden.

Alle innenliegenden Metallteile der Ladeluken sollten mit Papier und/oder Holz geschützt werden. Um ein Umstürzen der Säcke bei der sogenannten Blockstauung zu vermeiden, müssen große Mengen Stauholz sachgerecht verwendet werden. Dieses Stauholz muss bereits über einen längeren Zeitraum abgelagert sein. Sei Feuchtigkeitsgehalt darf einen Wert von 12 % nicht übersteigen.

Durch Verwendung von frisch geschnittenem Stauholz mit einem erhöhten Feuchtigkeitsgehalt werden in erheblichem Umfang Schäden durch Schimmelbildung an Rohkakao hervorgerufen.

Das Auftreten von Kondensation in den Ladeluken kann nur durch eine optimale Ventilierung verhindert werden. Ein Freiraum von mindestens 20 cm oberhalb der Säcke muss vorhanden sein. Die Ventilationseinrichtungen des Schiffes müssen sachgerecht verwendet werden. Eine gute Ventilation erfordert einen 50- bis 60-fachen Luftaustausch pro Stunde bei fortlaufender Überprüfung der Temperaturen und der Feuchtigkeitsgehalte.

Das Schiffspersonal muss zwingend angewiesen werden, die relative Luftfeuchtigkeit in den Luken mindestens 2 mal täglich festzustellen und in den Schiffsdokumenten zu vermerken.

Die entsprechenden Maßnahmen zur Ventilierung müssen basierend auf diesen Untersuchungen getroffen werden.

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