Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen Teil 10.9

Teil 10.9 | Schifffahrt

Im April 2003 trat das weltweit erste U-Boot mit Brennstoffzellenantrieb von Kiel aus seine Jungfernfahrt an. U 31 ist eines von vier U-Booten der Klasse 212 A, die an die Deutsche Marine ausgeliefert wurden. Die Kosten beliefen sich pro Exemplar auf rund 400 Mio. Euro. Schon seitdem das nicht-nukleare U-Boot in den 1990ern erstmals angekĂŒndigt worden war, erregte es weltweit Aufmerksamkeit. Es ist mit einem serienreifen, außenluftunabhĂ€ngigen Brennstoffzellenantrieb ausgestattet. Das 56 Meter lange WassergefĂ€hrt kann damit mehrere Wochen unter Wasser bleiben. Ein besonderer Pluspunkt fĂŒr die Marine: Da die Brennstoffzelle weder warme Abgase noch GerĂ€usche erzeugt, ist das U-Boot kaum zu orten.

Doch auch fĂŒr konventionelle Schiffe wird die BZ-Technik immer interessanter. Der Schiffsverkehr ist fĂŒr rund 2,5 Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) der Vereinten Nationen, die fĂŒr die Regulierung im Schiffsverkehr zustĂ€ndig ist, hat das globale Ziel ausgerufen, die jĂ€hrlichen Emissionen bis 2050 gegenĂŒber 2008 um mindestens 50 Prozent zu senken.

GrundsĂ€tzlich ist der Einsatz von Wasserstoff in der Binnenschifffahrt einfacher als auf See, da dort öfter neuer Treibstoff gebunkert werden kann. Das entschĂ€rft ein StĂŒck weit das Platzproblem, das Wasserstoff im Vergleich zu Dieselkraftstoffen immer hat.

Erste zögerliche AnsĂ€tze fĂŒr ein Personenboot mit Brennstoffzellenantrieb gab es 2000 mit der Jungfernfahrt der Hydra, die fĂŒr 22 Passagiere zugelassen war. 2001 wurde sie allerdings gleich wieder außer Dienst gestellt.

In der Schweiz gab es ebenfalls Versuche, und zwar mit einem sieben Meter langen Boot fĂŒr bis zu sechs Personen, das auf dem Neuchateler See im Einsatz war und mithilfe zweier Elektromotoren (3 kW) dauerhaft zwölf Stundenkilometer schaffte.

Viele Schlagzeilen machte der Katamaran Energy Observer, der im Jahr 2017 mit einem Solar-Wasserstoffantrieb zu einer sechsjĂ€hrigen Reise ĂŒber die Weltmeere aufbrach. Er ist immer noch unterwegs.

In Hamburg will der Betreiber der HafenfÀhren, die HADAG, elektrische FÀhren mit Brennstoffzellen als Range-Extender anschaffen. Nachts sollen die Schiffe am Stromnetz ihre Batterien aufladen. Wenn diese im Lauf des Tages leer werden, soll die Brennstoffzelle einspringen. Das Design wurde bereits entwickelt, der Bau der FÀhren Ende 2019 ausgeschrieben.

Im von der EU geförderten Forschungsprojekt HySeas III arbeiten Wissenschaftler und Industrie an der weltweit ersten HochseefĂ€hre mit Brennstoffzellenantrieb. Die FĂ€hre soll ab 2021 Personen und Fahrzeuge zwischen den schottischen Inseln Orkney und Shapinsay transportieren. Gebaut werden soll die FĂ€hre von der in Port Glasgow ansĂ€ssigen Ferguson-Werft. Die Dimensionen stehen schon fest: Mit 35 Metern LĂ€nge, zehn Metern Breite und zwei Metern Tiefgang soll sie Platz fĂŒr 120 Personen und 18 Fahrzeuge bieten. Der Antrieb stellt neue Anforderungen an die gesamte Konstruktion. Schließlich fallen ohne Dieselantrieb sowohl der Schornstein als auch der schwere Motor im Rumpf weg. Die gesamte Gewichtsverteilung muss also neu geplant werden. Die Frage, wo die Energiespeicher sitzen und wie groß sie sein sollen, ist Teil des Forschungsprojektes.

Abb. 53:
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Der Wasserstoff soll auf den Orkney-Inseln erzeugt werden. Diese produzieren bereits seit Jahren mehr Strom aus Wind-, Wellen- und Gezeitenkraftwerken, als sie selbst nutzen können. Auch die Infrastruktur fĂŒr die Betankung der FĂ€hre mit einem mobilen Trailer ist bereits im Entstehen. Die wirtschaftlichen Eckdaten und die Ökobilanz sollen im Projekt genau untersucht werden, auch im Vergleich zu elektrischen oder Hybridantrieben. BewĂ€hrt sich das Konzept, könnte die HySeas III zur Blaupause fĂŒr weitere FĂ€hrverbindungen in Europa werden.

Hochseeschiffe mit Wasserstoffantrieb rĂŒcken gerade erst in den Blick der Industrie. Der Maschinenbaukonzern ABB hat im FrĂŒhjahr 2020 eine AbsichtserklĂ€rung mit dem Wasserstoffspezialisten HydrogĂšne de France unterzeichnet. Die beiden Unternehmen wollen gemeinsamen Megawatt-Brennstoffzellensysteme fĂŒr den Antrieb von Überseeschiffen herstellen. Dabei wollen sie auf das PEM-Megawattkraftwerk zurĂŒckgreifen, das ABB gemeinsam mit Ballard Power Systems entwickelt hat und das nun in einer neuen Fabrik von HDF in Bordeaux produziert werden soll.

Im Jahr 2009 gab es die Idee, auch Yachten mit Brennstoffzellen auszustatten. Im Rahmen des e4ships-Leuchtturmvorhabens wurde das SchIBZ-Teilvorhaben gestartet. Der Name steht fĂŒr „Schiffe mit Brennstoffzelle“ und war gedacht fĂŒr den Einsatz von Schmelzkarbonatbrennstoffzellen (MCFC) auf hochseetauglichen Mega-Yachten und Spezialschiffen. Ziemlich genau zehn Jahre spĂ€ter zeigte der niederlĂ€ndische Yachtbauer Sinot auf der Monaco Yacht Show, wie heutzutage solch ein Schiff aussehen könnte. Die Aqua ist eine 112 Meter lange Luxusyacht und soll mit flĂŒssigem Wasserstoff, der in zwei 28-t-Tanks gelagert wird, angetrieben werden. FĂŒr die Stromversorgung stehen in diesem Konzept sowohl eine PEM-Brennstoffzelle als auch ein großes Akkupaket zur VerfĂŒgung, die zusammen eine maximale Geschwindigkeit von 17 Knoten und eine Reichweite von 3.750 nautischen Meilen ermöglichen sollen. Allerdings handelt es sich hierbei zunĂ€chst nur um eine Studie, die gemeinsam mit Lateral Naval Architects entworfen wurde.

Im Juli 2019 hat zudem AIDA bekanntgegeben, weiter an emissionsĂ€rmeren Lösungen fĂŒr seine Kreuzfahrtschiffe arbeiten zu wollen. So sollen bis 2023 nach der AIDAnova noch zwei weitere Schiffe mit LNG-Antrieb gebaut werden. Zudem ist fĂŒr 2021 der erste Praxistest von Brennstoffzellen an Bord eines AIDA-Schiffes geplant. Die erste offizielle AnkĂŒndigung dieses Schrittes hatte es in WarnemĂŒnde beim Kick-off-Event des e4ships-Leuchtturmvorhabens im Jahr 2009 gegeben. Aktuell wird die Installation von BZ-Kraftwerken auf Kreuzfahrtschiffen im Rahmen des Projekts PaXel-2 gemeinsam mit der Meyer Werft verfolgt.

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Die Technik von gestern, heute und morgen

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen. Bewusst leicht verstÀndlich gehalten und beschrieben. Es soll technikinteressierten als ein umfangreiches Literaturverzeichnis dienen.

Die grundlegend ĂŒberarbeitete Neuauflage unseres Buches zu diesem Thema ist hier erhĂ€ltlich. Aktuelle Entwicklungen wurden ergĂ€nzt, Überholtes entfernt. Neben den jĂŒngsten Trends vermittelt dieses Buch – wie schon seine VorgĂ€nger – die grundlegenden physikalischen ZusammenhĂ€nge, denn diese gelten ja bei allem Wandel nach wie vor.

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