Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

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 angekündigt worden war, erregte es weltweit Aufmerksamkeit. Es ist mit einem serienreifen, außenluftunabhängigen Brennstoffzellenantrieb ausgestattet. Das 56 Meter lange Wassergefährt kann damit mehrere Wochen unter Wasser bleiben. Ein besonderer Pluspunkt für die Marine: Da die Brennstoffzelle weder warme Abgase noch Geräusche erzeugt, ist das U-Boot kaum zu orten.

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

Grundsätzlich ist der Einsatz von Wasserstoff in der Binnenschifffahrt einfacher als auf See, da dort öfter neuer Treibstoff gebunkert werden kann. Das entschärft ein Stück weit das Platzproblem, das Wasserstoff im Vergleich zu Dieselkraftstoffen immer hat.

Erste zögerliche Ansätze für ein Personenboot mit Brennstoffzellenantrieb gab es 2000 mit der Jungfernfahrt der Hydra, die für 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 für 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 sechsjährigen Reise über die Weltmeere aufbrach. Er ist immer noch unterwegs.

In Hamburg will der Betreiber der Hafenfähren, die HADAG, elektrische Fähren 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 Fähren Ende 2019 ausgeschrieben.

Im von der EU geförderten Forschungsprojekt HySeas III arbeiten Wissenschaftler und Industrie an der weltweit ersten Hochseefähre mit Brennstoffzellenantrieb. Die Fähre soll ab 2021 Personen und Fahrzeuge zwischen den schottischen Inseln Orkney und Shapinsay transportieren. Gebaut werden soll die Fähre von der in Port Glasgow ansässigen Ferguson-Werft. Die Dimensionen stehen schon fest: Mit 35 Metern Länge, zehn Metern Breite und zwei Metern Tiefgang soll sie Platz für 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 für die Betankung der Fähre 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. Bewährt sich das Konzept, könnte die HySeas III zur Blaupause für weitere Fährverbindungen in Europa werden.

Hochseeschiffe mit Wasserstoffantrieb rücken gerade erst in den Blick der Industrie. Der Maschinenbaukonzern ABB hat im Frühjahr 2020 eine Absichtserklärung mit dem Wasserstoffspezialisten Hydrogène de France unterzeichnet. Die beiden Unternehmen wollen gemeinsamen Megawatt-Brennstoffzellensysteme für den Antrieb von Überseeschiffen herstellen. Dabei wollen sie auf das PEM-Megawattkraftwerk zurückgreifen, 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 für „Schiffe mit Brennstoffzelle“ und war gedacht für den Einsatz von Schmelzkarbonatbrennstoffzellen (MCFC) auf hochseetauglichen Mega-Yachten und Spezialschiffen. Ziemlich genau zehn Jahre später zeigte der niederländische 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 flüssigem Wasserstoff, der in zwei 28-t-Tanks gelagert wird, angetrieben werden. Für die Stromversorgung stehen in diesem Konzept sowohl eine PEM-Brennstoffzelle als auch ein großes Akkupaket zur Verfügung, die zusammen eine maximale Geschwindigkeit von 17 Knoten und eine Reichweite von 3.750 nautischen Meilen ermöglichen sollen. Allerdings handelt es sich hierbei zunächst nur um eine Studie, die gemeinsam mit Lateral Naval Architects entworfen wurde.

Im Juli 2019 hat zudem AIDA bekanntgegeben, weiter an emissionsärmeren Lösungen für seine Kreuzfahrtschiffe arbeiten zu wollen. So sollen bis 2023 nach der AIDAnova noch zwei weitere Schiffe mit LNG-Antrieb gebaut werden. Zudem ist für 2021 der erste Praxistest von Brennstoffzellen an Bord eines AIDA-Schiffes geplant. Die erste offizielle Ankündigung dieses Schrittes hatte es in Warnemünde 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.