Brennstoffzelle an Bord

Im Projekt e4ships arbeiten namhafte deutsche Werften und Reedereien, führende Hersteller von Brennstoffzellen, Hochschulen und Verbände sowie Klassifikationsgesellschaften zusammen, um mit effizienter und sauberer Bordstromversorgung die Umweltbelastung durch Seeschifffahrt zu verringern.

Das Leuchtturmprojekt e4ships

Die Schifffahrt ist mit knapp drei Prozent am globalen CO2-Ausstoß beteiligt. Hinzu kommen Schadstoffe wie Schwefeldioxid, Stickoxide und Rußpartikel, die aus der Verwendung von Schweröl als Treibstoff stammen. Um Mensch und Umwelt zu entlasten, haben sich Werften, Reedereien, Brennstoffzellenhersteller und Klassifikationsgesellschaften 2009 im NIP-Leuchtturmprojekt »e4ships« zusammengeschlossen. Unter Koordinierung der NOW entwickeln und erproben sie neue Technologien, die konventionelle Schiffsaggregate zur Bordstromversorgung künftig ersetzen sollen. Das Gesamtvolumen beläuft sich auf ca. 50 Millionen Euro, jeweils zur Hälfte getragen durch die Partner und das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung.

Projektbeschreibung

Megajachten, Container- und Kreuzfahrtschiffe haben – auch neben dem eigentlichen Antrieb – einen sehr hohen Energiebedarf. Zur effizienten Strom und Wärmeversorgung an Bord könnten in Zukunft modulare Brennstoffzellensysteme mit Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden. Mit entscheidenden Vorteilen: Bei einer Leistung von bis zu 500 Kilowatt weisen sie im Vergleich zu heutigen Energieversorgungssystemen einen deutlich höheren Wirkungsgrad auf und vermindern den Schadstoffausstoß auf See sowie in küstennahen Gebieten. Während der Liegezeiten in Häfen steigt die Luftqualität, wenn sie als Versorgungssystem für die Hilfsaggregate fungieren. Künftig sollen die Systeme mit Leistungen von bis zu einem Megawatt in unterschiedlichen Bereichen auf dem Schiff eingesetzt werden können. Diese dezentralen Systeme arbeiten dann unabhängig voneinander und eröffnen so neue Gestaltungsmöglichkeiten im Schiffsbau, durch die auch bestehende Sicherheitskonzepte verbessert werden können. Den praktischen Einsatz unterstützen die e4ships-Partner mit Simulationen und Modellierungsrechnungen, etwa zur Entwicklung der einzelnen Komponenten.

Auch in der kleineren Leistungsklasse von bis zu 100 kW arbeiten die neuen Anlagen bereits zuverlässig: Proton-Exchange-Brennstoffzellen (PEM) im Niedertemperaturbetrieb können bei kleineren Fähren oder Ausflugsschiffen sogar die komplette Antriebsenergie liefern. Ein Beispiel ist die in Hamburg eingesetzte »Alsterwasser« – ein Dampfer mit zwei 48-Kilowatt-Brennstoffzellen, der als Hybridsystem mit Hochleistungsbatterien gepuffert ist.

Projektverlauf

e4ships besteht aus verschiedenen Modulen, die über eine Gesamtlaufzeit von 2009 bis 2014 realisiert werden:

In Pa-X-ell wird zunächst ein Brennstoffzellenmodul (HT PEM) entwickelt, das auf einem Kreuzfahrtschiff erprobt und dort dezentral Strom und Wärme erzeugen soll.
Im Rahmen des Teilmoduls SchIBZ wird eine hochseetaugliche Brennstoffzellenanlage mit Dieselreformierung entwickelt, die dann im Alltagsbetrieb auf See getestet wird (SOFC).
Im übergeordneten Modul Toplaterne werden alle Fragen zur ökologischen, technischen und wirtschaftlichen Bewertung des Einsatzes von Brennstoffzellen auf Schiffen bearbeitet.

Ziele

Die Umweltauflagen für Küstenzonen und Hafengebiete steigen: in immer mehr Seegebieten gelten strenge Umweltverordnungen, die Emissionsobergrenzen vorschreiben (sog. ECA-Zonen). Das Leuchtturmprojekt e4ships hat zum Ziel, durch den Einsatz von Brennstoffzellen die Wärme- und Energieversorgung an Bord von Seeschiffen deutlich zu verbessern.
Auf diese Weise lassen sich klima- und gesundheitsgefährdende Schadstoffe erheblich reduzieren und gleichzeitig die Effizienz der Anlagen steigern. Die geringere Geräuschentwicklung und Vibration der Maschinen steigern zudem den Komfort an Bord.

Wesentliche Herausforderungen sind neben der technischen Umsetzung auf verschiedenen Schiffstypen die Ableitung einheitlicher technischer Standards für alle Systemvarianten und Leistungsklassen.

Partner

AIDA Cruises, CMT, DNV, Elsflether Zentrum für Maritime Forschung, Flensburger Schiffbau-Gesellschaft, Germanischer Lloyd GL, HAW Hamburg, hySOLUTIONS, Fr. Lürssen Werft, Helmut-Schmidt-Universität, Imtech, INVEN Engineering, MEYER WERFT, Oel-Wärme-Institut (OWI), Reederei Rörd Braren, Thyssen-Krupp MS, HDW, VSM und ZBT.