In der Schifffahrt wachsen die Anforderungen aus den Klimaschutzvorgaben etwa des europäischen Rechts sehr schnell. Ziel des Leuchtturmprojekts e4ships ist es, durch den Einsatz von klimaschonenden Brennstoffzellen auf Schiffen Schadstoffemissionen deutlich zu senken, da diese eine umweltfreundliche Alternative zu den herkömmlichen Aggregaten an Bord von Schiffen bieten.
Im Projekt e4ships wurden erstmalig neue technische Lösungen für die Reduzierung von Emissionen durch den Einsatz von Brennstoffzellen auf Schiffen erfolgreich demonstriert. Die erprobten Systeme sollen im ersten Schritt nicht die Hauptmotoren substituieren, sondern die Aggregate zur Versorgung der Nebenverbraucher mit Strom und Wärme bzw. Kälte. Als Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung sind sie deswegen besonders effizient. Gegenüber konventionellen mit Marinediesel oder Schweröl betriebenen Verbrennungsmaschinen konnten signifikant reduzierte Geräusch- und Abgasemissionen nachgewiesen werden. Der dezentrale und modulare Ansatz bietet nicht nur eine flexible und sichere Anordnung an Bord, sondern zugleich eine redundante Energieversorgung und damit eine höhere Sicherheit (Safe Return to Port).
Durch die Arbeiten im Projekt wurden gemeinsame Anforderungen bei der Erstellung von nationalen, europäischen und internationalen Regelwerken, Normen und Standards in die relevanten Fachgremien wie z. B. die International Maritime Organisation (IMO) eingebracht, um zukünftig grundsätzlich den Einsatz alternativer Kraftstoffe und Brennstoffzellen in der internationalen Schifffahrt zu ermöglichen. Dafür ist ein intensiver Austausch mit den Koordinatoren der Mitgliedsstaaten der IMO, d. h. in Deutschland dem Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, erforderlich. Im Rahmen von regelmäßigen Projekttreffen wurde eine Plattform für den fachlichen Austausch der Projektpartner untereinander geschaffen und durch eine gemeinsame Kommunikation eine hohe Wahrnehmung des Leuchtturmvorhabens in Politik und Öffentlichkeit sichergestellt.
Toplaterne ist ein übergeordnetes Modul im Verbundvorhaben e4ships, in dem alle übergeordneten Erkenntnisse beispielsweise zu den eingesetzten Brennstoffen gebündelt werden. Die in den Demonstrationsprojekten Pa-X-ell und SchIBZ erprobten Anlagen sind noch Prototypen, die im Echtbetrieb weiter erprobt und optimiert werden müssen. Mögliche Forschungsaktivitäten beinhalten dabei den Einsatz von Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC und HT-PEM) bei den seegängigen Schiffen sowie Hoch- und Niedrigtemperaturbrennstoffzellen (SOFC, HT- und LT-PEM) bei Binnenschiffen. Mögliche Brennstoffe sind Methanol, Erdgas (CNG, LNG), Diesel oder Wasserstoff. Wesentliche technische Herausforderungen sind neben der Umsetzung auf den verschiedenen Schiffstypen die Ableitung einheitlicher technischer Standards für alle Systemvarianten und Leistungsklassen. Für die Zukunft sind zudem leistungsstärkere Systeme planerisch vorzubereiten. Die bereits erworbenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für die Fortführung der Weiterentwicklung in maritimen Anwendungsfeldern.
In dem Demonstrationsvorhaben Pa-X-ell werden unter Federführung der Meyer Werft mit ihren Projektpartnern Brennstoffzellensysteme mit flüssigkeitsgekühlten Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen entwickelt und auf einem Passagierschiff erprobt. Grundlage für das Brennstoffzellensystem sind dabei standardisierte Module für die Erzeugung von Strom, Wärme und Kälte, die durch Zusammenschalten in beliebige Leistungsgrößen skaliert werden können. Die Anlage wird mittels eines internen Reformers mit einem Methanol-Wasser-Gemisch betrieben. Das langfristige Ziel der Projektpartner ist es, Brennstoffzellen in dezentralen Netzen an Bord von Passagierschiffen einzusetzen. Der dezentrale Aufbau steigert die Sicherheit, da jede einzelne Feuerzone auf einem Schiff mit Brennstoffzellen ausgestattet werden kann. Neben dem positiven Sicherheitsaspekt der Energieversorgung des Hotelbereichs werden Energieströme reduziert und wird somit die Effizienz des Gesamtsystems gesteigert. Eine an Land vorgefertigte Brennstoffzellenanlage wurde zur ersten maritimen Erprobung des Brennstoffzellensystems auf dem zwischen Stockholm und Helsinki verkehrenden Fährschiff MS Mariella installiert und erprobt. Im nächsten Schritt sind eine weitere intensive Entwicklung bei der Produktion der Brennstoffzellenmodule, die Steigerung der Energiedichte sowie die intensive Entwicklung des dezentralen und des hybriden Energiesystems für seegehende Schiffe erforderlich.
Unter Leitung von thyssenkrupp Marine Systems arbeiten im Projekt SchIBZ verschiedene Unternehmen und Institutionen daran, motorisch getriebene Generatoren langfristig durch umweltschonende Brennstoffzellensysteme zu ersetzen. Dafür wird in interdisziplinärer Zusammenarbeit ein hochseetaugliches Hybrid-Stromaggregat auf der Basis von Festoxidbrennstoffzellen (Solid Oxid Fuel Cell, SOFC) und Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, gefertigt und erprobt, um zukünftig den Hotelbetrieb an Bord zu versorgen. Das Aggregat sowie die Anzahl der Module pro Schiff sind skalierbar, sodass ein schrittweiser Aufbau der Leistung in den Megawattbereich möglich ist. Als Brennstoff für die Anlage dient schwefelarmer Diesel, da er weltweit verfügbar ist, eine hohe volumetrische Energiedichte besitzt und bei einer Anwendung in der Brennstoffzelle neben signifikant reduzierten Kohlendioxidemissionen keine weiteren Schadstoffe erzeugt. Für alle an Land im Systemzusammenhang geprüften Teilprozesse wurde zunächst ein Demonstrator an Land aufgebaut, getestet und für den Betrieb auf See auf der MS Forester vorbereitet. Auf Basis dieser Erkenntnisse wird das System hinsichtlich der Integration in Bordnetze und Leistungsdichte weiterentwickelt.
Förderkennzeichen
03BI208
Partner | Laufzeitbeginn | Laufzeitende | Fördersumme |
hySOLUTIONS GmbH | 01.10.09 | 31.12.16 | 88.738,41 € |
AIDA Cruises - German Branch of Costa Crociere S.p.A. | 01.10.09 | 31.12.16 | 32.618,00 € |
DNV Germany GmbH | 01.10.09 | 31.12.16 | 26.487,24 € |
Fr. Lürssen Werft GmbH & Co. KG | 01.10.09 | 31.12.16 | 40.272,53 € |
Flensburger Schiffbau-Gesellschaft mbH & Co. KG | 01.10.09 | 31.12.16 | 33.443,00 € |
DNV GL SE | 01.10.09 | 31.12.16 | 101.109,76 € |
Elsflether Zentrum für maritime Forschung GmbH | 01.10.09 | 01.01.11 | 5.799,71 € |
MEYER WERFT GmbH & Co. KG | 01.10.09 | 31.12.16 | 41.180,00 € |
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH | 01.10.09 | 31.12.16 | 67.416,00 € |
Verband für Schiffbau und Meerestechnik e.V. | 01.10.09 | 31.12.16 | 49.531,00 € |
Zentrum für Brennstoffzellen-Technik GmbH | 01.10.09 | 31.12.16 | 56.773,00 € |
543.368,65 € |