Vorgängerprojekt e4ships (2009-2016)
Das Leuchtturmprojekt e4ships hatte zum Ziel, den Einsatz von Brennstoffzellen für die Energieversorgung an Bord großer Schiffe vorzubereiten und zu erproben, damit künftig Emissionen wie beispielsweise Schwefeldioxid, Stickoxid, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Rußpartikel reduziert werden können und so ein Beitrag zum Klima- und Umweltschutz geleistet wird.
Erstmals wurden dabei neue technische Lösungen für die Reduzierung von Emissionen durch den Einsatz von Brennstoffzellen auf Schiffen erfolgreich demonstriert. Die erprobten Systeme bieten die Möglichkeit der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung und sind deswegen besonders effizient. Gegenüber konventionellen, mit Marinediesel oder Schweröl betriebenen Systemen konnten signifikant reduzierte Geräusch- und Abgasemissionen nachgewiesen werden. Der dezentrale und modulare Ansatz bietet nicht nur eine flexible und sichere Anordnung an Bord, sondern auch erhebliche Vorteile durch die Redundanz der Systeme (Safe Return to Port).
Gleichzeitig wurden gemeinsame Anforderungen bei der Erstellung von nationalen, europäischen und internationalen Regelwerken, Normen und Standards in die relevanten Fachgremien eingebracht, um zukünftig grundsätzlich den Einsatz alternativer Kraftstoffe und Brennstoffzellen in der internationalen Schifffahrt zu ermöglichen. Im Rahmen von regelmäßigen Projekttreffen wurde eine Plattform für den fachlichen Austausch der Projektpartner untereinander geschaffen und durch gemeinsame Kommunikation eine hohe Wahrnehmung des Leuchtturmvorhabens in Politik und Öffentlichkeit erreicht.
Im übergeordneten Modul Toplaterne wurden Fragen zu den Klimaschutzeffekten, der Wirtschaftlichkeit, sicherheitstechnischen Standards sowie der Markteinführungsstrategie auch für die bislang noch nicht üblichen Brennstoffe wie schwefelfreien Dieselbrennstoff oder Methanol bearbeitet.
Die beiden untergeordneten Projekte SchIBZ und Pa-X-ell realisieren die praktische Nutzung von Brennstoffzellen im maritimen Sektor. Die Erkenntnisse aus diesen beiden Demonstrationsprojekten wurden unter anderem genutzt, um bei der Formulierung von weltweit gültigen Regeln und Standards für die Zulassung und Installation von Brennstoffzellen auf Schiffen mitzuwirken.
Neben der praktischen Erprobung der Brennstoffzellen selbst wurden für die Nutzung emissionsarmer Treibstoffe wie schwefelfreier Diesel, Erdgas oder Methanol auf Schiffen und ihre Bereitstellung in Häfen Vorschläge für die gängigen Regelwerke erarbeitet, damit diese innovative Technologie künftig auch weltweit genutzt werden kann.
Pa-X-ell
Im Vorhaben Pa-X-ell wurde unter Federführung der MEYER WERFT mit ihren Projektpartnern der Einsatz von Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen in verschiedenen Anwendungen erprobt. Ziel ist die langfristige dezentrale Energieerzeugung auf Passagierschiffen.
Zur Sammlung von Betriebserfahrung wurden im Laufe des Projekts Pa-X-ell zwei Demonstrationsanlagen gebaut. Die erste Installation fand in einer landseitigen Demonstrationsanlage statt. Dabei wurde neben den Brennstoffzellen auch eine Absorptionskälteanlage in einem 20-Fuß-Container installiert, um erste praktische Erfahrungen mit den Brennstoffzellen sammeln zu können und gleichzeitig das Zusammenspiel mit der Kälteanlage zu erproben. Dieser Demonstrator steht auf dem Gelände der MEYER WERFT und wird weiterhin für Langzeittestzwecke eingesetzt.
Die zweite Installation einer Brennstoffzellenanlage fand auf der Fähre MS Mariella statt, die zwischen Stockholm und Helsinki pendelt. Hier wurde eine 60-kW-Anlage konzipiert und als vorgefertigte Einheit auf dem Sonnendeck der Fähre installiert. Zusätzlich wurde ein Methanoltank ins Schiff integriert, der per LKW von Land aus gefüllt wird.
Toplaterne
Die konkreten Ziele dieses Strategiemoduls waren:
- Vergleich und Bewertung bestehender Energieversorgungssysteme von Schiffen mit den im Rahmen dieses Forschungsprojekts realisierten Systemen der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie unter Gesichtspunkten ökologischer Nachhaltigkeit und energetischer Effizienz,
- Ermittlung der Investitions- und Betriebskosten der Brennstoffzellensysteme und daraus folgend Ableitung künftiger Optimierungspotentiale und deren Einflüsse auf die Wirtschaftlichkeit,
- Definition technischer Nutzungs- und Ausbaustrategien in Bezug auf die typischen Platz-, Gewichts- und Leistungsbedarfe von seegehenden Schiffen.
Zu den Aufgaben gehört außerdem die Mitwirkung bei der Formulierung von weltweit gültigen Regeln und Standards für die Zulassung und Installation von Brennstoffzellen und für die Nutzung emissionsarmer Treibstoffe wie schwefelfreien Diesel, Erdgas oder Methanol auf Schiffen und ihre Bereitstellung in Häfen. Ein Schwerpunkt ist hierbei die Abstimmung mit der International Maritime Organisation (IMO).
SchiBZ
Das Projekt SchIBZ wurde von einem Projektkonsortium realisiert, geleitet von ThyssenKrupp Marine Systems. Im Mittelpunkt stand die Entwicklung eines skalierbaren, integrierten hybriden Brennstoffzellensystems mit einer Leistungsfähigkeit von 50 bis 500 kW für seegehende Schiffe.
Die Anlage soll als Hauptenergiequelle die Stromversorgung von Hochseeschiffen aller Art übernehmen. Als Brennstoff wird schwefelarmer Straßendiesel eingesetzt, wie er schon im Straßenverkehr Verwendung findet. Eine Adaption des Systems für Erdgas wird mittelfristig angestrebt. Es handelt sich um ein effizientes Hybridsystem mit einem elektrischen Wirkungsgrad von ca. 50 %, bei dem eine leistungsfähige Li-Ionen Batterie die Unterschiede in der Dynamik der Brennstoffzelle und des Bordnetzes ausgleicht.
Die praktische Erprobung erfolgte in Form einer 100-kW-Anlage, die containerisiert auf einem Schiff für 12 Monate im Echtbetrieb in der Versorgung des Bordnetzes auf See getestet wurde.
Brennstoffanalyse
Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchungen in e4ships zeigen die großen Potenziale von Brennstoffzellen in Kombination mit umweltfreundlichen Brennstoffen auf. Ihre Effizienz übersteigt dabei die von herkömmlichen Energiewandlern für Schiffe, sodass diese Technologie einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung von Schadstoffemissionen in der Schifffahrt und zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes von Schiffen leisten wird. Die sich durch den Einsatz von Brennstoffzellen ergebenden Möglichkeiten zur Verbesserung der Energie- und Emissionsbilanzen zeigen, dass diese Technologie in Verbindung mit umweltfreundlichen Brennstoffen die Schiffsemissionen erheblich senken kann.
