Der weltweite Schiffsverkehr trägt erheblich zum Ausstoß von Treibhausgasen bei. Hinzu kommen Schwefeldioxide, Stickoxide sowie Rußpartikel. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt nun gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung eine klimafreundliche Energieversorgung für Schiffe. Basis ist ein hocheffizientes Brennstoffzellen-System. Dieses soll Strom und Wärme an Bord produzieren.
Das Besondere an den Zellen ist, dass sie mit vielen unterschiedlichen Treibstoffen funktionieren – mit Wasserstoff, Erdgas, Methanol oder Synthetik-Treibstoffen. Dadurch lassen sich vorhandene Energiesysteme auch schrittweise umrüsten. Um die Technologie zu erproben, entsteht im EU-Forschungsprojekt Nautilus (Nautisches integriertes Hybrid-Energiesystem für Langstrecken-Kreuzfahrtschiffe) unter Leitung des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik ein schiffstauglicher Demonstrator.
Gemeinsame Nutzung von Treibstoff
Die Idee: Zunächst werden Schweröl-Schiffsdiesel durch Gasmotoren ausgetauscht. So entstehen nahezu keine Rußpartikel mehr. Während einer Übergangszeit sind dann das neue Brennstoffzellen-System und herkömmliche Schiffsaggregate mit Gasmotor gleichzeitig in Betrieb. Das Brennstoffzellen-System kann denselben Treibstoff nutzen wie die Gasmotoren. Dadurch lassen sich zahlreiche Komponenten der vorhandenen Energiesysteme weiterverwenden.
Der Nautilus-Demonstrator soll eine elektrische Leistung von 90 Kilowatt besitzen. Im Vergleich zu herkömmlichen Schiffsgeneratoren soll der Demonstrator rund 50 Prozent weniger Kohlendioxid und bis zu 99 Prozent weniger Ruß ausstoßen.
Batterien puffern Lastspitzen ab
Zusätzlich zu den Brennstoffzellen werden Batterien eingesetzt, um Lastspitzen abzupuffern. Das DLR-Institut für Technische Thermodynamik entwickelt hierfür neue Konzepte, die Stromkreise miteinander zu koppeln. Das Ziel ist, das System so energie- und raumeffizient wie möglich zu gestalten. „Mit den brennstoffflexiblen Hochleistungszellen können wir elektrische Wirkungsgrade von 65 Prozent erreichen. Die dabei entstehende Abwärme wird an anderer Stelle wieder gezielt in das Energiesystem eingespeist. So lassen sich über 85 Prozent der eingesetzten Energie nutzen, heißt es beim DLR.
Derzeit simulieren die Forscher am Computer Fahrten, Manöver, Lastwechsel sowie den „Hotel-Betrieb“ eines Kreuzfahrtschiffs. Mit dem Rechenmodell sollen vollintegrierte Schiffsenergiesysteme mit Leistungen zwischen 5 und 60 Megawatt simuliert werden. Dies entspricht dem Leistungsbedarf von Schiffen mit 1000 bis 5000 Passagieren. Mit derartigen Computersimulationen lassen sich auch bereits eingebaute Systeme bewerten und effizienter gestalten.
Nach den ersten Probeläufen des Nautilus-Demonstrators ist der nächste Schritt schon geplant: In einer zweiten Projektphase werden die DLR-Institute für Technische Thermodynamik und das DLR-Institut für Maritime Energiesysteme gemeinsam das System im realen Umfeld testen. (wa)
