Eine Innovation auf Wasserstoff-Basis könnte die Schifffahrt umweltfreundlicher machen

Die globale Schifffahrtsbranche sieht sich einerseits einer steigenden Nachfrage gegenüber, steht jedoch andererseits zunehmend unter Druck, ihre Emissionen zu begrenzen. Eine bahnbrechende Technologie auf Wasserstoff-Basis könnte dazu beitragen, dem Wasserverkehr eine ökologisch solide und zugleich wettbewerbsfähige Zukunft zu sichern.

Verkehr und Mobilität

Die Lieferengpässe während der COVID-Pandemie führten die bedeutende Rolle des Transports im weltweiten Handel gerade zur rechten Zeit vor Augen. Das Bevölkerungswachstum und die steigende Nachfrage nach Energie und Verbrauchsgütern werden den herrschenden Druck auf diesen Sektor, und insbesondere die Schifffahrt, nur weiter erhöhen. „Schiffe transportieren rund 90 Prozent des Welthandelsvolumens und gut 70 Prozent des gesamten Handelswertes“, merkt HyMethShip-Projektkoordinator Igor Sauperl vom LEC in Österreich an. „Der Wasserweg bleibt nach wie vor ein wichtiges Rückgrat der Weltwirtschaft.“ Gleichzeitig aber steigt auch das weltweite Bewusstsein für die Dringlichkeit von Klimaschutzmaßnahmen. Für die Schifffahrtsbranche bedeutet das konkret eine erhebliche Reduzierung der durch sie verursachten Treibhausgasemissionen und Wasserverschmutzung. So verabschiedete die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) 2018 beispielsweise einen Beschluss, der bis 2050 eine Senkung der Treibhausgasemissionen aus dem Seeverkehr um 50 % vorsieht. „Wir brauchen eine Kombination aus innovativen Lösungen wie Treibstoffen der nächsten Generation, neuen Antriebskonzepten und ehrgeizigen Vorschriften, um die nötige Änderung zu bewirken“, erklärt Sauperl. „Es werden derzeit mehrere mögliche Lösungen erarbeitet, zu denen auch das HyMethShip-System gehört.“

Schiffsverkehr mit Wasserstoffantrieb

Das ehrgeizige Projekt HyMethShip, das im Juli 2018 an den Start ging, verfolgte das Ziel, einen Verbrennungsmotor mit CO2-emissionsfreier Wasserstoffverbrennung zu entwickeln, um die Emissionen drastisch zu senken und die Schiffe effizienter zu machen. Die vorgeschlagene Lösung reformiert Methanol zu Wasserstoff. Dieser wird dann in einem Motor verbrannt, der für die Verbrennung mehrerer unterschiedlicher Treibstoffarten hochgerüstet und speziell für die Verwendung mit Wasserstoff optimiert wurde. Für dieses komplexe und herausfordernde Ziel kamen verschiedene Branchenvertretungen und Forschungsinstitute aus ganz Europa zusammen. „Unsere Projektpartner repräsentierten die gesamte Wertschöpfungskette – von Motorherstellern und Bauteillieferanten bis hin zu Schiffskonstrukteuren, Werften und Klassifikationsgesellschaften“, fügt Sauperl an. Das wasserstoffbetriebene Verbrennungssystem wurde mithilfe von 3D-Simulationen und experimentellen Untersuchungen an einem Einzylinder-Versuchsmotor entwickelt. Anschließend wurde die Technologie an einem typischen (und problemlos erweiterbaren) Motor für Schiffsanwendungen – einem 2-MW-Großmotor – an Land demonstriert. Parallel dazu wurde ein Membranreaktor für die Dampfreformierung von Methanol und die Wasserstoffabtrennung entwickelt. Motor und Reaktor wurden dann in Technologien zur Wärmerückgewinnung und Kohlenstoffabscheidung integriert, um erhebliche Energieeffizienzen und Emissionssenkungen zu erreichen. Es wurde außerdem eine Bewertung von Aspekten wie Bordmontage, Integration und Betrieb sowie der ökologischen Nachhaltigkeit durchgeführt.

Ein Impuls für die europäische Schifffahrt

In gründlichen Tests an Land konnte das enorme Potenzial des HyMethShip-Systems demonstriert werden. Zudem wurden in der Testphase Verbesserungsmöglichkeiten aufgedeckt. „Es gelang uns, den Motor mit reinem Wasserstoffantrieb zu betreiben und zugleich die Emissionsgrenzwerte der IMO einzuhalten“, so Sauperl. „Wir konnten außerdem zeigen, dass die kohlenstoffbasierten Membranen einen hochreinen Wasserstoffstrom erzeugen können.“ Das Projektteam ist daher zuversichtlich, dass das HyMethShip-Konzept einen Beitrag dazu leisten wird, die CO-Emissionen in der Branche – und insbesondere im Mittel- und Langstreckenseeverkehr – deutlich und wirtschaftlich effizient zu senken. „Mit der Einführung von grünen Treibstoffen auf Wasserstoff-Basis für Schiffsantriebe würden sich auf einem Markt, der derzeit von fossilen Treibstoffen dominiert ist, ganz neue Möglichkeiten auftun“, ergänzt Sauperl. Als nächstes folgt unter anderem die Entwicklung einer vollwertigen Schiffsanwendung im Originalmaßstab, die an Bord eines Schiffs getestet und erprobt werden soll. „Eine sofortige Integration in ein Schiff wäre im Rahmen dieses Projektes viel zu kostspielig gewesen“, merkt Sauperl an. „Momentan werden mit mehreren Konsortien mögliche Szenarien mit Blick auf das konkrete Ziel einer Jungfernfahrt 2025/2026 ausgearbeitet.“ Mit seinem völlig neuen Ansatz eines Schiffsantriebs auf ausschließlicher Basis von erneuerbarer Energie stellt HyMethShip zweifellos einen bedeutenden Meilenstein in der Schiffstechnologie dar. „Nachhaltige Lösungen dieser Art werden zu einem stärkeren europäischen Innovationspotenzial beitragen und die Wettbewerbsfähigkeit unserer Schifffahrtsbranche weiter ausbauen“, so Sauperl.

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Hydrogen-Methanol Ship propulsion system using on-board pre-combustion carbon capture

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Schiffsverkehr mit Wasserstoffantrieb

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