Aktuelles – Institut für maritime Antriebssysteme 

Der globale Schiffsverkehr trägt erheblich zum Ausstoß von klimaschädlichen Treibhausgasen bei. Hinzu kommen Schwefeldioxide, Stickoxide sowie Rußpartikel. Die International Maritime Organization (IMO) hat daher die Grenzwerte für Schiffsemissionen herabgesetzt. Im Vergleich zum Jahr 2008 soll der Grenzwert für den Ausstoß von Kohlendioxid ab 2030 um 40 Prozent sinken, ab dem Jahr 2050 um 70 Prozent. Besonders wirkt sich dies auf Kreuzfahrtschiffe aus. Im Vergleich zu Frachtschiffen liegen sie während Zwischenstopps mit Landgängen länger in einem Hafen. Dadurch belasten sie das Umfeld zusätzlich mit Ruß und Abgasen. Zudem gelten in Häfen oft strengere Emissionsvorschriften als auf See.

Das IKON Institut für maritime Antriebssysteme arbeitet – gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung – an einer klimafreundlichen Energieversorgung für Schiffe auf Grundlage eines Brennstoffzellen-Systems. Strom und Wärme an Bord sollen auf diese Weise bereitgestellt werden.

Das Besondere an den Brennstoffzellen ist, dass sie mit vielen unterschiedlichen Treibstoffen funktionieren – mit Wasserstoff, Erdgas, Methanol oder Synthetik-Treibstoffen. Vorhandene Energiesysteme können daher auch Schritt für Schritt umgerüstet werden.

Zunächst sollen Schwerölmotoren durch Gasmotoren ersetzt werden. Dies verringert den Ausstoß von Rußpartikeln fast vollständig. Das neue Brennstoffzellen-System und herkömmliche Schiffsaggregate mit Gasmotor können sodann jedenfalls übergangsweise gleichzeitig betrieben werden. Das Brennstoffzellen-System kann denselben Treibstoff nutzen wie die Gasmotoren. Dadurch lassen sich zahlreiche Komponenten der vorhandenen Energiesysteme weiterverwenden, was in vielen Fällen kostengünstiger und technisch einfacher umzusetzen ist.

Brennstoffzellen lassen sich auch für Frachtschiffe einsetzen und tragen damit erheblich zu einem emissionsfreien Schiffsverkehr bei.

Zusätzlich zu den Brennstoffzellen werden Batterien eingesetzt, um Lastspitzen abzupuffern. Das IKON-Institut für Maritime Antriebssysteme 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 lassen sich elektrische Wirkungsgrade von 85 Prozent erreichen. Die dabei entstehende Abwärme wird an anderer Stelle wieder gezielt in das Energiesystem eingespeist. So lassen sich über 95 Prozent der eingesetzten Energie nutzen.

Realer und digitaler Testbetrieb

Die Forscherinnen und Forscher werden zur Erprobung der entwickelten Systeme Simulationen durchführen und hierbei etwa auch den „Hotel-Betrieb“ eines Kreuzfahrtschiffs berücksichtigen. Das Generatorsystem wird wie bei einer realen Integration auf einem Schiff überprüft. Dies umfasst die vollständige Prozesskette, vom Kraftstofftank bis zum Stromverbraucher. Dadurch lässt sich das Versorgungssystem auch mit Blick auf die Sicherheit auf hoher See, künftige Regularien und die zu erwartende Lebensdauer bewerten.