Um den internationalen Klimazielen gerecht zu werden, reduziert auch die Schifffahrt CO2-Emissionen. Durch verschiedene Ansätze soll der ökologische Fußabdruck verringert werden. Schwerpunkte sind hierbei Effizienzsteigerungen in Design und Konstruktion, alternative Antriebe wie Brennstoffzellen, die Einbindung Erneuerbarer Energien, Betriebsmaßnahmen, verstärkte internationale Regulierung, Harmonisierung und Forschungs-Zusammenarbeit. Wie das geht, zeigt Jumo am Beispiel Wasserstoff Schiff.

Jumo Brennstoffzelle Schiff

 

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CO2 Ausstoß im maritimen Bereich

Eine Kombination der verschiedenen Ansätze kann den CO2-Ausstoß im maritimen Bereich noch erheblich reduzieren. Die Brennstoffzelle wird neben anderen Technologien für die Schifffahrt an Relevanz gewinnen, um die Netto-Null-Zielsetzung zu erreichen.

Der Einsatz von Brennstoffzellen als Schiffsantrieb beschränkt sich derzeit noch überwiegend auf Pilotprojekte wie in der Binnenschifffahrt. Inzwischen gibt es aber auch erste Hersteller von Luxusyachten mit Brennstoffzellenantrieb. Dort kommen Protonen-Austausch-Membran (PEM) Brennstoffzellen mit einer Gesamtleistung bis knapp 1 MW zum Einsatz.

Die Forschung und Entwicklung treibhausgasneutraler Technologien haben verschiedene Initiatoren beispielsweise durch die Mannheimer Erklärung 2018 gefördert. Die Mitgliedsstaaten der Zentralkommission für die Rheinschifffahrt haben sich darin darauf verständigt, bis 2050 Treibhausgase und andere Schadstoffe weitgehend zu eliminieren.

Die beste Technologie zur Wasserstoff-Herstellung

Es gibt verschiedene Brennstoffzellen-Technologien. Diese verwenden neben Wasserstoff auch Erdgas oder Methanol als Brennstoff. Wasserstoff ist der am häufigsten eingesetzte Brennstoff aufgrund der sauberen Verbrennung ohne Ausstoß von CO2 oder anderen Treibhausgasen und seiner hohen Energiedichte. Die PEM-Brennstoffzelle hat sich für mobile Anwendungen etabliert, auch wenn jede Brennstoffzellentechnologie Ihre spezifischen Vor- und Nachteile besitzt.

Jumo Wasserstoff Schiff MesstechnikFür die See-Schiff-Fahrt, in der längere Strecken gefahren und größere Schiffe eingesetzt werden, kommt auch die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) zum Einsatz. Mit dem Forschungsprojekt „Helenus“ erprobt das Institut für Maritime Energiesysteme des DLR eine TRL-7 500 kW SOFC auf einem Kreuzfahrtschiff der MSC World Europa-Klasse. Hier soll Strom und Wärme erzeugt werden, was zu einer Einsparung des konventionellen Kraftstoffs führt.

Eine wichtigste Frage betrifft die Herkunft des Wasserstoffs. Für einen klimaneutralen Betrieb bedarf es grünen Wasserstoff bzw. H2, der aus Erneuerbaren Energien hergestellt wurde. Der Großteil des gegenwärtig hergestellten Wasserstoffs ist aber noch nicht klimaneutral. Hier wird schnell deutlich, dass die Transformation unserer Energiewirtschaft an zahlreichen Stellen ineinandergreifen muss und es eine ganzheitliche Modellierung braucht.

Eine oft diskutierte Frage betrifft den optimalen Schiffstransport von Wasserstoff. Er kann gebunden als Methanol sehr effizient transportiert werden. Vor einer Verwendung in der Brennstoffzelle bedarf es der Rückumwandlung von Methanol zu Wasserstoff (M2H2). Wurde das Methanol mittels Erneuerbarer Energien hergestellt, ist dieser Prozess klimaneutral.

Mess- und Regeltechnik für die Brennstoffzelle

Jumo Druckmessumformer SchiffFür die Brennstoffzelle gibt es eine ausgereifte Mess- und Regeltechnik. Es sind keine weiteren Verbesserungen und Technologieschritte durch Forschungs- und Entwicklungsinitiativen zu erwarten. Das Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle ist folgendes: Wasserstoff bze. H 2 reagiert mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft zu Wasser. Durch diese chemische Reaktion entsteht eine elektrische Spannung in der Brennstoffzelle, welche als Strom genutzt werden kann. Ein Kühlkreislauf führt die durch die chemische Reaktion entstehende Wärme ab.

Produkte von Jumo unterstützen die Überwachung, Steuerung und Auswertung der Ein- und Ausgangsgrößen in Brennstoffzelle und Peripherie. Typische Messgrößen sind Druck, Temperatur und Füllstand. Viele Jumo Produkte sind speziell für den maritimen Einsatz zertifiziert. Beispielsweise kann der Druckmessumformer Jumo Midas S07 MA die Drucküberwachung des Wasserstoffkreislaufs sicherstellen.

Als System und Lösungsanbieter ist Jumo mit Produkten, Dienstleistungen, Systemen und Lösungen auf nahezu allen Ebenen der Automatisierungspyramide zu finden.

70 % weniger CO2 Ausstoß bis 2050

Weltweit ist die Schiff-Fahrt für etwa 3 bis 4 % der vom Menschen verursachten CO2 Äquivalente verantwortlich. Zugleich ist der CO2-Ausstoß je transportierter Tonne deutlich geringer als vom Straßen- und Luftverkehr verursacht. Nur die Schiene erreicht hier eine noch bessere Bilanz. Die internationale Seeschifffahrts-Organisation (IMO) hat mehrere Maßnahmen ergriffen. Nach ihren Angaben soll der CO2-Ausstoß bis 2030 um 40 % und bis 2050 um 70 % gegenüber 2008 gesenkt werden.

In der internationalen Schiff-Fahrt steckt erhebliches Potenzial für ein klimafreundlicheres Wirtschaften. Würden Bahn und Schiff wegen Ihrer guten CO 2 Bilanz im Vergleich zur Straße und dem Flugverkehr stärker wachsen, würde der Einspareffekt nochmals höher ins Gewicht fallen. Die Brennstoffzelle wird Ihren Platz zwischen rein batterieelektrischen Schiffsantriebe und synthetischen Treibstoffen finden. Der Anwendungsfall zählt. Dann wird auch die Zukunft grün!

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Autorenangabe
Lars Ronge, Rainer Moritz

Lars Ronge (l.) ist Branchenmanager Transportation und Rainer Moritz ist Branchenmanager Erneuerbare Energien bei Jumo in Fulda.