AIDA will ab 2021 auf der AIDAnova Brennstollzellen-Technik testen. In einem vom deutschen Verkehrsministerium geförderten Forschungsprojekt namens „Pa-X-ell 2“ kommen Brennstoffzellen damit erstmals auf einem großen Passagierschiff zum Einsatz.
In dem geförderten Zukunftsprojekt „Pa-X-ell 2“ geht es um die Entwicklung eines dezentralen Energienetzwerkes und eines hybriden Energiesystems mit einer neuen Generation von Brennstoffzellen für den Einsatz auf Hochsee-Passagierschiffen, so AIDA. Das Projekt führt Carnival Maritime zusammen mit der Meyer Werft, Freudenberg Sealing Technologies und weiteren Partner durch.
Brennstoffzellen gelten als vielversprechende Zukunftstechnik für emissionsärmere oder emissionsfreie Energieversorgung von Kreuzfahrtschiffen. Die Brennstoffzellen auf der AIDAnova sollen mit Wasserstoff betrieben werden, das in einem direkt der Brennstoffzelle vorgeschalteten Prozess aus dem Träger-Kraftstoff Methanol gewonnen wird.
Methanol lässt sich auch synthetisch mit Hilfe von klimaneutraler Energie beispielsweise aus Wind- oder Solarkraft erzeugen. Zudem ist Methanol ungefährlich und damit an Bord von Kreuzfahrtschiffen deutlich flexibler und einfacher zu lagern als die herkömmlichen Treibstoffe wie Schweröl, Marinediesel oder LNG.
Zwei weitere Vorteile von Brennstoffzellen sind ihr nahezu geräusch- und vibrationsfreier Betrieb.
Die Brennstoffzellen für die AIDAnova werden von Freudenberg Sealing Technologies entwickelt und sind laut AIDA auf eine deutlich höhere Haltbarkeit ausgelegt als beispielsweise Zellen für den Einsatz in einem Pkw. Erste Tests des Herstellers an Land hätten gezeigt, dass nach aktuellem Stand der Technik eine Lebensdauer von mehr als 35.000 Betriebsstunden erreichbar sei – das entspricht mehr als vier Jahren kontinuierlichen Betriebs.
Brennstoffzellen erzeugen Energie unter Ausnutzung einer elektrochemischen Reaktion. Der Prozess beinhaltet keine Verbrennung, sondern wandelt Wasserstoff direkt in elektrische Energie und Wärme um. Der theoretische Wirkungsgrad liegt bei bis zu 80 Prozent und dürfte im realen Einsatz den Wirkungsgrad von Großdieselmaschinen signifikant übertreffen, bei denen dieser Wert bei knapp 50 Prozent liegt.
Allerdings ist bei der Erzeugung des Wasserstoffs beziehungsweise Methanols zu berücksichtigen, dass auch bei den Umwandlungsprozessen von Energie in Wasserstoff und Methanol Energie verloren geht, sodass der Wirkungsgrad insgesamt niedriger ausfällt – was sich allerdings nur negativ auf die Klimabilanz auswirkt, wenn die Herstellung mit nicht klimaneutraler Energie erfolgt.
Die AIDAnova wird mutmaßlich das erste Kreuzfahrtschiff sein, auf dem Brennstoffzellen zu Einsatz kommen. Aber auch Royal Caribbean International plant eine Kombination von LNG und Brennstoffzellen, nämlich für seine in der Papenburger Meyer-Werft beauftragten Schiffe der Icon Class. Die Indienststellung des ersten Schiffs dieser Klasse ist für 2022 geplant.
Noch langer Weg bis Dieselantriebe bei Kreuzfahrtschiffen durch Brennstoffzellen abgelöst werden
Ich denke nicht, dass Brennstoffzellen im realen Schiffseinsatz den Gesamtwirkungsgrad von Großdieselmotoren „signifikant übertreffen“ werden., auch nicht in den nächsten 10-15 Jahren. Zwar hat die Brennstoffzelle einen theoretischen Wirkungsgrad von bis zu 80 %, doch im Bord-Realbetrieb geht es nicht ohne Verluste ab. Wenn dann der Wasserstoff in einer vorgeschalteten Stufe erst aus dem „Träger-Kraftstoff“ (korrekter wäre die Bezeichnung „Energieträger“) Methanol erzeugt werden muss, wie es offensichtlich bei der AIDAnova ab 2021 vorgesehen ist, wird ein sog. Reformer benötigt. Der arbeitet aber, erstens, nicht verlustfrei und muss, zweitens, beheizt werden, wofür konventionelles Erdgas verwendet wird – und CO2-Emissionen entstehen.
Ein weiteres Argument, das m.E. dafür spricht, dass die Wasserstoff-Brennstoffzelle den Großdieselmotor so schnell nicht ablösen wird, ist die geringe Leistung. Selbst beim Zusammenschalten mehrerer Brennstoffzellen-Module liegen die derzeitig darstellbaren Systemleistungen nur im Bereich von wenigen Hundert kW, während bei Kreuzfahrtschiffen Leistungen im möglichst zweistelligen MW-Bereich benötigt werden. In naher und mittlerer Zukunft wird also die Brennstoffzelle nur zu einer eher geringen Reduzierung der Diesel-Maschinenleistung führen.
Dennoch darf man mit Spannung auf die Betriebserfahrungen der Brennstoffzellen der neuesten Generation bei marinen Anwendungen, vor allem bei größeren Schiffen, warten. Dazu zählt nicht nur die in Vorbereitung befindliche Brennstoffzellen-Testanlage an Bord der AIDAnova, sondern z.B. die im Jahr 2021 in Betrieb gehende erste wasserstoffbetriebene Hochseefähre „HySeas III“ der schottischen Werft Ferguson Marine: das 35 m lange Schiff wird keine Dieselmotoren-Antriebsanlage und auch keinen Schornstein mehr besitzen und muss deshalb aus Stabilisierungsgründen völlig neu konzipiert werden. Die Kosten werden auf das Vierfache einer vergleichbaren konventionellen Diesel-Fähre geschätzt.
Horst Köhler, Friedberg
Vielen Dank für die technischen Details. Sie erwähnen, dass der Reformer erwärmt werden muss. Kann man dafür nicht die Wärme nutzen, die in der Brennstoffzelle ohnehin entsteht?