Grüner Wasserstoff in der Seeschifffahrt?

Während die Welt darum kämpft, das Coronavirus zu besiegen und die katastrophalen wirtschaftlichen Auswirkungen der Pandemie zu überwinden, werden immer wieder Forderungen nach einem ökologisch nachhaltigen wirtschaftlichen Aufschwung und keiner Rückkehr zum Status quo a priori laut. Könnte die grüne Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie der Seeschifffahrt den Weg in eine nachhaltige, wirtschaftlich tragfähige Zukunft ebnen?

Grüner Wasserstoff

Solange unsere Erde existiert, werden Wasser, Wind und Sonnenlicht im Überfluss vorhanden sein. Dies sind die einzigen Ressourcen, die für die Herstellung von grünem Wasserstoff durch Wasserelektrolyse benötigt werden. Bei diesem Verfahren wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Und wenn der für den Elektrolyseur benötigte Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, ist der Wasserstoff wirklich grün. Als Energieträger ist grüner Wasserstoff, der zum Beispiel mit der großtechnischen Wasserelektrolyse von thyssenkrupp hergestellt wird, in Deutschland als Primärregelreserve zugelassen. In der Praxis bedeutet dies, dass Elektrolyseanlagen als großtechnische Puffer zum Ausgleich kurzfristiger Schwankungen in der regenerativen Stromerzeugung dienen können. Doch grüner Wasserstoff ist nicht nur ein sauberer Energieträger, sondern auch ein Kraftstoff für eine nachhaltige Zukunft in der Schifffahrt, denn Wasserstoff lässt sich in einer Brennstoffzelle leicht in Strom umwandeln.

Brennstoffzellen-Technologie

In einer Brennstoffzelle werden Wasserstoff und Sauerstoff kombiniert, um durch eine elektrochemische Reaktion Strom, Wärme und Wasser zu erzeugen. Eine typische Brennstoffzelle funktioniert, indem Wasserstoff durch die Anode einer Brennstoffzelle und Sauerstoff durch die Kathode geleitet wird. Ein Katalysator spaltet die Wasserstoffmoleküle an der Anode in Elektronen und Protonen auf. Die Protonen strömen durch die poröse Elektrolytmembran, während die Elektronen durch einen Stromkreis gezwungen werden, wodurch ein elektrischer Strom und überschüssige Wärme erzeugt werden. An der Kathode verbinden sich die Protonen, Elektronen und der Sauerstoff zu Wassermolekülen. Da es keine beweglichen Teile gibt, sind Brennstoffzellensysteme sauber und leise. Die Technologie hat sich seit der Erfindung der ersten Brennstoffzelle durch William Grove im Jahr 1838 stark weiterentwickelt und ist heute ein effizientes und zuverlässiges Mittel zur Stromerzeugung.

Eine einzelne Brennstoffzelle erzeugt nur etwa 1,2 Volt - nicht viel mehr als eine kleine Taschenlampenbatterie. Aber Brennstoffzellen können gestapelt übereinander gestapelt werden, um höhere Spannungen zu erzeugen. Ein Brennstoffzellenstapel bestehend aus rund 4.000 Einzelzellen liefert eine Leistung von 80 KW. Doch trotz der technischen Herausforderungen bei der Hochskalierung der Technologie haben Brennstoffzellen ein großes ein großes Antriebspotenzial für Schiffe und Boote, da sie eine völlig emissionsfreie Energiequelle sind Energiequelle - ein entscheidender Vorteil für die Hochseeschifffahrt. Da das üblicherweise verwendete 3,5%ige schwefelhaltiges Bunkeröl und sogar sehr schwefelarmes Heizöl (0,5% VLSFO) kaum als kaum als umweltfreundlich bezeichnet werden können, wäre ein mit grünem Wasserstoff betriebener Brennstoffzellenantrieb Wasserstoff angetrieben werden, eine Möglichkeit, die Umweltbilanz der Schifffahrt deutlich zu Fußabdruck zu verbessern.

Pionierarbeit Pilotprojekt

Deutschland ist eines der Länder, in denen die grüne Wasserstofftechnologie am weitesten fortgeschritten ist. Nicht nur, dass thyssenkrupp weltweit die Nummer eins bei der Herstellung von Wasserelektrolyse-Anlagen und -Ausrüstungen ist, die auf der von thyssenkrupp entwickelten fortschrittlichen Wasserelektrolyse-Technologie basieren. In Laage bei Rostock, einem der wichtigsten Ostseehäfen, wurde kürzlich ein Pilotprojekt für eine Anlage gestartet, die letztlich 300 Tonnen grünen Wasserstoff pro Jahr mittels Wasserelektrolyse-Technologie erzeugen soll. Nach Angaben des Betreibers wird es die größte Anlage ihrer Art in Europa sein.

Wind-Wasserstoff-Projekt

Offshore-Windparks sind eine offensichtliche Quelle grüner Energie, und ein groß angelegtes Wind-Wasserstoff-Projekt an der windigen Nordwestküste Deutschlands, Westküste 100, hat soeben die erforderliche Finanzierung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie erhalten. Ziel des Projekts Westküste 100 ist die Erforschung und Entwicklung eines Verfahrens zur Erzeugung von grünem Wasserstoff aus Offshore-Windenergie und die Nutzung der dabei entstehenden Abwärme und des Sauerstoffs. "Das Projekt ist einzigartig, weil es die Offshore-Windenergie für die großtechnische Wasserstoffproduktion nutzt. Nur die Offshore-Windenergie kann eine so zuverlässige erneuerbare Energiequelle für die Elektrolyse liefern", sagt Volker Malmen, Leiter der deutschen Niederlassung von Ørsted, dem weltweit führenden Unternehmen im Bereich der Offshore-Windenergie und der treibenden Kraft hinter diesem Projekt.

Brennstoffzellen in Schiffen

Im Oktober 2019 kündigte die Meyer Werft, eine der weltweit führenden Werften für Kreuzfahrtschiffe, an, dass ihr LNG-betriebenes Kreuzfahrtschiff AIDAnova im Jahr 2021 die Brennstoffzellentechnologie als Antriebssystem testen wird. Dies ist Teil des Forschungsprojekts Pa-X-ell2, in dem acht Partner zusammenarbeiten, um ein dezentrales Energienetz und ein hybrides Energiesystem mit einer neuen Generation von Brennstoffzellen für den Einsatz auf Hochsee-Passagierschiffen zu entwickeln. Doch wie bei so vielen Plänen stehen auch bei diesem Pilotprojekt die wirtschaftlichen Auswirkungen der Corona-Krise auf die Kreuzschifffahrt und Werften wie die Meyer Werft hinter dem Zeitplan.

Fit für die Zukunft

Seit dem Jahr 2000 sind mehrere Arten von wasserstoffbetriebenen Schiffe in Betrieb. Neben kleineren Passagierfähren Schiffe wie der ALSTERWASSER in Hamburg, der HYDROGENESIS-Fähre in Bristol oder der NEMO H2 in Amsterdam, Wassertaxis wie der DUFFY-HERRESTORFF und Yachten wie der NO. 1, der ersten Yacht mit Brennstoffzellenantrieb, ist eine der interessantesten Anwendungen der Brennstoffzellentechnologie in den deutschen U-Booten des Typs 212 zu finden, die 2005 in Dienst gestellt wurden. Die HDW-Brennstoffzellentechnologie, die in diesen und späteren U-Boot-Modellen zum Einsatz kommt, ist heute weltweit führend bei nicht-nuklearen U-Boot-Antriebssystemen. Darüber hinaus soll Bill Gates Anfang 2020 die erste wasserstoffbetriebene Superyacht der Welt in Auftrag gegeben haben. Bisher wurden jedoch noch keine Brennstoffzellen für große Handelsschiffe entwickelt und eingesetzt Schiffe.

LNG oder grüner Wasserstoff?

Unter Nachhaltigkeitsaspekten wird LNG oft als Schiffsantrieb der Zukunft gesehen. "Erdgas ist aber nur eine Übergangstechnologie", sagt Prof. Gerd Hollback vom Institut für Land- und Seeverkehr der Technischen Universität Berlin. Seiner Meinung nach gehört die Zukunft der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie. Der Hafenbetrieb Rotterdam war der erste Hafen, der dem Hydrogen Council beigetreten ist, einer weltweiten Vereinigung von Unternehmen, die den Einsatz von Wasserstoff fördern wollen. Allard Castelein, CEO des Hafenbetriebs Rotterdam, ist unmissverständlich: "Wasserstoff ist der Energieträger des 21. Jahrhunderts." Benoît Potier, CEO von Air Liquide und Ko-Vorsitzender des Wasserstoff-Rates, ist sich ebenfalls sicher: "Die politischen Entscheidungsträger, die Wirtschaft und die Investoren in aller Welt halten die Entwicklung von Wasserstoff für unverzichtbar, um den derzeitigen wirtschaftlichen Abschwung nach der Pandemie zu überwinden."