Bewertung der Rolle von komprimiertem Wasserstoff bei der Dekarbonisierung der Schifffahrt

Die norwegische Hexagon-Gruppe ist bekannt für ihre alternativen Kraftstoffsysteme für Nutzfahrzeuge, darunter Hochdruck-Verbundtanks für die Kraftstofflagerung an Bord. 2021 gründete das Unternehmen die neue Abteilung Hexagon Purus Maritime.

Im Jahr 2021 beteiligte sich Hexagon Purus an der ZeroCoaster-Projektstudie zur Erforschung von Wasserstoff in maritimen Anwendungen. (Bild: Hexagon Purus)

„Die Strategie bestand darin, Ingenieure mit maritimem Hintergrund einzustellen und die Technologie der übrigen Hexagon-Gruppe auf Schiffsanwendungen anzupassen“, sagte Robert Haugen, Geschäftsführer von Hexagon Purus Maritime.

Vor seinem Eintritt bei Hexagon war Haugen im maritimen Sektor tätig, unter anderem auf einem großen südamerikanischen Fischereifahrzeug. In einem kürzlich durchgeführten Webinar der Mission Hydrogen sprach er über die Verwendung von komprimiertem Wasserstoff für Seeschiffe.

„Als ich die Stelle bei Hexagon antrat, bestand meine Motivation darin, mich weiterhin für positive Auswirkungen auf die Umwelt einzusetzen, indem ich die Hexagon-Technologie auch im maritimen Segment verfügbar mache“, sagte er.

Vielfalt der Seeschiffe

Um zu klären, warum nicht mehr Seeschiffe über emissionsfreie Lösungen wie komprimierten Wasserstoff verfügen, muss laut Haugen zunächst definiert werden, was ein Seeschiff überhaupt ist. Denn kommerzielle Boote und Schiffe sind sehr vielfältig. Sie reichen von großen Frachtschiffen über Schnellfähren und Freizeitboote bis hin zu Lastkähnen.

„Alle diese Schiffe haben sehr unterschiedliche Formen, einen unterschiedlichen Energieverbrauch und unterschiedliche Einsatzzwecke“, sagte er. „Sie unterliegen unterschiedlichen Regeln und Vorschriften. Sie transportieren unterschiedliche Ladungen. Sie verdienen ihren Wert auf unterschiedliche Weise. Einige Schiffe bewegen sich in begrenzten lokalen Gebieten, während andere große Ozeane überqueren.“

Haugen fügte hinzu: „Bei der Entwicklung von Wasserstoff-Kraftstoffsystemen müssen die Komplexität und die Unterschiede zwischen den einzelnen Schiffen und Schiffstypen berücksichtigt werden. Beispielsweise hat eine Schnellfähre ganz andere Anforderungen als ein Massengutfrachter. Wo wird der Kraftstoff gelagert? Welche Sicherheitszonen gibt es? Wer betreibt und wartet das System?“

Erschwerend kommt hinzu, dass es für die meisten Schiffstypen keine spezifischen Anweisungen zur Verwendung von komprimiertem Wasserstoff gibt.

„Jeder Projektmodus durchläuft ein sogenanntes alternatives Schiffsdesign gemäß der IMO-1455-Verordnung. Dabei geht es darum, durch Sicherheitsanalysen nachzuweisen, dass das komprimierte Wasserstoff-Kraftstoffsystem genauso sicher oder sicherer ist als bestehende Kraftstoffsysteme“, sagte Haugen.

Arbeitszyklen verstehen

Der Schiffstyp ist nicht die einzige Quelle der Vielfalt. Seeschiffe arbeiten in einem breiten Spektrum von Arbeitszyklen, die bei der Entwicklung von Druckwasserstoff berücksichtigt werden müssen.

Die Büros von Hexagon Purus Maritime in Ålesund, Norwegen. (Foto: Hexagon Purus)

„Druckwasserstoff benötigt viel Platz an Bord – viel mehr als herkömmlicher Diesel“, sagte Haugen. Er fügte hinzu, dass der Kraftstoff bei den meisten Dieselschiffen am Boden des Rumpfes gelagert wird, wo er als Ballast dient und das Schiff stabilisiert.

„Man kann Treibstoff mitbringen, der in manchen Fällen monatelang reicht“, sagte er. „Heutzutage sieht die Betriebsweise also so aus: Tanken Sie das Schiff und vergessen Sie es für lange Zeit.“

Dies müsse jedoch nicht der Fall sein, sagte Haugen, da viele Schiffe ohne die Möglichkeit zum regelmäßigen Auftanken längere Zeit nicht im Einsatz seien.

„Einige Schiffe fahren entlang der Küste oder flussaufwärts“, sagte er. „Viele Schiffe verbringen viel Zeit mit dem Ent- und Beladen ihrer Ladung. Diese Schiffe eignen sich gut für komprimierten Wasserstoff.“

Dennoch erfordert die Einführung von komprimiertem Wasserstoff ein Umdenken bei den Eigentümern und Betreibern von Seeschiffen.

„Wir müssen bedenken, dass viele Schiffseigner seit Generationen die gleiche Vorgehensweise bei der Betankung ihrer Schiffe haben“, sagte Haugen.

Dennoch gibt es Erfolgsgeschichten.

„Wir haben zwei Fähren, die nur 50 Minuten von unserem Büro an der Westküste Norwegens entfernt verkehren“, sagte er. „Die Überfahrt dauert nur 23 Minuten. Die beiden vorherigen Fähren verbrauchten 80 Liter Diesel für die Fjordüberquerung. Jetzt leisten zwei vollelektrische Fähren die gleiche Arbeit und verbrauchen 480 kWh für die Fjordüberquerung.“

Laut Haugen werden die Fähren am Ende jeder Fahrt mit einem 6-MW-Ladegerät in nur sechs Minuten aufgeladen.

Die Reichweite der Fähre könnte jedoch erhöht werden, wenn sie mit komprimiertem Wasserstoff betrieben würde. Haugen sagte, dass sie den ganzen Tag ohne Nachtanken operieren und 44 Überfahrten absolvieren könnte, basierend auf einem Treibstofftank von der Größe eines 12-Meter-Containers.

„Diese Fähre verkehrt nicht mitten in der Nacht – eine ideale Zeit zum Auftanken“, sagte er. „Das ist ein Beispiel dafür, wie wir unsere Betriebsabläufe überdenken müssen, um einen emissionsfreien Betrieb zu ermöglichen.“

Fokus Energieeffizienz

Laut Haugen bedeutet die Entwicklung für komprimierten Wasserstoff, den Energieverbrauch an Bord des Schiffes zu berücksichtigen. Glücklicherweise hat die Branche große Fortschritte bei der Förderung der Energieeffizienz gemacht.

„Die Düse am Propeller, die Rumpfoptimierung, die Lastspitzenkappung durch Batterien und die Wärmerückgewinnung sind allesamt wichtige Verbesserungen der Energieeffizienz, die man heute auf Schiffen findet“, sagte Haugen. „Das sind gute Nachrichten für alle neuen emissionsfreien Kraftstoffe, deren Energiedichte geringer ist als bei herkömmlichen Kraftstoffen. Mit einem Kilogramm Wasserstoff kommt man weiter, wenn die Energieeffizienz optimiert ist.“

Alle Lösungen berücksichtigen

Bei der Beurteilung, ob komprimierter Wasserstoff für ein bestimmtes Schiff geeignet ist, berücksichtigt Hexagon laut Haugen das gesamte Spektrum emissionsfreier Energie.

Hochdruck-Kraftstoffflaschen in den Büros von Hexagon Purus Maritime. (Foto: Hexagon Purus)

„Wenn es aus Sicht des Schiffes und des Betriebsprofils – einschließlich der Verfügbarkeit des Stromnetzes – möglich ist, empfehlen wir immer den vollständigen Batteriebetrieb“, sagte er. „Das ist die effizienteste Art, Energie zu nutzen.“

Dennoch wies Haugen darauf hin, dass die meisten Schiffe zu groß seien, als dass eine batterieelektrische (BE) Lösung in Frage käme und dass für viele das effektive Aufladen ein Problem darstelle.

„Wenn die Batterie [Energie] allein nicht ausreicht, kommt komprimierter Wasserstoff zum Einsatz“, sagte er und fügte hinzu, dass komprimierter Wasserstoff nach dem BE-Antrieb die effizienteste emissionsfreie Energiequelle sei.

Haugen listete eine Reihe von Schiffen auf, für die komprimierter Wasserstoff oft eine gute Lösung ist. Dazu gehören Passagierschiffe, Fähren und Schnellfähren, RoRo-Schiffe, Binnenschiffe, Service- und Versorgungsschiffe, Fischtransporter, Frachtschiffe und „alle Schiffe mit vorhersehbarem Küstenbetrieb und maximal ein paar Tagen Betriebszeit zwischen den Tankfüllungen“.

Die Komplexität der Schiffe bleibe ein limitierender Faktor, sagte er. Schiffe mit höherem Energiebedarf könnten andere Wasserstoffbrennstoffe wie beispielsweise verflüssigten Wasserstoff nutzen.

„Bei flüssigem Wasserstoff geht mehr Energie verloren, aber in größeren Mengen nimmt er weniger Platz ein“, sagte Haugen.

Kein Allheilmittel

Unabhängig von der Lösung seien dringend emissionsfreie maritime Energielösungen erforderlich, sagte Haugen.

„Wir müssen mit Schiffseignern, Konstrukteuren und Werften im Dialog stehen, um sie darüber aufzuklären, was möglich ist und was nicht“, sagte er. „Wir müssen die Unterschiede zwischen Schiffen und ihre unterschiedlichen Bedürfnisse und Einschränkungen verstehen.“

Haugen fügte hinzu, dass alternative Kraftstoffe wie komprimierter Wasserstoff im maritimen Sektor einen einzigartigen Zweck erfüllen werden.

„Es wird keinen universellen Kraftstoff für die Zukunft geben, so wie Diesel bisher den gesamten Markt bedienen konnte“, sagte er. „Grüner Wasserstoff wird eine wichtige Rolle spielen.“