Neue technologische Ausrichtungen für Rolls-Royce im Schiffbau

Eine Vielzahl von Faktoren kann die Effizienz eines Schiffes beeinflussen (Alle Fotos wurden von Rolls-Royce zur Verfügung gestellt, sofern nicht anders angegeben).

„Aus Effizienzsicht stößt die Dieselmotorentechnologie an ihre Grenzen“, sagt Tobias Kohl, Vizepräsident für Marineanwendungstechnik bei Rolls-Royce Power. „Man kann Einspritzsysteme, Turboaufladung und Brennraumdynamik verbessern, aber letztendlich ist die Technologie bereits weitgehend optimiert.“

„Aber wir können von dieser Technologie profitieren, wenn wir andere Kraftstoffe untersuchen, die in einem Verbrennungsmotor verwendet werden können.“

Kohls Kommentar erfolgte als Antwort auf folgende Frage: Da kein „alternativer“ Kraftstoff die Leistungsdichte von Diesel aufweist, sollte der nächste Schritt darin bestehen, die Motoreffizienz so weit zu verbessern, dass Methanol, Ethanol, Ammoniak oder Wasserstoff eine gleichwertige Leistung pro Kilogramm wie Diesel liefern?

Tobias Kohl, Rolls-Royce Power

Laut Kohl hängt dies in erster Linie von Motorlast und Drehzahl ab. „Unabhängig vom Kraftstoff erzielt man die beste Effizienz, wenn der Motor im optimalen Betriebspunkt läuft. Um jedoch das volle Potenzial des Motors auszuschöpfen, ist unserer Ansicht nach ein intelligentes Lastmanagement mit Batterien erforderlich – wir nennen diese Kombination ‚Dieselmotor Plus‘.“

Zur Veranschaulichung führt Kohl das Beispiel eines Stromaggregats an Bord eines Schiffes an. Da dieses zur Bereitstellung von Hilfsenergie dient, läuft sein Motor fast nie mit optimaler Drehzahl, sondern meist deutlich darunter. Durch den Einbau eines Akkus schaltet sich das Stromaggregat nur bei Bedarf ein und läuft dann mit optimaler Last und Drehzahl. Die so gewonnene Energie wird anschließend im Akku gespeichert und kann später abgerufen werden.

Er sagt, es gäbe noch weitere Vorteile. Der Akku könne Schwankungen in der Stromversorgung ausgleichen und, während das Schiff im Hafen liegt, die Betriebskosten senken, indem er nur in günstigeren Zeiten Netzstrom nutzt – eine Art Spitzenlastkappung.

Abgasnachbehandlung

Der Betrieb eines Verbrennungsmotors mit alternativem Kraftstoff in Kombination mit einem Akku kann die Gesamteffizienz steigern. Doch angesichts der Verbesserungen bei Abgasnachbehandlungssystemen stellt sich die Frage, ob diese neuen Kraftstoffe Dieselkraftstoff vorzeitig verdrängen könnten.

„Die größte Herausforderung für Abgasnachbehandlungssysteme in der Schifffahrt bestand bisher darin, dass der Eigner keinen nennenswerten Nutzen davon hatte. Auf einer Yacht sieht er ein System, das den Platzbedarf des Motors erhöht. Es bedeutet zusätzliches Gewicht und verursacht weitere Kosten, beispielsweise für die AdBlue-Harnstofflösung. Trotz all dem fährt das Schiff weder schneller noch leiser.“

Kohl entgegnet, Rolls-Royce habe Abgasnachbehandlungssysteme der dritten Generation entwickelt, die kleiner, leichter und effizienter als je zuvor seien. „Wir haben das System optimiert, und die Verbesserungen sind signifikant. Wir gehen davon aus, dass dies die Systeme für Schiffbauer und -eigner attraktiver machen wird.“

Dies wirft die Frage auf, ob das Ziel von Rolls-Royce bei der Entwicklung dieser Systeme die Verbesserung der Effizienz des Motors oder des Schiffes ist.

Brücke auf der Halunder Jet-Fähre, die mit vier MTU 4000-Dieselmotoren und Wasserstrahlantrieben ausgestattet ist

„Beides“, antwortet Kohl. „Wie bereits erwähnt, wurden die Motoren durch den Einsatz neuester Technologien optimiert. Daran arbeiten wir seit über 100 Jahren“, fügt er lächelnd hinzu. „Um weitere Vorteile zu erzielen, müssen wir die gesamte Antriebsanlage und deren Zusammenspiel mit dem Schiff ganzheitlich betrachten.“

Bezüglich mangelhafter Ausführung erzählt er von einer Yacht, die mit einem Generator ausgestattet worden war, nur um den Swimmingpool an Bord zu beheizen. „Heute können wir ein Blockheizkraftwerk (BHKW) für genau denselben Zweck nutzen. Ich mag den Begriff ‚Verschwendung‘ nicht, aber im Grunde würden wir genau das jetzt für denselben Zweck verwenden.“

Die richtige Dimensionierung bringt Vorteile

Neue Kraftstoffe bieten eindeutig Vorteile in Bezug auf reduzierte Emissionen, aber die richtige Dimensionierung der Motoren – die Auswahl des Modells, das der erforderlichen Leistung entspricht, anstatt einfach des größten verfügbaren – wird eine erhebliche Rolle bei der Verbesserung der Schiffseffizienz spielen.

„Wenn ein Schiff oder eine Yacht zur Überholung kommt, kann man sich die Daten ansehen und feststellen, wie der Motor gearbeitet hat, wo und wie er eingesetzt wurde. Anhand dieser Informationen lässt sich ermitteln, ob ein kleineres Motormodell für diese Anwendung geeignet wäre.“

Der Rolls-Royce mtu Series 2000 DS Generator-Motor kann für die Hilfsstromversorgung von Schiffen verwendet werden.

Laut Kohl gibt es eine Reihe wichtiger Hebel zur Steigerung der Effizienz. Kohlenstoffarme Kraftstoffe spielen dabei eine Schlüsselrolle, ebenso wie neue Technologien. Ein dritter Faktor ist die Betriebsweise des Schiffes.

„Bei der Effizienzbetrachtung müssen wir die natürlichen Gegebenheiten berücksichtigen“, erklärt er. „Gezeiten und Windverhältnisse beeinflussen die Betriebsweise des Bootes und die Leistung des Motors. Wir verfügen über das mtu NautIQ Foresight-System, das Kapitänen hilft, die Schiffsleistung zu überwachen und Entscheidungen zu treffen, die zu einer höheren Effizienz führen.“

Dies geht Hand in Hand mit der Rumpfkonstruktion bis hin zur Propellerkonstruktion. Laut Kohl kann ein gut konstruierter Propeller Einsparungen zwischen 10 und 15 % ermöglichen – eine enorme Verbesserung, die letztendlich die Betriebskosten senkt.

Technologiepipeline

Im August dieses Jahres wurde in Tasmanien der Bau des weltweit größten batteriebetriebenen Schiffes abgeschlossen. Die „China Zorrilla“ ist mit einem 40-MWh-Batteriespeichersystem und 275 Tonnen Gewicht ausgestattet und dient als Passagier- und Fahrzeugfähre für Überfahrten auf dem Río de la Plata zwischen Argentinien und Uruguay.

Kohl ist der Ansicht, dass elektrisch betriebene Fähren, auch wenn dies ein extremes Beispiel für die Technologie ist, durchaus einen starken Anwendungsfall haben.

Die Fähre China Zorrilla wird auf das halbtauchfähige Schwergutschiff Black Marlin verladen (Foto: Incat).

„Wenn ein Schiff, wie beispielsweise eine Fähre, eine vorhersehbare Route hat und die Möglichkeit zum Aufladen besteht, ist das ein idealer Anwendungsfall für elektrische Energie, und ich gehe davon aus, dass sich diese Technologie in den kommenden Jahren weiterentwickeln wird. Bei Rolls-Royce haben wir bereits Fälle, in denen die Bordgeneratoren lediglich als Backup für das Batteriesystem dienen, ähnlich wie ein Range Extender in einem Auto.“

Mit Blick auf den Fall der China Zorrilla sagt Kohl, dass er es gut findet, dass jemand das Risiko eingeht und die bestehende Technologie bis an ihre Grenzen ausreizt. Er bezweifelt jedoch, dass dies einen dramatischen Einfluss auf die Entwicklung großer Fähren haben wird. Das Gegenteil gilt für kleinere Fähren; er verweist auf die bereits in Skandinavien verkehrenden batteriebetriebenen Schiffe als pragmatischere Anwendung der Technologie.

Was die zukünftige Schiffstechnologie bei Rolls-Royce betrifft, sagte Kohl Folgendes: „Wir werden weiterhin Verbrennungsmotoren entwickeln. Wir sind fest davon überzeugt, dass dies für längere Strecken, unvorhersehbare Routen und zur Bewältigung von Infrastrukturherausforderungen der einzige Weg ist.“

„Ich möchte aber auch hinzufügen, dass wir Methanol großes Potenzial zuschreiben. Daher werden wir weiterhin Lösungen für Verbrennungsmotoren entwickeln, und zwar so, dass alternative Kraftstoffe unterstützt werden.“