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Binnen- und Seeschifffahrt

Erstellt am: 21.02.2023 | Stand des Wissens: 21.02.2023
Synthesebericht gehört zu:
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Schiffe sind global das wichtigste Transportmittel für Waren und Güter, jedoch durch den mehrheitlichen Einsatz von Schweröl als Kraftstoff sehr treibhausgasintensiv. In Bezug auf die hohen Treibhausgasemissionen haben sich die Mitgliedsstaaten der internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO) im Jahr 2018 auf ein Reduktionsziel für das Jahr 2050 von mindestens 50 Prozent gegenüber 2008 geeinigt. Um diese Treibhausgaseinsparziele einzuhalten, steigt der Bedarf alternativer Antriebstechnologien auch in der Schifffahrt [NOW20c].

Hinsichtlich der Anforderungen an alternative Antriebstechnologien muss nach Einsatzgebiet und -zweck differenziert werden. So gelten für die langen Strecken in der internationalen Seeschifffahrt andere Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich der Zuverlässigkeit sowie Verfügbarkeit, als für die durch kürzere Strecken geprägte Binnenschifffahrt. Grundsätzlich wird der Einsatz von batterieelektrischen Antrieben, verflüssigtem Erdgas (LNG), (verflüssigtem) Wasserstoff oder Folgeprodukten wie Ammoniak oder Methanol (synthetische Kraftstoffe) diskutiert und erprobt. Dabei wird LNG als emissionsarme, aber nicht klimaneutrale Alternative in Betracht gezogen. Aus heutiger Sicht besteht ein Vorteil der LNG-Technologie in der Realisierbarkeit, denn die LNG-Technologie für die Schifffahrt ist bereits ausgereift und der Kraftstoff kann in Häfen zur Verfügung gestellt werden [NOW20c] [SHELL19].

In der Binnenschifffahrt, insbesondere im Fährverkehr, werden batterieelektrische Antriebe wegen der kurzen Distanzen bereits eingesetzt und können auch zukünftig eine Rolle spielen. Der Einsatz der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie sowie von Folgeprodukten wird insbesondere im Kontext der internationalen Seeschifffahrt diskutiert, da die Energiedichte heutiger Batterien für diesen Anwendungszweck nicht ausreichend ist [SRU21]. Dabei kann als Brennstoff auf heute verfügbare Treibstoffe (LNG, Diesel, Methanol) aber auch auf Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe zurückgegriffen werden. Entsprechend gilt es, entsprechende Best-Practice-Lösungen für den jeweiligen Anwendungsfall zu identifizieren [NOW20c] .

In dem Projekt HyMethShip der Europäischen Union wird der Einsatz eines Wasserstoffantriebs mit einem geschlossenen Kohlenstoffkreislauf für die Schifffahrt erforscht. Das Schiff tankt an Land Methanol (aus erneuerbaren Energien erzeugt), welches sich im Vergleich zu Wasserstoff besser lagern lässt und auf dem Schiff selbst als Wasserstoffspeicher (sogenannter hydrogen carrier Wasserstoffträger) dient. Durch einen Umwandlungsprozess wird aus dem Methanol wieder Wasserstoff erzeugt, welcher schließlich als Kraftstoff verwendet wird (Vergleich Abbildung 1). Das dabei abgeschiedene Kohlenstoffdioxid wird aufgefangen, bleibt in einem geschlossenen Kreislauf und wird an Land zur Methanolproduktion verwendet. Nach Wissenschaftlern des Fraunhofer IKTS lassen sich mit diesem Ansatz die Emissionen in der Schifffahrt um bis zu 97 Prozent senken [IKTS21].
hymethship.jpgAbb. 1: Schematische Darstellung HyMethShip [LEC18] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)

Im Leuchtturmprojekt ELEKTRA wird die technische und wirtschaftliche Machbarkeit eines emissionsfreien Kanalschubbootes untersucht. Das Energiekonzept beruht auf einer wasserstoffbetriebenen Brennstoffzelle und ist grundsätzlich auf die Fracht-, Personen- und Sportschifffahrt übertragbar. Die nautische Abnahme der ELEKTRA erfolgte im Januar 2022 und die Erprobung des emissionsfreien Schubbootes konnte bereits beginnen [BEHA22].
Glossar
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Klimaschutzpotenzial der Wasserstoffanwendung im Verkehrssektor (Stand des Wissens: 27.02.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?567750
Literatur
[BEHA22] Berliner Hafen- und Lagerhausgesellschaft mbH (Hrsg.) Das Schubboot mit ganz neuem Energie-System, 2022
[IKTS21] Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS (Hrsg.) Eignet sich Wasserstoff auch für Lkw, Schiff, Zug und Flugzeug?, 2021
[LEC18] LEC GmbH (Hrsg.) HyMethShip - Green Revolution On The High Sea, 2018/12
[NOW20c] NOW GmbH Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (Hrsg.) Zero Emission Shipping - Alternative Energiesysteme für eine nachhaltige Schifffahrt, 2020/09
[SHELL19] Shell Deutschland Oil GmbH (Hrsg.) Verflüssigtes Erdgas - Neue Energie für Schiff und Lkw?, 2019
[SRU21] Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU) (Hrsg.) Wasserstoff im Klimaschutz: Klasse statt Masse, 2021
Glossar
LNG
Liquified natural gas = Flüssigerdgas (CH4) wie es zum Beispiel in Fahrzeugen getankt werden kann. Durch Abkühlen auf -164 Grad Celsius schrumpft das Volumen auf ein sechshundertstel des Normvolumens. Damit erhöht sich der Energiegehalt bezogen auf das Volumen und somit zum Beispiel die Reichweite eines Fahrzeuges bei gleichem Tankvolumen. Für die aufwendige Verflüssigung werden circa 10 bis 25 Prozent der im Erdgas gespeicherten Energie aufgewendet, daher findet man im Straßenverkehr hauptsächlich compressed natural gas = komprimiertes Erdgas (CNG).
CH3OH = Methanol. Ist eine farblose, brennend schmeckende, giftige, bei Einnahme durch den Menschen zur Erblindung oder zum Tod fuehrende, leicht brennbare und sehr fluechtige Fluessigkeit. Methanol verbrennt mit blauer, fast unsichtbarer Flamme und bildet mit Luft explosionsfaehige Gemische. In der Natur kommt es in Baumwollpflanzen, Heracleum-Fruechten, Graesern und in aetherischen Oelen vor. Methanol ist eines der wichtigsten Ausgangsstoffe fuer Synthesen in der chemischen Industrie. Methanol ist giftig. Seine giftige Wirkung beruht auf der in der Leber erfolgenden Oxidation zu Formaldehyd und spaeter zu Ameisensaeure.
H2 Wasserstoff ("H2" = grch.-lat. für hydrogenium "Wassererzeuger") ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1. Wasserstoff stellt sowohl bezogen auf die Masse (75%) als auch bezogen auf die Zahl der Teilchen (91%) das häufigste aller im All vorkommenden Elemente dar. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas welches in der Natur aufgrund der hohen Reaktivität nicht in seiner elementaren Form vorkommt. Wasserstoff liegt gebunden in Form von Erdöl und Erdgas, in Mineralien, in Biomasse, aber vorwiegend in Form von Wasser vor. Wasserstoff ist somit ein Sekundärenergieträger (Energiespeicher)und muss erst aus den oben genannten fossilen oder nicht fossilen Primärenergieträgern unter Einsatz von zusätzlicher Energie hergestellt werden.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?567180

Gedruckt am Dienstag, 18. Juni 2024 08:32:21