Dienstag, 17. September 2019

„Wir haben eine Herausforderung, die betrifft uns alle.“

Wie werden Kreuzfahrtschiffe emissionsfrei und damit umweltfreundlich und klimaneutral? Mit Wind- und Solar-Energie erzeugte, saubere Brennstoffe können das Problem zusammen mit leistungsfähigen Brennstoffzellen lösen, sagt Gerhard Untiedt von der Meyer Werft in Papenburg im cruisetricks.de-Interview.

Dipl.-Ing. Gerhard Untiedt arbeitet langjährig in der Forschung und Entwicklung für den Bereich Energie und Umwelt der Meyer Werft Papenburg. Zuvor leitete er die Abteilung Maschinenbau der Meyer Werft. In einem ausführlichen Interview spricht er über die Zukunft von Schiffstreibstoffen, die Entwicklung von Brennstoffzellen und welche Hürden es dabei zu
überwinden gilt.
Eine Zusammenfassung des Themas in Kurzform gibt es im cruisetricks.de-Beitrag „Regenerative Energie und Brennstoffzellen: Wie die Kreuzfahrt klimaneutral und emissionsfrei werden kann“.

Wie werden wir in zehn oder 15 Jahren die Energie für Kreuzfahrtschiffe erzeugen?

Es wird vieles geben, hauptsächlich biologische Brennstoffe und andere wie Windkraft, aber das wird alles nicht die endgültige Lösung sein. Die wirkliche Lösung ist der E-Brennstoff, E-Fuel. Wir haben praktisch unendliche viel Energie, die jeden Tag von der Sonne herunter gestrahlt wird und die in Brennstoff umgewandelt werden kann. Das ist ein relativ einfacher Prozess. Man braucht für die gesamte weltweit benötigte Energie eine Fläche, die vielleicht zweimal oder anderthalb mal so groß ist wie Deutschland. Das sind auf den Globus runtergerechnet Kleinigkeiten, man muss nur mehr umsetzen.

Und wenn ich alles elektrisch versorge, was elektrisch machbar ist, dann brauche ich im Vergleich zu heute nur noch einen Bruchteil der Energie, weil einige chemische oder chemisch-mechanische Umformungen wegfallen, bei der jedes Mal die Hälfte der Energie verloren geht.

Wasserstoff werden wir in gebundener Form für Flugzeuge und für Schiffe einsetzen, aber pur nur in begrenzten Anwendungen, wo das wirklich sinnvoll ist. Weite Strecken werden nie mit Wasserstoff gefahren werden, weil das Volumen in der Lagerung nicht darstellbar ist. Von daher wird es wahrscheinlich ein flüssiger Brennstoff werden, vom Volumen ähnlich wie Diesel, aber umweltfreundlicher – ein Brennstoff, den ich ins Wasser kippen kann, ohne dass etwas passiert – wie Methanol oder Ethanol, das ist nur Alkohol. Oder auch Methan. Nur Methan muss ich verflüssigen, was schon wieder ein Nachteil ist.

In diese Richtung wird es gehen und dann werden die ersten Anwendungen bald kommen. Wenn man dann zeigt, dass es funktioniert, wird der Prozess auch eingesetzt. Dann wird man sehr schnell umschwenken und entsprechende Energieparks bauen, dort, wo Tag für Tag die Sonne scheint oder wo es viel Wind gibt. In Regionen wie Patagonien, aber auch in Europa, rund um den Äquator haben wir Passatwinde, die in einer Höhe von 50 Metern jeden Tag mit einer Windgeschwindigkeit von 15 oder 16 Metern pro Sekunde 365 Tage im Jahr wehen. Eine bessere Energiequelle kann ich nicht kriegen und die ist auch noch kostenlos.

Da müssen wir hin, so einfach ist die Sache. Die Technologie ist verfügbar, wir müssen sie nur in großem Stil umsetzen.

Woran scheitert die Umsetzung?

Der Gedanke daran ist noch nicht gereift. Die ersten Unternehmen beschäftigen sich ja damit. Aber die große Masse, das Kapital verteidigt seine Pfründe und solange man noch sehr viel Geld damit verdient und die Alternativen noch zu teuer sind, macht man das nicht. Der Leidensdruck muss noch viel größer werden. Man kann eigentlich eine tolle Welt machen, in der man kaum Umweltbelastung hat. Ich muss nur das nutzen, was die Natur mir gibt. Relativ einfach. Das versuchen wir in der Meyer Werft zu tun.

Mit LNG haben wir zwar einen Trend gesetzt, da haben wir die Schadstoffe deutlich reduziert, aber fürs Klima tun wir noch wenig. Das heißt, ich darf kein fossiles LNG nutzen, ich muss zu regenerativem LNG wechseln. Oder längerfristig noch besser auf einen flüssigeren Brennstoff umstellen, der ebenfalls regenerativ ist.



Die Technologie für solche regenerative Energie gibt es doch schon, oder?

Es existieren die ersten sogenannten Real-Labore für regeneratives LNG und Methanol, wo man in nicht mehr in Dimensionen von 10 oder 20 Tonnen, sondern schon in 50.000-Tonnen-Dimensionen denkt. Das ist immer noch klein, aber es ist der nächste Schritt. Diesen Weg müssen wir weitergehen.

Und genauso müssen wir diese Kette auch an Bord von Kreuzfahrtschiffen darstellen: von der Energieerzeugung und Herstellung des regenerativen Brennstoffs, über die Werft, die regenerativ betriebene Schiffe baut, über den Reeder, der den entsprechenden Treibstoff verwendet.

Dafür brauchen wir Demonstrationsprojekte im realen Maßstab. Die müssen zum Anschub entsprechend unterstützt werden. Denn wenn die ersten es machen, dann dauert es nicht lange, bis der Kippmoment da ist und alle es schon aufgrund des öffentlichen Drucks machen müssen. Dann ist die Barriere durchbrochen.

Das heißt, der erste Schritt ist mit den LNG-Schiffen AIDAnova & Co. schon getan ...

LNG war hier in der Meyer Werft eigentlich schon 2012 spruchreif, da hatten wir das erste sogenannte ‚approval of principle‘, also die Grundsatzgenehmigung, solche Schiffe zu bauen. Und bei Tankern haben wir das ja auch schon getan. Aber bei großen Passagier- oder Containerschiffen hat es noch vier, fünf Jahre gedauert, bis die internationale Regelgebung so weit war, dass AIDA gesagt hat: „Wir machen das mal.“

Die Regelwerke sind ja genauso eine Herausforderung. Da muss ich erst einmal rund 150 Staaten unter einen Hut bringen und wenn ich das nicht habe, wird man kein Schiff bauen. So eine „Otto Hahn“ durfte damals in nur sechs Häfen weltweit überhaupt einlaufen. Das kann sich niemand mehr leisten. [Anmerkung: Die Otto Hahn war 1964 das erste und einzige deutsche Frachtschiff mit Nuklearantrieb.]

LNG ist also nur eine Übergangstechnik. Was ist der nächste Schritt? Brennstoffzelle? Akkus? Eine Kombination aus beidem?

Die Brennstoffzelle ist ein Energiewandler, so wie ein Motor. Nicht mehr und nicht weniger. Die Brennstoffzelle hat riesiges Potenzial, gerade auf Schiffen, weil sie leise ist, keinen Schornstein braucht und ich kann sie nahezu überall aufstellen. Eine Brennstoffzelle produziert Luft und Wasser. Das kann ich an jedem Platz am Schiff über Bord geben.

Von daher ist Brennstoffzelle prädestiniert für den Einsatz auf Schiffen und wir entwickeln ja auch an Systemen dafür. Nur: Die Brennstoffzelle selbst ist noch nicht so weit entwickelt, dass ich sie in großem Maßstab mit großen Leistungen einsetzen kann. Da ist genau wie bei Motoren eine Verfügbarkeit nötig, die über zigtausende von Betriebsstunden die Energieproduktion gewährleistet. Da wird noch fünf bis zehn Jahre dauern.

Heute spricht jeder über die Entwicklung von Brennstoffzellen. Wir haben schon 2009 damit angefangen, da wurden wir noch als Spinner betrachtet. Das gleiche mit LNG auf Kreuzfahrtschiffen. Reaktion damals: „Ihr spinnt doch.“ Mittlerweise ist es ein großes Verkaufsargument für die Meyer Werft.



In fünf Jahren könnte also beispielsweise eine Hilfsmaschine durch Brennstoffzellen ersetzt werden?

Wir haben die erste Brennstoffzelle 2016 als Demo-Anlage auf die Ostseefähre ‚Mariella‘ gebracht. Die Erwartungshaltung war riesig, die Technik aber noch nicht ausgereift. Im Moment machen wir die nächsten Schritte, um die Technik zuverlässig zu machen und ich nehme an, dass in 2020/21 die nächsten Anlagen an Bord kommen, die dann einen wesentlichen Schritt nach vorne bedeuten. 2025 werden wir wohl so weit sein, dass wir schonmal 500 Kilowatt oder ein Megawatt einbauen können, die dann auch zuverlässig mehrere Jahre laufen. Wenn wir diesen Punkt erreicht haben, können wir in großem Stil planen.

Wo findet denn die Brennstoffzellen-Entwicklung statt?

Hier ist es wie überall: Es gibt Unternehmen, die beschäftigen sich mit dem Massenmarkt, mit nicht gerade langlebigem, einfachen Produkten. Und es gibt welche, die für den Heavy-Duty-Markt entwickeln und mit Partnern für diesen Markt arbeiten wir zusammen. Da versuchen wir in den nächsten Jahren ein Produkt so weit zu bringen, dass wir es einsetzen können.

Muss eine Brennstoffzelle immer mit Wasserstoff betrieben werden?

Eine Brennstoffzelle kann nur Wasserstoff verbrennen. Aber ich brauche den Wasserstoff nicht direkt bis zur Brennstoffzelle bringen. Man kann das mit Blut vergleichen: Sauerstoff wird mit Hilfe von roten Blutkörperchen in die Muskeln gebracht. Beim Wasserstoff wäre der Träger beispielsweise Methan oder Methanol. Dieser Brennstoff ist dann auch viel einfacher zu handhaben als Wasserstoff selbst. Der Brennstoff wird dann an der Brennstoffzelle intern zu Wasserstoff reformiert, so nennt man das, und dann in der Brennstoffzelle verbrannt.

Jede Brennstoffzelle ist spezifisch für eine bestimmte Auswahl an Kraftstoffen. Aber damit erzeuge ich dann Strom und Wärme, so wie heute schon mit Dieselmotoren oder Turbinen. Strom brauche ich jede Menge an Bord, Wärme auch, also habe ich genau das, was ich brauche. Das ist quasi ein Blockheizkraftwerk, vollkommen leise, ohne Vibrationen.

Die Systeme dahinter müssten sich im Vergleich zu heute nicht verändern, weil die auch jetzt schon elektrische Energie und Wärme aufnehmen. Nur dass ich dann eben die Energie mit der Brennstoffzelle aus einer anderen Quelle beziehe.

Wir brauchen also für den Großeinsatz zuverlässige Brennstoffzellen und zugleich ausreichend regenerativen Brennstoff?

Richtig. Da ist der Knackpunkt. Noch ein Knackpunkt ist die internationale Gesetzgebung. Ich kann auch einen Verbrennungsmotor wie einen Diesel- oder Otto-Motor mit einem sauberen Brennstoff betreiben. Da komme ich auch zum Ziel. Nicht ganz so wie mit einer Brennstoffzelle, ich habe immer noch Lärm sowie weitere Emissionen aus den Schmierstoffen. Aber auch einen Diesel kann ich sauber machen. Das ist ja die erste Herausforderung und da sind wir mit LNG einen Riesenschritt vorangekommen. Und wenn ich einen Dieselmotor mit regenerativem Gas oder Methanol betreibe, dann erreiche ich meine Ziele durchaus auch.

Wäre ein Pilotprojekt mit einem Ethanol-Kraftwerk an Land sinnvoll, um zu beweisen, dass diese Technik funktioniert?

An Land ist es immer am besten, die Elektrizität direkt zu nutzen. Ein Auto hat beispielsweise einen Wirkungsgrad von 20 oder 25 Prozent. Ich bringe also nur 25 Prozent der Energie aus dem Diesel oder Benzin auf die Straße, 75 Prozent gehen verloren. Eine Brennstoffzelle ist da schonmal wesentlich besser. Aber solange ich den elektrischen Strom direkt verwenden kann, habe ich einen unschlagbaren Wirkungsgrad von etwa 80 Prozent.

Das spricht für Akkus …

Wenn ich die gesamte Mobilität auf elektrisch umstellen würde, brauche ich an sich nur noch ein Drittel der Primärenergie, weil der Wirkungsgrad so viel höher ist. Von daher ist für die Automobilindustrie längst klar, wo die Richtung hingeht. Da ist E-Mobilität unschlagbar.

Wasserstoff ist bei PKW dagegen nur dann sinnvoll, wenn ich weite Strecken fahren muss, weil ab einem gewissen Punkt die Batterie zu schwer und groß wird. Das ist der Nachteil der Batterie: In einem Kilogramm Benzin oder Diesel ist so viel Energie wie derzeit in einer Batterie mit 100 Kilogramm.

Auf Schiffen ist der Einsatz von Akkus also eher schwierig?

Bei Autos auch, beim Fliegen erst recht. Das sind relativ klare, physikalische Grundlagen und dann weiß man auch, wo die Technologie hingehen wird. Ich könnte alternativ auch Nuklearkraft nutzen, aber ... ohne mich. Dann belaste ich die nächsten paar Hundert Generationen mit den Abfällen.

Auf einigen Schiffen kommen Akkus ja schon zum Einsatz. Hat Akkutechnik auf einem Schiff keine große Zukunft?

Eine Batterie hat immer ihre Berechtigung, vor allem auf Schiffen, die nur kurze Routen fahren oder wo ich Lastspitzen abfangen muss. Da wäre es energetisch dumm, eine Batterie nicht zu nutzen, weil ich letztlich sehr viel Brennstoff einsparen kann und viele Aggregate nicht betreiben muss. Scandlines ersetzt damit auf Fähren in der Ostsee zwischen Deutschland und Schweden eine Dieselmaschine. Das ist sehr sinnvoll. Auch auf Kreuzfahrern wird man Akkus einsetzen. Nur nicht als generellen Energiespeicher, sondern um Lastausgleich zu machen, um das ganze System smarter zu machen.

Wie weit ist die Entwicklung bei dieser Technik?

Man wird da noch ein paar große Sprünge hinkriegen. Aber ich werde nie in die Nähe von flüssigem Brennstoff gelangen, was die Energiedichte angeht. Ich habe da immer eine Kurve, die gegen ein Optimum läuft und danach ist der Aufwand für weitere, nur noch geringe Verbesserungen riesig. Ich kann einen großen Dieselmotor von heute mit 45 Prozent Wirkungsgrad vielleicht noch auf 46 oder 47 hochdrücken, aber der Aufwand wäre viel größer als der Nutzen.

Wann wird die Meyer Werft das erste Hybrid-Kreuzfahrtschiff mit Akkus und Brennstoffzellen bauen?

In den nächsten fünf bis zehn Jahren kommen wir über das Versuchsstadium hinaus. Das erste Ziel wird sein, die sogenannte Hotel-Last durch Brennstoffzellen zu ersetzt. Irgendeine Reederei wird damit anfangen wollen, denn der Druck ist riesig. Bei LNG war es ja genauso. Es braucht immer Pioniere. Wir haben den Markt vorbereitet und letztlich haben dann Michael Thamm und Bernard Meyer gemeinsam entschieden, das zu bauen. So muss es mit den nächsten Technologien auch sein.

Vor 150 Jahren, als man vom Holz- auf den Stahlschiffbau umgestiegen ist, musste man sich das auch erst einmal trauen. Das war und ist die größte Hürde. Aber wenn man das mal weitblickend betrachtet, dann ist ein solcher Schritt gar nicht so riesig.
LNG-Tank



Bei LNG ist der Platzbedarf und die Sicherheit für die Tanks eine ziemliche Herausforderung. Wie hoch ist der Platzbedarf für Brennstoffzellen?

Die Brennstoffzelle ist heute noch relativ groß, aber sie ist schon jetzt nicht größer als eine herkömmliche Motoren-Anlage an Bord. In Zukunft werden sie deutlich kleiner sein.

Und der Brennstoff?

LNG ist ein toller Brennstoff, hat aber im Vergleich noch einen großen Nachteil: Er muss zentral und an sehr sicheren Stellen im Schiff gelagert werden, und das bei minus 162 Grad, also brauche ich dafür eine Gas-Anlage.

Ein riesiger Vorteil wäre aber auch ein anderer Brennstoff wie Methanol, der bei Umgebungstemperatur flüssig. Den könnte man an Bord also überall unterbringen.

Alternative, regenerative Brennstoffe könnte man beispielsweise im Doppelboden des Schiffs lagern. Das wäre ein großer Vorteil für die Planung der Schiffe. Daher ist es für uns auch relativ klar, in welche Richtung der Brennstoff langfristig geht.

Wir werden in Zukunft wohl keinen Diesel oder dieselverwandten Brennstoff mehr haben. Nach meiner Meinung wird man denjenigen Brennstoff in Masse herstellen, der in Bezug auf den Energieaufwand und die Kosten am günstigsten ist. Da kristallisieren sich Methan, Methanol oder Alkohole heraus, vielleicht noch ein paar andere oder Derivate davon. Aber mit Sicherheit keine Diesel-Brennstoffe, weil die viel zu energieaufwendig und kompliziert herzustellen sind, wenn sie nicht aus fossilen Quellen stammen.

Zuverlässig kann man die Entwicklung natürlich nicht vorhersagen, weil ab und zu auch politisch etwas durchgedrückt wird, was wirtschaftlich keinen Sinn macht. Aber wenn man es betriebswirtschaftlich betrachtet, dann werden solche Brennstoffe das Rennen machen.

Aber dafür müssen alle mitspielen. Denn die Meyer Werft wird nie selbst Brennstoffzellen bauen, genauso wie sie nie Motoren baut. Die Unternehmen, die sich mit dem Konverterbau beschäftigen, müssen in diese Richtung gehen und das ist ein langer, wenn auch relativ simpler Weg, wenn man den konsequent gehen will.

1 Kommentar:

Unknown hat gesagt…

Vielen Dank für die interessanten Ausführungen. Da wird wieder deutlich, wie gut deutsches Ingenieurwesen für die Zukunft genutzt wird. Weiter so, jetzt habe ich auch für mich ein besseres Verständnis für die augenblickliche Problematik unserer Motorentechnik im PKW-Bereich.
Glückauf aus Polsum
Jürgen Sandow