Beitrag von Dr. Klaus Taube und Ina Frings
Komplett unterschiedliche Forschungsbereiche aus dem Helmholtz-Zentrum Hereon sind an der Planung für das neue Forschungsschiff „Ludwig Prandtl II“ beteiligt. Durch Synergieeffekte soll das Schiff eine gemeinsame Forschungsplattform für die Institute der Küstenforschung, der Wasserstofftechnologie für emissionsfreie Schiffsenergiesysteme sowie der Membranforschung für die Abgasreinigung bei herkömmlichem Dieselantrieb werden. Viele Experten aus Wissenschaft und Nautik sitzen im selben Boot mit unterschiedlichen Anforderungen zur Planung und Ausführung für den Bau des neuen Schiffs. Das erfordert ein geschicktes Ausbalancieren der Interessen durch die Projektleiter auf Seiten des Zentrums Hereon sowie des Planungsbüros Technolog, damit das Boot – bildlich gesprochen – nicht zu kentern droht.
Für eine zeit- und kosteneffiziente Planung ist eine Aufteilung der Bereiche, gefolgt von einer sukzessiven Zusammenführung des komplexen Projekts sinnvoll. Während es im Bereich der Nautik und Küstenforschung schneller in die Detailplanung geht, weil jahrzehntelange Erfahrungen im Betrieb eines Forschungsschiffes eine sehr gute Grundlage bieten, stellen die anderen Bereiche eine deutlich größere Herausforderung dar, da hier sowohl technologisch wie auch bzgl. Genehmigungsfragen Neuland betreten wird.
Das Thema des innovativen Energieversorgungssystems wird in der Planung u.a. von Dr. Klaus Taube aus dem Institut für Wasserstofftechnologie vertreten. Er erzählt uns von den Ideen und Herausforderungen, wie diese Technologie beim neuen Schiff eingesetzt werden soll.
“Eine der Anforderungen an die Ludwig Prandtl II ist, dass ihre Energieversorgung unter gewissen Betriebszuständen wie z.B. langsame Fahrten in ökologisch kritischen Bereichen – Robbenbänke, Seevogelkolonien – sowie auch möglichst der Hafenbetrieb ohne Abgasemissionen bei der Energieerzeugung funktionieren soll. Effektiv würde das ja mit einer Batterie nicht funktionieren, da diese aus dem Dieselgenerator gespeist würde und somit am Ende nicht klimaneutral wäre. Daher unsere Idee, ein Brennstoffzellensystem mit grünem Wasserstoff zur sauberen Energieerzeugung zu nutzen, der im Hafen an Bord in einem bei Hereon entwickelten sogenannten Metallhydridtank kompakt und sicher gespeichert wird.”, erläutert Dr. Klaus Taube.
“Dabei müssen mehrere, insbesondere auch genehmigungsrechtliche Fragen gelöst werden. Obwohl die Kombination Metallhydridtank und Brennstoffzellen bereits seit Ende der 90er in den deutschen U-Booten der U212 und U214 Klasse genutzt wird und somit die technologische Basis bekannt ist, wurde bisher in Deutschland diese Technologie noch nie für ein ziviles Überwasserschiff eingesetzt. Bisher werden nur Hochdruckwasserstofftanks mit Drücken von 350 bis 500 bar Wasserstoff, z.B. für das Passagierschiff Alsterwasser in den 2000ern oder aktuell für das Schubschiff Elektra zur Brennstoffzellenversorgung genutzt.
Wir hingegen arbeiten mit zwar deutlich schwereren Metallhydridtanks, die aber den großen Vorteil einer gut 5mal höheren Speicherdichte, also kleinerem Volumen, haben, und dabei den Wasserstoff bei viel geringerem Druck von maximal nur 50 bar speichern. Und sie binden den Wasseerstoff chemisch im Hydrid, sodass eine explosionsartige Wasserstofffreisetzung bei dieser Technologie prinzipiell nicht möglich ist – ein Riesenvorteil für die sichere Bunkerung von Wasserstoff an Bord eines Schiffes.
Hierfür arbeiten wir eng mit Kollegen vom DLR Institut für Maritime Energiesysteme, Geesthacht, zusammen. Das DLR wird im Wasserstoffsystemlabor eine eigene Brennstoffzelle betreiben und auf diese Art und Weise Realdaten aus dem Betrieb der Ludwig Prandtl II für ihre eigenen Entwicklungen und Simulationen gewinnen. Die technische Herausforderung besteht darin, die Brennstoffzelle jederzeit mit dem notwendigen Wasserstoffstrom zu versorgen. Hierfür muss der Kühlkreislauf der Brennstoffzelle auf intelligente Weise mit dem Heizkreislauf des Metallhydridtanks gekoppelt werden. Außerdem muss der Metallhydridtank während der Bunkerung des Wasserstoffs über die Schiffskühlung mit Kälte versorgt werden. Und über all dem müssen alle Wasserstoffleitungen, Armaturen und Verbindungen mit höchster Sicherheitsstufe ausgeführt werden, um die Genehmigung durch die zuständigen Behörden zu erlangen. Da es aber noch kein umfassendes Regelwerk für Wasserstoff an Bord, geschweige denn für Metallhydridtanks an Bord gibt, sind hier im Dialog mit der Klasse und den Behörden z.T. neuartige, sichere technische Lösungen zu entwickeln.”
Die Schema-Zeichnung zeigt, wie nach aktuellem Planungsstand der Metallhydridtank sowie das Wasserstoffsystemlabor auf dem Vordeck untergebracht werden sollen.
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