Die Schifffahrt spielt eine wichtige Rolle bei der Reduzierung von CO2-Emissionen. Um ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern und internationale Klimaziele zu erreichen, setzt die Branche auf verschiedene Ansätze: effizientere Schiffsdesigns, alternative Antriebe wie Brennstoffzellen, erneuerbare Energien, optimierte Betriebsabläufe sowie strengere internationale Regulierungen und Forschungskooperationen. Besonders die Kombination dieser Maßnahmen kann den CO2-Ausstoß deutlich senken. Eine vielversprechende Technologie dabei ist die Brennstoffzelle. Sie wird künftig eine zentrale Rolle spielen, um die Netto-Null-Zielsetzung zu erreichen. Der heutige Einsatz von Brennstoffzellen als Antrieb auf Schiffen beschränkt sich vorwiegend noch auf Pilotprojekte, zum Beispiel in der Binnenschifffahrt. Inzwischen gibt es aber auch erste Hersteller von Luxusyachten mit Brennstoffzellenantrieb. Dort kommen Protonen-Austausch-Membran-Brennstoffzellen (PEM) mit einer Gesamtleistung bis knapp 1 MW zum Einsatz. Die Entwicklung klimaneutraler Technologien wird unter anderem durch internationale Initiativen wie die Mannheimer Erklärung von 2018 gefördert. Die Mitgliedsstaaten der Zentralkommission für die Rheinschifffahrt haben sich darin verpflichtet, bis 2050 Treibhausgase und andere Schadstoffe weitgehend zu eliminieren.
Eine Frage der Technologie
Es gibt verschiedene Brennstoffzellentechnologien, welche neben Wasserstoff auch Erdgas oder Methanol als Brennstoff verwenden können. Wasserstoff ist heute aber der am häufigsten verwendete Brennstoff aufgrund seiner hohen Energiedichte und der sauberen Verbrennung ohne Ausstoß von CO2 oder anderen Treibhausgasen. Für mobile Anwendungen hat sich die PEM-Brennstoffzelle etabliert. In der Seeschifffahrt, wo größere Schiffe lange Strecken zurücklegen, wird jedoch auch die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) genutzt. Ein Beispiel ist das Forschungsprojekt HELENUS: Hier testet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) eine 500-kW-SOFC auf einem Kreuzfahrtschiff der MSC World Europa-Klasse. Diese Technologie erzeugt sowohl Strom als auch Wärme und spart damit konventionellen Kraftstoff ein.
Eine wiederkehrende Frage ist die nach der Herkunft des Wasserstoffs. Für einen gänzlich klimaneutralen Betrieb bedarf es grünen Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Der Großteil heutigen Wasserstoffs wird jedoch noch nicht klimaneutral hergestellt. Hier wird schnell deutlich, dass die Transformation unserer Energiewirtschaft an zahlreichen Stellen ineinandergreifen muss und es eine ganzheitliche Modellierung braucht.
Auch die Transportform von Wasserstoff ist eine offene Frage. Eine Möglichkeit ist die Speicherung in Form von Methanol, das sich effizient transportieren lässt. Vor Verwendung in der Brennstoffzelle bedarf es dann der Rückumwandlung von Methanol zu Wasserstoff. Dieser Prozess kann klimaneutral stattfinden, sofern das Methanol mithilfe erneuerbarer Energien hergestellt wurde.
Mess- und Regeltechnik für die Brennstoffzelle
Die für die Brennstoffzelle und an diese angegliederte erforderliche Mess- und Regeltechnik ist heute bereits vorhanden und ausgereift. Die Brennstoffzellentechnologie selbst kann als ausgereift betrachtet werden, auch wenn durch weitere Forschungs- und Entwicklungsinitiativen noch Verbesserungen und Technologieschritte zu erwarten sind. Vereinfacht lässt sich das Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle wie folgt darstellen: Wasserstoff reagiert mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft zu Wasser. Durch diese chemische Reaktion entsteht eine elektrische Spannung in der Brennstoffzelle, welche als Strom genutzt werden kann. Ein Kühlkreislauf führt die durch die chemische Reaktion entstehende Wärme ab.
Produkte von Jumo können bei der Überwachung, Steuerung und Auswertung der Ein- und Ausgangsgrößen unterstützen. Typische Messgrößen, welche für die Brennstoffzelle und in deren Peripherie benötigt werden, sind Druck, Temperatur und Füllstand. Jumo bietet beispielsweise den Druckmessumformer MIDAS S07 MA an, der speziell für den maritimen Einsatz zertifiziert ist. Solche Sensoren helfen, den Wasserstoffkreislauf sicher und effizient zu steuern. Als Systemanbieter liefert Jumo zudem umfassende Automatisierungslösungen für die Schifffahrt.
Die Segel sind gesetzt
Die Schifffahrt verursacht derzeit etwa drei bis vier Prozent der globalen CO2-Emissionen. Dennoch ist sie – gemessen an den transportierten Tonnen – klimafreundlicher als der Straßen- und Luftverkehr. Nur die Bahn hat eine noch bessere Bilanz. Die internationale Seeschifffahrts-Organisation (IMO) hat mehrere Maßnahmen ergriffen, um den CO2-Ausstoß bis 2030 um 40 Prozent und bis 2050 um 70 Prozent im Vergleich zu 2008 zu senken. In der internationalen Schifffahrt steckt erhebliches Potenzial um ein klimafreundlicheres Wirtschaften zu ermöglichen. Wenn sich der Gütertransport verstärkt auf Bahn und Schiffe verlagert, wird das Einsparpotenzial weiter steigen. Die Brennstoffzellentechnologie wird ihren Platz zwischen batterieelektrischen Antrieben und synthetischen Treibstoffen finden. Am Ende zählt der konkrete Anwendungsfall – dann wird auch die Zukunft grün!
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