Im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms sind mit Wasserstoff und Brennstoffzellen viele Projekte verbunden. Dr. Gerd-Michael Würsig und Lars Langfeldt erläutern die Kernziele des Programms.
Springer Professional: Welche Kernziele kennzeichnen das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie NIP?
Dr. Gerd Würsig: Die Zielsetzung des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) war in der ersten Phase, von 2007 bis 2016, die Marktvorbereitung entsprechender Technologien. In dieser Phase wurden Prototypen entwickelt und getestet. Die zweite Phase konzentriert sich auf die Markteinführung von Brennstoffzellenprodukten sowie den Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur für den Verkehr, um diese Technologien bis 2026 wettbewerbsfähig im Verkehrssektor und im Energiemarkt zu etablieren. Die Schifffahrt ist in dieser zweiten Phase mit dem Projekt e4Ships vertreten.
Ihr Teilprogramm heißt e4ships - Brennstoffzellen im maritimen Bereich. Worauf konzentriert sich dabei die Forschung?
Dr. Gerd Würsig: Im Rahmen von e4Ships werden Brennstoffzellensysteme entwickelt, die eine zuverlässige Energieversorgung an Bord von Schiffen unter Seebedingungen ermöglicht. Maritime Brennstoffzellensysteme müssen im Vergleich zu Landanwendungen aufgrund der Umweltbedingungen auf See erhöhte Anforderungen unter anderem an dynamische Lasten, Vibrationen, Umgebungstemperaturen und salzhaltige Luft erfüllen. Hinzu kommen erhöhte Forderungen an die Zuverlässigkeit aufgrund der autarken Energieversorgung an Bord auf See. Diese Aspekte müssen in der Konstruktion, sowie in den Prüf- und Testvorschriften und im Regelwerk berücksichtigt werden.
Welche Demoprojekte konnten bisher realisiert werden?
Dr. Gerd Würsig: Im Rahmen von e4Ships gab es bisher die Demoprojekte Pa-X-ell, SchIBZ und RiverCell, in denen zwei unterschiedliche Brennstoffzellensysteme konstruiert und erfolgreich an Land und auf See getestet wurden. Im Rahmen der Projekte Pa-X-ell und RiverCell wurde ein Brennstoffzellensystem mit Methanol als Energieträger für den Einsatz auf Passagierschiffen entwickelt. Im Fokus der Entwicklungen des SchIBZ-Projektes stand die Entwicklung eines Brennstoffzellensystems mit schwefelarmen Dieselbrennstoff als Energieträger für den Einsatz an Bord verschiedener Schiffstypen. Für beide Systeme stellte sich die Frage, für welche Energieträger sich aus Sicht der Verfügbarkeit und Handhabbarkeit sowie aus ökologischer und ökonomischer Sicht künftig ein wettbewerbsfähiger Betrieb mit Brennstoffzellen darstellen ließe. Als Ergebnis wurden Methanol und schwefelarmer Dieselbrennstoff gewählt. Für die zweite Phase des NIP sollen diese Systeme nun an Bord eines Frachtschiffes und zweier Passagierschiffe weiter getestet werden. Im Rahmen des Pa-X-ell Vorhabens befindet sich seit Ende 2016 ein Brennstoffzellensystem an Bord einer Passagierfähre im Seetest.
Wie bewerten sie die wissenschaftlichen Innovationen?
Lars Langfeldt: Die in den Demoprojekten Pa-Xell-, SchIBZ und RiverCell entwickelten maritimen Brennstoffzellensysteme stellen einen Meilenstein für die Verwendung von alternativen Energiewandlern und Brennstoffen in der maritimen Industrie dar. Die Systeme haben erste Prüfzyklen für den maritimen Einsatz bereits erfolgreich bestanden und sind jetzt bereit für den Prototypen-Test an Bord. Darüber hinaus wurden die Vor- und Nachteile verschiedener Energieträger für die Brennstoffzellen untersucht, wie zum Beispiel Methanol und schwefelarmer Dieselbrennstoff. Als Ergebnis wurden für diese beiden Brennstoffe entsprechende Brennstoffsysteme konstruiert, die den aktuellsten Sicherheitsanforderungen für den Bordbetrieb genügen. Dies ist die Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Marktetablierung.
Eigentlich sind doch die Probleme der Nutzung von Brennstoffzellen durch den Einsatz im marinen militärischen Bereich geklärt, oder?
Lars Langfeldt: Der wesentliche Unterschied ergibt sich aus der zivilen Nutzung der Brennstoffzellensysteme: Maritime Brennstoffzellensysteme müssen wettbewerbsfähig und serientauglich sein und auf unterschiedlichsten Schiffstypen integriert werden können. Zudem müssen diese Systeme idealerweise an jedem Liegeplatz im Hafen sicher betrieben und versorgt werden können, ohne dass Lade- und Löschvorgänge und der Passagierverkehr beeinflusst wird. Diese Überlegungen führten in e4Ships dazu, Brennstoffzellensysteme zu verwenden, die im Gegensatz zu den bisherigen militärischen Anwendungen verschiedene Energieträger umsetzen können. Zudem wurde bei der Wahl der Konstruktionswerkstoffe und dem Aufbau der Systeme verstärkt auf die Möglichkeit einer späteren marktfähigen Serienfertigung geachtet.
Wie geht es in diesem Jahr weiter mit e4ships?
Lars Langfeldt: Das Projekt ging 2017 in die zweite Runde. Diese Phase geht voraussichtlich bis 2021. Jetzt werden sich die Projektpartner auf die Weiterentwicklung und den weiteren Test der Prototypen sowie die Entwicklung von dezentralen Bordnetzen mit mehreren Brennstoffzellen konzentrieren. Zudem werden die regulatorischen Anforderungen weiterentwickelt, um eine völkerrechtliche Grundlage für die Verwendung von Brennstoffzellen an Bord von Schiffen zu gewährleisten.