Bei der Entwicklung alternativer Antriebe sind Wind- und Sonnenenergie noch immer Nischen. Praktische Fortschritte werden vorrangig mit der Verwendung umweltfreundlicherer Brennstoffe in traditionellen Motoren – etwa LNG, LPG, Methanol, Ethan – oder auch mit Brennstoffzellen erzielt.
Zweitaktantriebe
Langsam laufende Dieselantriebe können meist relativ einfach auf »Dual-Fuel« umgestellt werden. Neben Diesel – hauptsächlich für die[ds_preview] Revierfahrt – werden Dual-Fuel-Antriebe auf Schiffen mit alternativen Brennstoffen betrieben. Im Neubau ergeben sich für diese Lösung Kostenersparnisse, etwa gegenüber einem Scrubber zur Abgasreinigung. Aber auch für den Umbau eines Schiffes bringt ein solches Retrofit Vergünstigungen. Besonders vorteilhaft ist Dual-Fuel natürlich für Gastanker, wenn der Treibstoff direkt von den Ladetanks genommen werden kann. Das führt zu signifikanten Zeit- und Kostenersparnissen und ist auch der Grund dafür, dass die höchste Anzahl von Dual-Fuel-Antrieben für Gastanker vorgesehen ist.
Die Technologie dieser mit Gas betriebenen Motoren ist in den letzten Jahren ausgereift. Weit mehr als 150 Dual-Fuel-Motoren sind geplant, im Bau oder bereits in Betrieb. Es wird heute erwartet, dass sich der Anteil der Ablieferungen mit Dual-Fuel »Langsam-Läufern« von 2% in diesem Jahr auf 27% im Jahr 2022 erhöhen wird.
Beispielsweise sind einige mittelgroße Containerschiffe zwischen 1.400 und 3.600TEU dafür ausgerüstet. Zwei 3.100-TEU-Frachter kommen etwa für TOTE Marine mit langsam laufenden Dual-Fuel-Maschinen in Fahrt, Anlagen des Typs MAN 8L70 ME.C28.2-GI mit 25.190 kW bei 104 rpm. Der erste von drei Ethan-getriebenen 36.000-m3-Tankern mit einer Dual-Fuel-Maschine von MAN (7GG50 ME-GI) soll noch 2015 an die Partner Hartmann Schifffahrt und Ocean Yield abgeliefert werden. Der erste einer Serie von sieben Methanol-Carriern mit Methanol-Dual-Fuel-Antrieb, die »San Fernando«, ist bereits für die Reederei MOL in Betrieb. Neben dieser Entwicklung hin zu effizienteren Motoren und zur Bewältigung der strikten Umweltvorschriften werden von den Ölgesellschaften auch Marine-Diesel-Treibstoffe mit »Ultra Low Sulphur« entwickelt.
Reine Gasmotoren
Seit längerer Zeit gibt es bereits Erfahrungen mit stationären Gas-getriebenen Motor-Generator-Aggregaten oder Motor-Pumpen-Anlagen an Land. Erste mobile schnell laufende Gasmotoren für Landbetrieb und Schiene sind erst in letzter Zeit in Betrieb gekommen. Neuerdings werden solche Motoren auch für den Betrieb in Schiffen angeboten. Die besonderen Herausforderungen sind dabei zum Einen die relativ hohen Investitions- und Bauteilkosten, hohe Sicherheitsanforderungen und zurzeit nur ein begrenzter Zielmarkt. Insgesamt gibt es daher auf diesem Gebiet weltweit nur begrenzte Entwicklungstätigkeit. Die Auswahl an verfügbaren Marine-Gas-Motoren ist noch begrenzt. Hinzu kommen ein weltweiter Mangel an kleinen Bunkerstationen, eine mangelnde Harmonisierung sowie ein ungedeckter Bedarf an Praxiserfahrung der Crew. Hier sind gemeinsame Anstrengungen aller betroffenen Partner erforderlich. Gas wird Jahrzehnte länger verfügbar sein als Öl – ein langfristiger Vorteil. Vor allem aber ist die Emission bei reinem Gasbetrieb bedeutend niedriger als bei Marine-Diesel oder Schweröl (HFO). Zwar erzeugt jede Verbrennung CO2, so auch der Betrieb mit Gas. Wegen des höheren Wasserstoffanteils in LNG und der guten Verbrennung fällt aber bis zu 11% weniger CO2 an. Die Reduktion bei NOX beträgt 85%, SOX wird, wie Feinstaub, auf nahezu null (-99%) reduziert.
Brennstoffzellen
Im Gegensatz zu Batterien, deren Betriebszeit zwischen Ladevorgängen endlich ist, sind Brennstoffzellen als Geräte anzusehen, die chemische Energie (H2) in elektrische Leistung umwandeln und kontinuierlich betrieben werden können. Brennstoffzellen mit Wasserstoff als Betriebsmittel werden an Land bereits in Bussen und versuchsweise in Pkw und Gabelstaplern eingesetzt. Auch in der Raumfahrt werden sie genutzt. Für Schiffe liegt die meiste Erfahrung aus dem militärischen Bereich vor: Brennstoffzellen werden seit 1998 auf U-Booten erfolgreich vor allem für den Tauchbetrieb eingesetzt. Der Vorteil liegt auf der Hand; er besteht in der weitgehenden Unabhängigkeit von Oberflächenluft, dem sehr ruhigen, fast lautlosen Betrieb ohne Vibrationen und einer sehr geringe Emission, da kaum Gase freigesetzt werden. Als Nachteil werden die geringe Speicherdichte, die hohen Kosten und das relativ hohe Gewicht angegeben. Es sind, soweit bekannt, heute mehr als 35 U-Boote mit Brennstoffzellen ausgerüstet. Die längste bekannte kontinuierliche Tauchzeit liegt bei 18 Tagen – bei einer Überquerung des Nord-Atlantiks –, was an den Betriebsbereich von U-Booten mit Nuklear-Antrieb herankommt.
Maritime Brennstoffzellen werden aus heutiger Sicht sicherlich nicht als Hauptantrieb von größeren Frachtern eingesetzt werden. Sie haben allerdings das Potential, auch den Betrieb manchen Handelsschiffs zu verbessern.
Es gibt eine Serie von Studien und Projekten für den Einsatz von Brennstoffzellen im maritimen Bereich. Das aussichtsreichste heute ist »e4Ships«. Ein deutsches Pilotprojekt mit dem Ziel, einen maritimen Brennstoffzellenhilfsgenerator für die Serienproduktion zu entwickeln. Eine Marktstudie zeigt, dass PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) und HTFC (High Temperature Fuel Cells) am besten für den maritimen Betrieb geeignete Systeme sind.
PEMFC wird in U-Booten, Jachten und Fähren verwendet, z.B. zwei 50-kW-Einheiten auf dem Fährschiff »FCS Alsterwasser« oder eine 60- bis 70-kW-Anlage auf der Fähre »Nemo H2« in Amsterdam.
»Molten Carbonate Fuel Cell und Solid Oxyde«-Zellen, sogenannte MCFC, werden mit Methanol oder Erdgas betrieben, beispielsweise die 330-kW-Anlage auf der »Viking Lady« in Norwegen.
Ebenfalls zu erwähnen ist das Projekt »Pa-X-ell«. Dies ist ein modulares Brennzellen-System für Passagierschiffe. Der Fokus liegt auf einer Integration im Schiffsentwurf sowie Sicherheit und Zuverlässigkeit im Betrieb. Entwickelt wurde ein 120-kW-Brennzellen-Container mit Methanol-Brennzellen-System und Hilfseinrichtungen. »Pa-X-ell« ist für verteilte Stromerzeugung z.B. auf Passagierschiffen vorgesehen, ein Testprogramm läuft seit 2014.
In den nächsten 30 Jahren wird es in der Interkontinental-Schifffahrt voraussichtlich keine grundsätzlichen Veränderungen bei den Haupttreibstoffen geben. Dual-Fuel oder reiner Gasbetrieb werden weiterentwickelt und entsprechend eine zunehmende Rolle spielen.
Hans Payer
