Warum Brennstoffzellen die Weltmeere befeuern
Geschrieben von Alan Mace | 28. März 2019
Wasserstoff-Brennstoffzellen haben sich in einer Vielzahl von Anwendungen bewährt, darunter Bussen, Lastwagen, Autos, Gabelstaplern und sogar Personenzügen.
Dank ihres Erfolgs in schweren Landfahrzeugen werden nun Brennstoffzellen in Seeschiffe integriert. Brennstoffzellen werden eine wichtige Rolle dabei spielen, die Schiffsindustrie dabei zu unterstützen, die Treibhausgasemissionen des Wassers und der Häfen zu verringern.
Warum brauchen wir einen emissionsfreien Schiffsantrieb?
Die Seeschifffahrt ist bekanntermaßen eine bedeutende Quelle für Treibhausgasemissionen. Die hohen Treibhausgasemissionen sind das Ergebnis des traditionellen minderwertigen „ Bunker-Treibstoffs “, der in Schiffsmotoren verwendet wird, die hohe Emissionen erzeugen.
In den letzten Jahren hat der Druck der Öffentlichkeit auf Luftverschmutzung und den Klimawandel Regierungen und andere Behörden dazu veranlasst, Maßnahmen zu ihrer Verringerung zu ergreifen.
Infolgedessen werden auf der ganzen Welt Vorschriften zur Verringerung des Treibhausgasausstoßes für den Seeverkehr eingeführt:
Das norwegische Parlament hat im Jahr 2018 eine Resolution zum Schutz der Fjorde des Weltkulturerbes verabschiedet: Mit dieser Resolution werden alle Emissionen von Kreuzfahrtschiffen und Fähren in den Fjorden bis 2026 gestoppt.
Der Staat Alask a ‚s Visible Emissionsstandards begrenzen die Opazität aller Seefahrzeugen innerhalbdrei Meilen vor ihrer Küste.
Die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO)hat verbindliche Maßnahmen verabschiedet, um die Treibhausgasemissionen zu reduzieren und bis zum Ende dieses Jahrhunderts vollständig auslaufen zu lassen. Ihre ursprüngliche Strategie wird die gesamten Treibhausgasemissionen der internationalen Schifffahrt bis 2050um mindestens 50% gegenüber 2008 reduzieren .
Die Europäische Organisation für die Sicherheit des Seeverkehrs (EMSA) plant, die Kohlendioxidemissionen der EU aus dem Seeverkehr um mindestens 40% (gegenüber dem Stand von 2005) bis 2050 zu senken . Weitere ECAs werden für die Arktis, Mittelamerika, das Mittelmeer und das Schwarze Meer, Japan, Koreas und Australien diskutiert.
Wie kann die Schiffsindustrie auf diese Vorschriften reagieren?
Diese Emissionsvorschriften werden erhebliche Auswirkungen auf Seeschiffe und die Organisationen haben, die sie betreiben. Flottenbetreiber benötigen Lösungen, die die Emissionen drastisch reduzieren.
(Um zu erfahren, wie ABB Marine & Ports nach emissionsfreien Lösungen sucht, lesen Sie unser Interview: Welche Rolle spielt Wasserstoff in der Schiffsindustrie ?)
Bei so vielen verschiedenen Schiffstypen auf dem Wasser benötigt die Schifffahrtsindustrie eine echte Zero-Emission-Lösung, die auf verschiedene Schiffstypen angewendet werden kann.
Brennstoffzellentechnologie: Die praktischste und praktikabelste Lösung ohne Emissionen
Batterien sind eine emissionsfreie Stromversorgungslösung für kleinere Schiffe, die mit kurzen Arbeitszyklen arbeiten, z. B. kleine Passagierfähren und See-Service-Boote. Eine geringere Leistungsdichte und ein höheres Gewicht schränken jedoch die Verwendung von Batterien für viele Anwendungen ein.
Für Schiffsschiffe sind Brennstoffzellen die einzig realisierbare Option für eine Zero-Emission. Genau wie Batterien erzeugen Brennstoffzellen elektrotechnisch Strom mit hohem Wirkungsgrad. Der Unterschied besteht darin, dass bei einer Brennstoffzelle Energie in Form von Wasserstoffbrennstoff getrennt gespeichert wird. Solange Brennstoff verfügbar ist, erzeugen die Brennstoffzellen-Stromsysteme Strom als Generator. Die einzigen Emissionen einer Brennstoffzelle sind Wasserdampf und Wärme.
Darüber hinaus kann Wasserstoff als Brennstoff aus erneuerbaren Quellen wie Sonnenenergie, Windkraft, Wasserkraft und Geothermie hergestellt werden. Und die Kosten für erneuerbaren Wasserstoff sinken weiterhin jedes Jahr - insbesondere, da in Europa, Australien und Chile große Produktionsprojekte entstehen.
Wenn Brennstoffzellen mit erneuerbarem Wasserstoff betrieben werden, ist ein Brennstoffzellen-Energiesystem eine echte Null-Emissionsquelle.
Hybrid-Batterie- / Brennstoffzellen-Lösungen sind wahrscheinlich für die ersten Marineanwendungen
Der Übergang zu einer neuen Energiequelle ist ein großes Unterfangen. Bei Brennstoffzellen für Seeschiffe liegen die Hürden in der Tankinfrastruktur und die Verfügbarkeit von Wasserstoff in Häfen. Bevor die Betreiber ihre Schiffe mit Brennstoffzellen antreiben können, müssen die Wasserstoffversorgung und Tankinfrastruktur weiterentwickelt werden.
In der näheren Zeit sind Hybrid-Batterie- / Brennstoffzellenanwendungen möglich. Sie benötigen weniger Kraftstoff und erfüllen dennoch das Zero-Emission-Ziel. Diese Anwendungen sind:
Antrieb für kleinere Schiffe wie Fähren und Flussschiffe
zur Versorgung von Hilfslasten auf größeren Schiffen, z. B. Kreuzfahrtschiffen, bei denen der Hilfskraftbedarf hoch ist
Bereitstellung von Landstrom für angedockte Schiffe
In welchen Schiffstypen können Brennstoffzellen eingesetzt werden?Fähren
Modulare, skalierbare Brennstoffzellensysteme bieten einen emissionsfreien Antrieb für kleine und große Fähren. Die ersten emissionsfreien Fähren werden voraussichtlich von einer Hybridarchitektur aus Brennstoffzellen und Batterien angetrieben. Das spezifische Verhältnis von Batterien und Brennstoffzellen hängt von der Streckendauer und dem Zeitplan ab.
Da Brennstoffzellen eine beträchtliche Gleichstromleistung liefern, können sie auch eine Leistung liefern, die über eine Fähre (oder ein anderes Schiff) verteilt werden kann, um ihre elektrischen Hilfseinrichtungen zu versorgen, z.
Beleuchtung
Heizung
Klimaanlage
Schiffsinstrumentierung
Notfallsysteme, Bordküchen und andere Bordsysteme
Für zusätzliche Wirkungsgrade könnte überschüssige Wärme, die von den Brennstoffzellen erzeugt wird, zur Erwärmung von Wasser für HLK, Wäsche und andere Zwecke verwendet werden. Das von der Brennstoffzelle erzeugte Wasser kann bei Bedarf zurückgewonnen werden.
Kreuzfahrtschiffe
Kreuzfahrtanwendungen können zu den ersten marinen Anwendungen von Brennstoffzellen gehören. Einige Kreuzfahrthäfen erfordern bereits einen emissionsfreien Betrieb. Für Kreuzfahrtschiffe umfassen die Brennstoffzellenanwendungen die Stromerzeugung für:
Hotel lädt
Notfallsysteme und
ein Teil der Vortriebskraft.
Damit die Industrie ihre Zero-Emission-Ziele in diesem Jahrhundert erreichen kann, sollten Brennstoffzellen auf vielen Kreuzfahrtschiffen 100% des Stroms liefern, wenn die Wasserstoffinfrastruktur reifer wird.
Flussschiffe
Brennstoffzellen sind eine praktikable Lösung für den emissionsfreien Antrieb von Flussschiffen, einschließlich:
Lastkähne, die von Schubbooten und Schleppern geschoben oder gezogen werden, und
Schiffe mit Eigenantrieb.
Ballard arbeitet bereits an einem Demonstrationsprojekt für Flussschiffe in Lyon, Frankreich. Das Projekt wird ein Schubboot als Nutzfahrzeug auf einem der anspruchsvollsten Flüsse der Welt, der Rhône, antreiben.
Fazit
Um die Luftverschmutzung und die Kohlendioxidemissionen zu reduzieren, verschärfen Regierungen, Hafenbehörden und Organisationen auf der ganzen Welt die Emissionsnormen für Seeschiffe. Infolgedessen steht die Schifffahrtsindustrie unter Druck, die kommenden emissionsfreien Vorschriften zu erfüllen.
Wasserstoffbrennstoffzellen - eine bewährte, emissionsfreie Lösung für den Betrieb von Transitbussen, Lastwagen und anderen Schwertransporten - bietet ein echtes Potenzial für eine Vielzahl von Marineschiffen.
Brennstoffzellensysteme, die mit erneuerbarem Wasserstoff betrieben werden, sind die praktischste und praktikabelste Lösung ohne Emissionen. Die Implementierung dieser Technologie ist ein entscheidender Schritt, um die Emissionen von Seeschiffen zu reduzieren und die Luft für eine lebenswertere Welt zu reinigen.
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