Mit Wasserstoff übers Meer

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR beteiligt sich an der Entwicklung der weltweit ersten wasserstoff­betriebenen Hochsee­fähre mit Brennstoff­zellen für den Personen- und Fahrzeug­transport. Ziel des von der Euro­päischen Union geförderten Forschungs­projektes „HySeas III“ ist es, den Pendel­verkehr zwischen den schottischen Inseln Orkney und Shapinsay ab dem Jahr 2021 mit einem neuar­tigen, aus­schließlich mit Energie aus erneuer­baren Quellen betriebenen Schiffstyp zu reali­sieren. Das DLR-Institut für Vernetzte Energie­systeme beteiligt sich am Gesamt­projekt mit umfang­reichen öko­nomischen und ökolo­gischen Analysen sowie mit der Ermittlung des Markt­potenzials im euro­päischen Raum.

Unter Leitung der in Port Glasgow ansäs­sigen Ferguson-Werft wird die Fähre auf eine Kapazität von rund 120 Passa­gieren und 18 Fahr­zeugen ausgelegt. Mit 35 Meter Länge, zehn Meter Breite und zwei Meter Tiefgang wird sie das derzeit einge­setzte diesel­betriebene Schiff ersetzen. Die techno­logische Besonder­heit der neuen Fähre liegt im elektrischen Antrieb: Dafür werden Brennstoff­zellen installiert, die an Bord Wasser­stoff in Strom umwandeln. Für die Schiff­bauer stellt das durchaus eine Heraus­forderung dar, weil der schwere Schiffsmotor und auch der Schornstein entfallen. Entsprechend muss die Ausge­wichtung der Fähre völlig neu konzipiert werden. Im Laufe des Projekts berechnen die Wissen­schaftler und Inge­nieure Position und Größe und damit Leistung der Energie­speicher und legen im Anschluss das endgültige Design der Fähre fest.

Keine Zweifel gibt es dagegen über die Herkunft des Treib­stoffs: Bereits seit rund fünf Jahren erzielen die Orkney-Inseln vor der Nordküste Schott­lands durch Wind-, Wellen- und Gezeiten­kraftwerke einen Überschuss an erneuer­baren Energien. Aufgrund begrenzter Netzkapa­zitäten zum Festland entschloss man sich, die Über­schüsse direkt vor Ort in Wasserstoff umzu­wandeln. Parallel wurde mit der Errichtung einer Wasser­stoff-Infrastruktur begonnen, so dass die Fähre mit einem mobilen Trailer betankt werden kann. „Mit HySeas III können wir also nicht nur eine Weltneu­heit im Schiffs­bau realisieren, sondern auch eine einzig­artige Treibstoff­versorgung auf Basis lokaler erneuer­barer Energien“, erklärt Projekt­koordinator Martin Smith von der schottischen University of St. Andrews.

Ob das neue Schiffs­konzept auch wirtschaft­liche und öko­logische Vorteile im Vergleich zu anderen innovativen Antriebs­konzepten und der erforder­lichen Infra­struktur bringt, untersuchen die Wissen­schaftler des DLR-Instituts für Vernetzte Energie­systeme. „Wir nehmen eine detail­lierte Analyse der Kosten­strukturen vor, beginnend bei der voraus­sichtlichen Entwicklung der Rohstoff­preise über laufende Betriebs- und Wartungs­kosten bis hin zu den Kosten für die spätere fachge­rechte Entsorgung“, erklärt Thomas Vogt, Abteilungs­leiter Energie­systemanalyse. „Diese Aufstellung nehmen wir auch für vergleich­bare Konzepte vor, zum Beispiel für Fähren mit Diesel-, Hybrid- oder reinem Elektro­antrieb. Wichtig ist auch die Betrachtung der erfor­derlichen, teils netzge­bundenen Infra­struktur. Erst im direkten Vergleich dieser Daten lassen sich Rück­schlüsse auf die tatsäch­liche Wirtschaft­lichkeit des Konzepts ziehen.“

Wie umwelt­freundlich die Wasserstoff-Fähre im Vergleich zur Konkurrenz ist, soll zudem eine ökologische Analyse zeigen. Zwar werden bei der Wasserstoff­herstellung und während des Fährenbetriebs keine direkten Schad­stoffe und Emissionen frei­gesetzt, allerdings könnten zahlreiche weitere Faktoren die Bilanz trüben, wie Vogt verdeut­licht: „So werden für den Herstellungs­prozess möglicher­weise Rohstoffe mit geringer Verfüg­barkeit benötigt. Abbau, Transport und Verar­beitung sind zum Teil energie­intensiv und können die CO₂-Bilanz erheblich beein­flussen, sofern hierfür keine erneuer­baren Energien einge­setzt werden. Auch die Entsorgung kann zu Umwelt­belastungen führen."

Langfristig könnte „HySeas III“ die Blaupause für weitere Fährver­bindungen in ganz Europa liefern. Das Potenzial dafür will das Institut für Vernetzte Energie­systeme in einer Marktanalyse ermitteln. Wesent­liche Faktoren dafür sind die Strecken­länge, die Aufnahme­kapazität für Personen und Fahrzeuge, die Akzeptanz bei Betreibern und Bevölkerung sowie die Möglichkeit zur Bereit­stellung von Wasser­stoff mittels erneuer­barer Energien in der Region. „Unsere Analyse soll zeigen, inwiefern die Umsetzung eines wasserstoff­betriebenen Fähr­betriebs nicht nur vor den Orkney-Inseln, sondern auch auf weiteren Strecken in Europa möglich und sinnvoll ist“, fasst Vogt die Projekt­ziele zusammen.

Die wissen­schaftlichen Grundlagen wurden bereits in den Vorgänger-Projekten gelegt: Bei HySeas I wurden zunächst die technischen, öko­nomischen und sozio-ökono­mischen Aspekte von zukünftigen wasserstoff­betriebenen Fähren in sehr allge­meiner Form untersucht. HySeas II setzte den Schwerpunkt zum einen auf die Entwicklung des Designs ent­sprechender Fähren, zum anderen auf die detaillierte Planung der erfor­derlichen Infra­struktur an Land. Die eigent­liche Umsetzung des Fähr­konzepts erfolgt nun in HySeas III. Projekt­partner im auf 42 Monate angelegten dritten Teil sind neben dem DLR und der Ferguson-Werft die University of St. Andrews, das Orkney Island Council, Ballard Power Systems in Dänemark, Kongsberg Maritime in Norwegen, Interferry in Belgien und McPhy in Frankreich.

DLR / JOL