Medienmitteilungen des Bundesrates
Ein Prototyp eines Wasserstoff-Flussbootes
Hightech-Antrieb für die nächsten 100 Jahre
Ökologische Kraftstoffe sind nicht nur für Autos interessant: Die Universität Birmingham betreibt seit drei Jahren ein Flussschiff mit Brennstoffzellenantrieb. Allerdings gelten im Schiffbau andere Grundsätze als im Automobil- oder Flugzeugbau: Dort spielt das Gewicht praktisch keine Rolle, die Lebensdauer des Motors muss jedoch der des Bootes selbst entsprechen. Der Hydridspeicher – also der Wasserstofftank – für diese Hightech-Langzeitlösung ist eine Empa-Entwicklung.
Das Boot ist das effizienteste Transportmittel für Güter. Und doch sind genau hier noch viele alte Dieselmotoren im Einsatz – ohne Abgasreinigung und moderne Elektronik. Vor drei Jahren startete die Universität Birmingham ein ehrgeiziges Projekt: die Umrüstung eines alten Flussbootes auf Wasserstoffantrieb. Der Dieselmotor und der Kraftstofftank wurden entfernt und durch einen hocheffizienten Elektromotor, eine elektrische Speicherbatterie für Spitzenleistung und eine Brennstoffzelle mit Wasserstoffspeicher zum Aufladen der elektrischen Akkus ersetzt. Im September 2007 brach das Boot „Ross Barlow“ zu seiner ersten Reise auf dem britischen Flussnetz auf, die nicht weniger als 3.500 Kilometer umfasst. Im vergangenen Jahr absolvierte er seine längste Reise: In vier Tagen legte er 105 Kilometer durch nicht weniger als 58 Schleusen zurück – es ist Zeit für eine Bilanz.
Standardantrieb kombiniert mit modernster Wasserstoffspeichertechnologie
Für den Umbau dieses 18 Meter langen Stahlbootes galt es zunächst, die für seinen Antrieb nötige Leistung zu ermitteln. Aufgrund der Erfahrungen mit anderen elektrischen Flussschiffen fiel die Wahl auf einen 10 Kilowatt starken Permanentmagnet-Elektromotor. Die für lange Fahrten benötigte Energie liefert eine Brennstoffzelle mit einer Dauerleistung von 1 Kilowatt, die ursprünglich für die unterbrechungsfreie Stromversorgung von Telefonnetzen entwickelt wurde. Allerdings reicht die Leistung der Brennstoffzelle nicht aus, um das Boot anzutreiben. Aus diesem Grund verfügt die „Ross Barlow“ auch über eine 47-kWh-Pufferbatterie in ihren Laderäumen. Bei dieser Batterie fiel die Wahl auf Blei-Säure-Akkus, die wartungsarm, kostengünstig und einfach zu laden sind. Diese Bleibatterien sind sicherlich schwer, aber das Gewicht spielt in der Flussschifffahrt fast keine Rolle.
Die Wasserstoffversorgung der Brennstoffzelle erfolgt über einen von der Empa mit finanzieller Unterstützung des Bundesamts für Energie (BFE) entwickelten Hydridspeicher, der 50 kWh Energie speichern kann; diese Kapazität entspricht 20 Flaschen Druckgas mit einem Fassungsvermögen von 10 Litern. Das zur Speicherung von Wasserstoff verwendete Material ist ein Pulver aus einer Legierung aus Titan, Zirkonium, Mangan, Vanadium und Eisen. Dieses in luftdichten Stahlrohren eingeschlossene Metallpulver ist in der Lage, Wasserstoff zu speichern und ihn beim Erhitzen freizusetzen. Aus diesem Grund befindet sich auch jedes Speichermodul in einem Wassertank, der beheizt oder gekühlt werden kann – denn beim „Laden“ gibt das Metallpulver Wärme ab. Das Boot ist weiterhin mit Photovoltaikzellen ausgestattet, die bis zu 320 Watt Strom liefern.
Ladungen und Entladungen – 100 Jahre
Für die Schifffahrt auf den Kanälen mit ihren Schleusen ist eine stark schwankende Stromversorgung erforderlich. Zum Schutz der Brennstoffzelle bezieht der Motor seinen Strom aus Blei-Säure-Batterien. Eine typische Fahrt dauert vier bis sechs Stunden, wobei das Boot 12 bis 18 kWh Strom verbraucht. Die Brennstoffzelle liefert im Dauerbetrieb 24 kWh Energie pro Tag. Da auch elektronische Steuerungs- und Überwachungssysteme Energie verbrauchen, bleiben ca. 19 kWh für die Nachladung der Pufferspeicher übrig. – genug Energie für eine sechsstündige Fahrt pro Tag.
Die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Metallhydrid-Wasserstoffspeichers wurde zunächst im Labor getestet. Für den Betrieb der „Ross Barlow“ bedeutet das: Wenn sie 650 Kilometer pro Jahr auf den englischen Kanälen fährt, muss sie zwölfmal pro Jahr mit Wasserstoff betankt werden. In diesem Fall würde die Lebensdauer des Hydridspeichers mehr als 100 Jahre betragen – viel länger als die Lebensdauer des Bootes selbst.
Die Ergebnisse des Navigationstests
Während ihrer 105 Kilometer langen, viertägigen Reise im vergangenen Sommer verbrauchte die „Ross Barlow“ 106 kWh – inklusive Strom für die Beleuchtung und das Aufladen der Mobiltelefone und Laptops der Besatzung. Der elektrische Akkumulator lieferte 71 Prozent dieser Energie, die Brennstoffzelle 25 Prozent und die Photovoltaikzellen 4 Prozent. Die Besatzung lobte einhellig die nahezu geräuschlose Bewegung des Bootes und das Fehlen unangenehmer Abgase bei der Schleusendurchfahrt. Das vergleichbar große Dieselboot, das die „Ross Barlow“ begleitete, verbrauchte 50 Liter Dieselkraftstoff, was einem CO2-Ausstoß von 133 Kilogramm entspricht. Die CO2-Emissionen der „Ross Barlow“ sind gleich Null, vorausgesetzt jedoch, dass der Wasserstoff aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt wird und emissionsfrei an die Ufer des Kanals transportiert wird, um das Wasserstoffboot zu betanken.