Nutzung strombasierter Kraftstoffe und Minimierung der Treibhausgasemissionen im Kraftwerks- und Marinebereich

Durch den Einsatz von Abgasreinigungssystemen wie Scrubbern oder Katalysatoren oder den Einsatz von LNG (verflüssigtes Erdgas) als alternativen Kraftstoff lassen sich die Schwefel-, Stickoxid- oder Rußemissionen an Bord von Schiffen bereits heute wirkungsvoll minimieren. Um die Klimaziele im Verkehrssektor zu erreichen müssen jedoch auch die klimaschädlichen Emissionen wie CO2 deutlich gesenkt werden.
Es werden also auf Schiffen klimaneutrale Energieträger gebraucht. Diese Energieträger könnten im Power-to-X verfahren entstehen. Dabei ist es möglich eine ganze Reihe von synthetischen Kraftstoffen herzustellen, die zwar Kohlenstoff enthalten und bei der Verbrennung CO2 emittieren, aber dennoch in der Gesamtbilanz CO2-neutral auftreten, da der Kohlenstoff zuvor für die Synthese aus der Atmosphäre entnommen wurde.
Die Erfahrungen mit LNG haben gezeigt, dass bei Umgebungsbedingungen gasförmige Energieträger zwar grundsätzlich auf Schiffen einsetzbar sind, auf der anderen Seite aber eine Reihe Nachteile mit sich bringen. Ein synthetischer Kraftstoff sollte also nach Möglichkeit flüssig, leicht handhabbar und leicht sowie effizient zu synthetisieren sein.
Methanol erfüllt alle diese Anforderungen und verbrennt zudem sehr sauber. Allerdings ist es wie LNG/Methan nicht zur Selbstzündung im Dieselmotor geeignet. Daher wird ein Zündöl benötigt, welches ebenfalls CO2-neutral sein sollte. Hierfür bietet sich OME an.
Diese Kraftstoffe haben einen Einfluss auf die Gestaltung der Motoren- und Systemtechnik sowie des Schiffsentwurfes, weil mit den spezifischen Eigenschaften besondere technische und Sicherheitsanforderungen verbunden sind.
Im Verbundforschungsprojet E2Fuels untersucht die Arbeitsgruppe Schiffsmaschinenbau den Einsatz von Methanol und OME (Oxymethylenether) als maritime Kraftstoffe. Dabei liegt der Fokus sowohl auf der landseitig notwenigen Hafeninfrastruktur und der Bunkerschnittstelle, als auch auf dem Kraftstoffsystem an Bord.

Der Einsatz von Dampfturbinen zum direkten Antrieb von Kompressionskälteanlagen auf Kreuzfahrtschiffen

Artikel Durch die großen Veränderungen in der Schiffstechnik, wie zum Beispiel den Umstieg auf Flüssigerdgas als Kraftstoff, ändern sich viele Rahmenbedingungen für effizienzsteigernde Systeme. Mit Blick auf die größeren nutzbaren Abgaswärmeströme bei diesen Motorenanlagen und der daraus resultierenden steigenden Dampfproduktion im Abgaskessel bietet dieser ungenutzte Dampfmassenstrom ein besonders großes Potential für die Energierückgewinnung. Verstärkend kommt hinzu, dass mehrere klassische Dampfverbraucher wie Tankheizungen oder Trinkwassererzeuger heute entfallen oder gewinnbringend durch neuere Technologien ersetzt werden können. Da die Kompressionskältemaschinen an Bord moderner Kreuzfahrtschiffe zu den größten und konstantesten Leistungsabnehmern gehören, ist es sinnvoll, die gewonnene Dampfleistung diesen Anlagen zuzuführen. Ein etabliertes System hierfür sind Turbogeneratoren, die unter anderem die Elektromotoren der Kälteanlagen mit Strom versorgen. Würden diese Kältemaschinen hingegen direkt durch Dampfturbinen angetrieben werden, könnten Umwandlungsverluste vermieden und erhebliche Kosten für Generator, Motor und stromführende Leitungen eingespart werden. In diesem Beitrag wird eine technische Machbarkeitsstudie vorgestellt, die anhand von zwei Schiffen und vier Konzepten auch den wirtschaftlichen Nutzen grundlegend beleuchtet. Abschließend wird diese Anlage mit konkurrierenden Systemen, wie Absorptionskälteanlagen verglichen.
Thilo Jürgens-Tatje, M.Sc. in: Jahrbuch 2018 | Schiffbautechnische Gesellschaft e.V.
www.stg-online.org

• Heiker, Jan: Entwurf eines Kraftstoffsystems für Methanol und Oxymethylenether an Bord von Schiffen. Bachelorarbeit 02/2020

• Ehmke, Paul Anton: Methanol als alternativen Schiffskraftstoff - Entwurf einer Bunkerlösung. Bachelorarbeit 02/2020

• Königsmann, Simon: Entwicklung einer analytischen Berechnungsmethode für die Vorauslegung von Nasswäschern (Scrubbern) für Schiffsmotoren. Projektarbeit 05/2020

• Marienhagen, Malte: Konzeptentwurf eines Methanol-Bunkerschiffs. Bachelorarbeit 08/2020

• Königsmann, Simon: Weiterentwicklung und Validierung einer analytischen Berechnungsmethode für die Vorauslegung von Nasswäschern für Schiffsmotoren. Masterarbeit 01/2021

• Verrina, Nicolò: Entwurf eines Methanol-Umbaus auf einem Offshore-Service-Schiff. Studienarbeit 02/2021

• Dörner, Alfons: Entwurf einer Bunkerinfrastruktur für Methanol und OME im Hamburger Hafen. Projektarbeit 03/2021

• Heise, Johannes: Energiemanagement für hybride Schiffsantriebe mit Batteriespeicher. Masterarbeit 08/2021

• Küddelsmann, Arne: Bau- und Emissionsvorschriften zur Anwendung von alternativen Kraftstoffen in Schiffsmotoren. Projektarbeit 09/2021