In dem New Deal, den der Seetransportsektor im vergangenen Jahr mit dem niederländischen Minister für Infrastruktur und Wasserwirtschaft, Van Nieuwenhuizen, abgeschlossen hat, wurde unter anderem vereinbart, dass die Binnenschifffahrt bis 2050 emissionsfrei und klimaneutral wird. Um dieses Ziel zu erreichen, könnte das elektrisch angetriebene Schubschiff ELEKTRA eine wichtige Rolle spielen. Die Technische Universität Berlin entwickelt dieses Schiff gemeinsam mit einer Reihe anderer Institutionen, damit es mit Wasserstoffgeneratoren ausgerüstet werden kann. Die ELEKTRA wird noch in diesem Jahr vom Stapel laufen und zunächst zwischen Hamburg und Berlin pendeln, später auch in Stettin, Polen, anlegen. Der Pusher ist 20 Meter lang und 8,2 Meter breit und kann einen einzigen Lastkahn schieben.

Die Binnenschifffahrt ist bereits eine relativ saubere Art des Gütertransports. Ein durchschnittliches Schiff stößt bis zu sechsmal weniger CO2 aus als ein Lkw. Die mit Abstand geringste Emissionsmenge pro t/km entsteht beim Massentransport eines 6-Schiff-Schubverbandes. Mit dem Antrieb eines Schubverbandes kann eine Ladung von 16.000 Tonnen transportiert werden. (Quelle: Zahlen der Binnenschifffahrt).

Prof. Gerd Holbach von der Technischen Universität Berlin berichtete Innovation Origins über dieses Leitprojekt zur Elektrifizierung der Binnenschifffahrt.

„Ziel des Projektes”, so Holbach, „ist es, die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie an Bord eines Schiffes zu testen. Das soll zu weiteren Erkenntnissen führen, wie die Binnenschifffahrt bezüglich eines emissionsfreien Antriebs unterstützt werden kann. Das hybride Antriebskonzept besteht aus Brennstoffzellen und Akkus. Mit diesem Projekt wollen wir die Machbarkeit von Wasserstoff als direkter oder indirekter Energieträger für die Schifffahrt unter Berücksichtigung all ihrer spezifischen Anforderungen aufzeigen.“

Entwicklung einer Bunkerinfrastruktur

Darüber hinaus entwickeln wir Konzepte für die Infrastruktur. Auch dieses Schiff muss bunkern, wobei die Batterien mit Landstrom geladen und die Brennstoffzellen mit Wasserstoff versorgt werden. Die Infrastruktur des Westhafens von Berlin ist für den ersten Einsatz auf der Strecke Berlin-Hamburg bereits ausreichend. Insbesondere die Wasserstoffversorgung kann schnell und kostengünstig realisiert werden, da es kein klassisches Bunkern gibt. Die Behälter mit Wasserstoff können mit dem eigenen Schiffskran schnell ausgetauscht werden. Das ist im Prinzip an jedem Kai möglich.

Genehmigung für den Schiffseinsatz der notwendigen Komponenten einholen

Eine der Grundanforderungen des ELEKTRA-Projekts war es, möglichst viele Standardkomponenten zu verwenden und keine Sonderanfertigung für diesen speziellen Zweck zu entwickeln. Das wäre viel zu teuer und in der vorgegebenen Zeit nicht möglich gewesen. Der praktische Einsatz der Technologie und das Zusammenspiel der Komponenten musste an Bord getestet werden. Praktisch keine der erforderlichen Komponenten war speziell für den maritimen Einsatz zugelassen, so dass eine Zulassung und erstmalige Abstimmung der Komponenten nötig war. Das war noch nie da.

Angetrieben wird die ELEKTRA von zwei 200-Kilowatt-Elektromotoren. Diese beziehen ihre Energie aus einem riesigen Batteriepaket, das 3,2 Megawattstunden speichern kann. Für kürzere Distanzen beziehen diese ihre Energie aus einem riesigen Akkupack, das 3,2 Megawattstunden speichern kann. Dieser Block befindet sich hinter dem Steuerhaus. Hinzu kommen sechs Behälter mit insgesamt 750 Kilogramm Wasserstoff bei einem Druck von 500 bar. Sie speisen die drei Brennstoffzellen mit einer Leistung von jeweils 100 Kilowatt. Diese liefern Strom, wenn der Strom der Batterien zu Ende geht. Auf dem Dach des Steuerhauses sind außerdem Solarkollektoren installiert.

Die schematische Darstellung der Energiesysteme der ELEKTRA. © TU Berlin.

Reichweite der Schubboote mehr als 400 Kilometer

Im Prinzip sorgen die Brennstoffzellen für den Antrieb des Schiffes über längere Strecken. Die Akkus können zur Bewältigung von Lastspitzen eingesetzt werden. Die drei Brennstoffzellen können unabhängig voneinander betrieben werden, so dass sie immer optimal funktionieren. Bei einer Schublast von 1.500 Tonnen kann das Schiff mehr als 400 km zurücklegen, ohne neue Energie zu tanken. Wasserstoff spielt in beiden Energiesystemen die absolute Hauptrolle.

Navigationsassistent für optimale Energienutzung und Bedingungen der Route

Neben einem völlig neuen Energiesystem für Schubboote entwickelt die TU Berlin auch ein spezielles Navigationssystem. Dieser Navigationsassistent, so Holbach, „ist eindeutig mehr als nur eine Art TomTom für die Schifffahrt. Es ist eine Kombination aus Navigationssystem und Bordcomputer, wie im Auto, nur dass hier die Systeme miteinander kommunizieren. Das System auf der ELEKTRA berücksichtigt Umweltdaten (Strömungen, Wind, Eisgang und Temperaturen), schiffsspezifische Daten wie Tiefgang und Verdrängung des jeweiligen Konvois, den Ladezustand der Energiespeicher und den Widerstand. Diese Daten werden genutzt, um das Schiff bezüglich des Energieverbrauchs und der Kosten so günstig wie möglich zu steuern. Das System unterstützt aber nicht nur den Skipper, sondern liefert auch Informationen an die Logistikabteilung an Land, so dass nachfolgende Transporte sehr genau geplant werden können.

Hybridsystem bis Ende dieses Jahrzehnts zur Marktreife

Holbach erwartet, dass das innovative Speicher- und Brennstoffzellensystem bis zum Ende des Jahrzehnts Marktreife erlangt. Dann wird bewiesen sein, dass dieses Antriebssystem für Binnenschiffe funktioniert. „Beim Praxistest mit der ELEKTRA wollen wir auch Daten zu Themen wie Kosten über einen Lebenszyklus und anderen wirtschaftlichen Voraussetzungen gewinnen.“

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