Die „vier Hauptprobleme“ von Wasserstoffschiffen

Unter diesen Umständen bietet sich für wasserstoffbetriebene Schiffe eine Entwicklungschance. Um diese zu nutzen, beschleunigen viele inländische Brennstoffzellenunternehmen die Markteinführung von Schiffsbrennstoffzellensystemen und die Erlangung von Typgenehmigungen durch Klassifikationsgesellschaften. Gleichzeitig gibt es auch positive Nachrichten zum Bau und Einsatz wasserstoffbetriebener Schiffe. Derzeit beschränken sich diese jedoch hauptsächlich auf kleine Demonstrationsprojekte auf Binnengewässern und in Küstengewässern, was weit von der angestrebten breiten Anwendung entfernt ist. Dies liegt vor allem daran, dass die Entwicklung wasserstoffbetriebener Schiffe weiterhin mit vier zentralen Problemen konfrontiert ist: Die Antriebstechnologie muss noch validiert werden, die Wasserstoffspeichertechnologie deckt den Bedarf nur unzureichend, die Wahl des geeigneten Hydrierungsverfahrens gestaltet sich schwierig und das Anwendungsgebiet ist nur schwer erweiterbar. Wie lässt sich diese Sackgasse überwinden?

Im Mittelpunkt der Branchendiskussion steht die Frage, ob eine Spezialisierung auf Schiffsbrennstoffzellen notwendig ist. Einige sind der Ansicht, dass die direkte Verwendung von Brennstoffzellensystemen aus der Automobilindustrie kostengünstiger und effizienter wäre. Es müssten lediglich Anpassungen an den jeweiligen Schiffstyp und dessen Einsatzszenario vorgenommen werden.

Ein weiterer Aspekt ist, dass Schiffe und Fahrzeuge sich in aquatischen bzw. terrestrischen Umgebungen befinden und die Betriebsbedingungen daher sehr unterschiedlich sind. Marine Wasserstoff-Brennstoffzellen lassen sich nicht direkt auf automobile Wasserstoff-Brennstoffzellen übertragen. Sie müssen speziell für die komplexe Wasserumgebung von Schiffen, den hohen Wasserstoffverbrauch, die große Reichweite und die Sicherheitsanforderungen entwickelt und angepasst werden, um die Entwicklung von Wasserstoffschiffen mit an maritime Szenarien angepassten Energiesystemen zu beschleunigen.

Für die Speicherung von Wasserstoff in Schiffen muss die geeignete Wasserstoffquelle je nach Gewässer, Schiffstyp, Emissionsanforderungen usw. ausgewählt werden. Die Entwicklung der Wasserstoffspeichertechnologie mit 35-MPa-Hochdruckgasflaschen ist mittlerweile weit fortgeschritten. Einige Experten empfehlen daher, diese Technologie vorrangig einzusetzen, um einen zuverlässigeren Betrieb zu gewährleisten.

Dieser Vorschlag stieß jedoch auf Widerstand. Marine Wasserstoffspeichersysteme stellen sehr hohe Anforderungen an die Energiedichte. Die Energiedichte und die Speicherdauer von gasförmigem Wasserstoff genügen den Bedürfnissen wasserstoffbetriebener Schiffe nicht. Die Geschäftsleitung eines Unternehmens erklärte daher, dass sie flüssigen Wasserstoff mit hoher Energiedichte bevorzugt: „Die volumetrische Energiedichte von Gasen ist stets begrenzt, daher bin ich für die Zukunft optimistisch, was die Speicherung von flüssigem Wasserstoff, flüssigem Ammoniak, Methanol und sogar organischen flüssigen Wasserstoffformen angeht.“

Aktuell umfassen die Methoden zur Wasserstoffbetankung von Schiffen die Produktion und Nutzung an Bord, die Betankung im Hafen sowie das Heben und Austauschen von Wasserstoffflaschen. Die im Ausland übliche mobile Betankung per Tankwagen ist recht unstrukturiert, und in China gibt es Bestrebungen, feste Wasserstofftankstellen zu errichten. So tankte beispielsweise das „Three Gorges Hydrogen Boat 1“ an einer eigens errichteten, landseitigen Wasserstoffproduktions- und -betankungsanlage. Diese Anlage nutzt den Strom des Drei-Schluchten-Kraftwerks zur Elektrolyse von Wasser, um Wasserstoff zu erzeugen. Das Schiff verwendet einen ausklappbaren mechanischen Arm, um einen Hochdruckschlauch zum Betanken mit Wasserstoff zu ziehen.

Es ist zu beachten, dass aufgrund der einzigartigen Gegebenheiten jedes Gewässers die oben genannte Bauweise von Wasserstofftankstellen nicht zwingend erforderlich ist. Ein Branchenexperte empfiehlt, die Methode an die jeweiligen Gegebenheiten anzupassen: Zum einen ist der Bau einer Wasserstofftankstelle kostspielig, und die Stationen verfügen möglicherweise nicht über die gleichen Energieressourcen wie beispielsweise im Drei-Schluchten-Gebiet. Zum anderen muss die Betankungsmethode unbedingt ein Austreten von Wasserstoff verhindern. Im Falle einer Explosion wären die Folgen verheerend. Wird die Wasserstoffflasche zum Austausch direkt an Bord geborgen, ist dies nicht nur sicherer, sondern auch schneller und wirtschaftlicher. Dies könnte ein erster Schritt zur Erschließung des Marktes für wasserstoffbetriebene Schiffe sein.

Derzeit beschränkt sich der Einsatz von wasserstoffbetriebenen Schiffen auf kleinere Demonstrationsschiffe, Sightseeing-Touren, Containerschifffahrt usw., der Markt ist aber noch nicht erschlossen. Wie Gaogong Hydrogen and Electricity erfuhr, zögern Reedereien derzeit noch, wasserstoffbetriebene Schiffe einzusetzen, hauptsächlich aufgrund der hohen Kosten.

Im Gegensatz zu Autos muss jede einzelne Komponente eines Schiffes von der Klassifikationsgesellschaft zertifiziert und zugelassen werden, und die anfänglichen Kosten sind sehr hoch. Hinzu kommen Kosten für technische Forschung und Entwicklung, Investitions- und Betriebskosten sowie Wartungskosten.

„Wasserstoffbetriebene Schiffe dienen derzeit hauptsächlich Demonstrationszwecken und sind nicht für den Markt bestimmt. Die Kosten sind zu hoch und für Reedereien schwer zu tragen. Gäbe es Subventionen, könnten sie genutzt werden, doch derzeit gibt es keine, sodass sich die Wirtschaftlichkeit nicht berechnen lässt.“ Ein Branchenkenner erklärte gegenüber Gaogong Hydrogen and Electricity, dass zur Kostensenkung zwar die Zuverlässigkeit von Technologie und Produkten verbessert werden müsse, dies aber ein Widerspruch sei. Produkte würden iterativ weiterentwickelt. Wie sollen sie sich mit so wenigen Demonstrationen verbessern? Es sei denn, es handle sich um „Nebenförderung“ statt um „Hauptförderung“.

Unter Berücksichtigung technischer Beschränkungen könnten Schiffe, die mit einer Kombination aus Elektro- und Wasserstoffantrieb betrieben werden, in Häfen mit Ölverboten erhebliche Vorteile bieten. Als „Hilfsantrieb“ für Elektroschiffe kann er deren Reichweitenprobleme ausgleichen und gleichzeitig praktische Anwendungserfahrungen sammeln, die in die technologische Forschung und Entwicklung einfließen.

Insgesamt hat die Markteinführung von wasserstoffbetriebenen Schiffen noch einen langen Weg vor sich. Doch es besteht kein Grund, allzu pessimistisch zu sein. Weltweit verschärfen Länder derzeit die Anforderungen an die CO₂-Emissionen von Schiffen. So wird beispielsweise die Verwendung von Schweröl in der Arktis ab dem 1. Juli 2024 verboten sein. In diesem Fall werden wasserstoffbetriebene Schiffe in Zukunft einen vielversprechenden Markt erschließen.

Die Transformation des Energiesystems vollzieht sich nicht über Nacht. Die Branche muss sich den vier zentralen Herausforderungen unserer Zeit stellen und weiterhin intensiv an deren Lösung arbeiten – sei es durch technische Innovationen, die Förderung der industriellen Ökologie, die Senkung der Kosten oder die Entwicklung von Standards. Es wird immer eine Lösung geben.