Ein Schiffsmotor fast ohne Emissionen
In Graz startet mit Juli ein europaweites Marineforschungsprojekt. Ziel der Wissenschaftler ist es, die Antriebssysteme riesiger Fracht- und Kreuzfahrtschiffe deutlich umweltfreundlicher zu machen.
Ob sie Energie erzeugen, Lokomotiven oder Minenfahrzeuge antreiben: „Im Prinzip funktionieren Großmotoren ähnlich“, erklärt Andreas Wimmer, Leiter des 2002 begründeten Large Engines Competence Center (LEC) an der TU Graz. Daher lassen sich die am Großmotoren-Kompetenzzentrum entwickelten umweltfreundlichen Technologien auch für die Hochseeschifffahrt nutzen. Das erklärt, warum die Wissenschaftler ab 1. Juli im EU-Projekt „Hy Meth Ship“vom Binnenland Österreich aus insgesamt 13 Partner aus Seenationen wie Schweden, Großbritannien, die Niederlande, Belgien und Deutschland koordinieren, darunter neben anderen Forschungseinrichtungen auch eine Reederei und eine Werft. Aus Österreich sind etwa der Motorenbauer Jenbacher und die Ventiltechnikfirma Hoerbiger beteiligt.
Das Ziel der Marineforschungsinitiative – nur zwei von 26 Einreichungen wurden gefördert – ist ehrgeizig. Das bisher von Hochseeschiffen ausgestoßene Treibhausgas Kohlendioxid (CO ) soll um 97 Prozent, Stickoxidemissionen um rund 80 Prozent reduziert werden. Schwefel fällt nicht an, weil das neue Antriebssystem auf Wasserstoff als Energiequelle setzt.
Das Potenzial ist enorm, denn rund 90 Prozent der Containerschiffe sind derzeit noch mit Schweröl unterwegs. Allein die Emma Maersk, eines der größten Containerschiffe der Welt, stößt auf seinen Fahrten zwischen Asien und Europa jedes Jahr so viele Abgase aus wie ein mittelgroßes Kohlekraftwerk. Und die Hochseeschifffahrt boomt weiter. Prognosen besagen, dass sich der Transportsektor bis 2050 verdreifachen wird. Auch Kreuzfahrten werden immer beliebter. „Die Schiffe brauchen für den Hotelbetrieb viel Energie, daher laufen die Motoren auch in den Häfen“, schildert Wimmer.
Die Forscher wollen für ihr Antriebssystem bereits vorhandene Technologien kombinieren. Sie verfolgen dabei die Idee eines Tiroler Mathematiklehrers und Erfinders, er ist mit seinem Start-up SE.S ebenfalls Projektpartner: Mittels erneuerbarer Energie aus Wind oder Sonne wird zunächst Methanol produziert. Daraus lässt sich an Bord Wasserstoff gewinnen – das soll mit der Abgaswärme des Motors funktionieren. Das im Prozess anfallende CO wird schließlich noch vor der Verbrennung abgetrennt und in Tanks gespeichert, es kann später wieder für die Methanolproduktion verwendet werden. „So entsteht ein geschlossener CO - Kreislauf, praktisch ohne Luftschadstoffe“, erklärt Wimmer.
Konventionelle Hubkolbenmotoren können genutzt werden, sie müssen für den Betrieb mit Wasserstoff lediglich angepasst werden. Um den strengen Sicherheitsvorschriften auf Schiffen gerecht zu werden, verfolgen die Wissenschaftler ein sogenanntes Dual-Fuel-Konzept, bei dem sich im Notfall auf Dieselantrieb umschalten lässt. So bleibt das Schiff immer manövrierfähig.
Um zu testen, wie die Technologien zusammenwirken, bauen die Wissenschaftler in der Laborhalle des LEC in den kommenden eineinhalb Jahren einen eigenen Prüfstand auf. Noch gilt es Platz zu schaffen, denn der neue Motor wird mit seinen zwölf Zylindern weit größer sein als bisherige, einzylindrige Versuchsaufbauten: Er braucht den Platz eines durchschnittlichen Wohnzimmers, damit ließe sich schon eine Donaufähre antreiben, so Wimmer. Richtige Großmotoren für Containerschiffe sind so groß wie ein fünfgeschoßiger Wohnbau. Klappt in der auf drei Jahre angelegten Projektarbeit alles, wird es dennoch rund zehn bis 15 Jahre dauern, bis die in Graz entwickelten Schiffsmotoren den Weg in die Praxis finden, schätzt Wimmer. In anderen Forschungsbereichen ist das bereits gelungen. So nutzen chinesische Stahlwerke etwa ein am LEC entwickeltes Brennverfahren: Es verwendet Abfallgase aus der Industrie, um Strom zu gewinnen.
Was treibt Wimmer selbst an? Er habe sich schon immer für Energietechnik interessiert, erzählt der im Salzkammergut aufgewachsenen Forscher. Mit 17 Jahren habe ihn Österreichs Absage an die Atomkraft geprägt. Über den „Umweg Maschinenbau“befasst er sich heute mit Energiefragen und will mit seiner wissenschaftlichen Arbeit etwas bewegen. Man brauche schließlich auch in der Forschung immer Visionen, sagt er.
stehen für das auf drei Jahre angelegte EU-Projekt „Hy Meth Ship“zur Verfügung. 60 Prozent des Projektbudgets werden in Graz investiert, dort wird ein eigener Prüfstand mit einem mit Wasserstoff betriebenen Schiffsmotor aufgebaut.
der CO -Emissionen sollen sich so eliminieren, die Stickoxidemissionen um 80 Prozent reduzieren lassen. Schwefeldioxid- und Partikelemissionen fallen nicht an.