Grazer Motor lässt Frachtschiffe mit Methanol fahren

Die Emissionen von Kohlenstoffdioxid der Schifffahrt haben sich von 2012 bis 2018 von 962 Millionen Tonnen auf 1.056 Millionen Tonnen erhöht, wie ein aktueller Bericht der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO) ergeben hat. Nicht ganz 3 Prozent des globalen Ausstoßes gehen auf die Schifffahrt zurück. Neben CO2 werden dabei auch hohe Mengen an anderen Schadstoffen wie Schwefeldioxid freigesetzt. Da über 80 Prozent aller Warentransporte per Schiff erfolgen, wird eine „grüne“ Lösung akut.  

Motor umgewandelt

Das EU-Projekt namens „HyMethShip“ vom LEC (Large Engines Competence Center) und der TU Graz könnte diese Umweltproblematik bald lösen. Retter in Not ist im Grunde ein herkömmlicher Verbrennungsmotor für Frachtschiffe, der so umgebaut wird, dass er nicht wie üblich mit Schweröl, sondern mit Wasserstoff betrieben wird. Davor wird das chemische Element aber an Land in Methanol umgewandelt und in dieser Form an Bord gebunkert, bevor es am Schiff in einem Membranreaktor wieder zu Wasserstoff verarbeitet wird. 

Das hat einen einfachen Grund: „Methanol verfügt über eine deutlich höhere Speicherdichte und lässt sich an Bord unter Umgebungsbedingungen lagern“, sagt Nina Simon, Technikerin am LEC. Wasserstoff hingegen müsse entweder in Hochdrucktanks oder tiefkalt in Kryotanks gelagert werden. „Das Bunkern eines Flüssigkraftstoffes wie Methanol ist deutlich einfacher und auf jedem Schiff Stand der Technik“, sagt sie. Das „Tanken“ von Wasserstoff sei hingegen aufwendiger. „Aktuell verfügen Häfen nicht über die notwendige Infrastruktur.“

Chemische Reaktion

Ein im Membranreaktor integrierter Katalysator begünstigt eine chemische Reaktion von Methanol und Wasserdampf, woraus CO2 und Wasserstoff entstehen. Die Membran im Reaktor trennt die beiden Elemente. Der Wasserstoff wird in Folge zum Motor geschickt. „Dort wird er ganz normal wie in jedem Gasmotor verbrannt, nur in diesem Fall ohne CO2“, sagt Forscherin Nicole Wermuth von der TU Graz. Das Kohlenstoffdioxid wiederum wird an Bord des Schiffes gespeichert und an Land wieder zu regenerativem Methanol umgewandelt. „Wir produzieren damit einen geschlossenen CO2-Kreislauf“, so die Forscherin. 

Die Entwicklung soll 2022 abgeschlossen sein. Ziel ist, die Lösung so rasch wie möglich in Anwendung zu bringen. „Wenn wir die Klimaziele wirklich erreichen wollen, bringt es nichts, wenn eine neue Lösung erst in 10 bis 20 Jahren zugelassen ist“, sagt Technikerin Nina Simon. Die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit stelle eine Herausforderung dar, da sich ein Methanol- bzw. Wasserstoffantrieb bei den aktuell niedrigen Ölpreisen nicht rechnen würde. „Beispielsweise könnte eine globale CO2-Bepreisung, welche die Umweltschäden aus der fossilen Verbrennung den Verursachern in Rechnung stellt, die Situation ändern“, sagt die Expertin.

Drastische Reduktion

Ausgelegt ist das System – zumindest im Moment – für die Frachtschifffahrt, denn in diesem Sektor bestehe die größte Kohlenstoffdioxid-Problematik. „Projektziel ist, den CO2-Ausstoß um 97 Prozent zu senken. Das ist deshalb möglich, weil es durch die Membran zurückgehalten wird“, sagt Forscherin Wermuth, und es gar nicht erst zum Motor gelangt. Bei anderen Emissionen werden sogar drastischere Reduktionen erwartet. „Schwefel ist im Kraftstoff nicht vorhanden und somit entstehen im Motor keine Schwefeloxide. Auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe werden nicht emittiert und NOX-Emissionen werden deutlich verringert“, sagt sie. NOX sind gasförmige Stickstoffoxide. 

Brennstoffzellen und Biosprit

Neben dieser gibt es aber auch andere Überlegungen für einen umweltfreundlicheren Antrieb von Schiffen. So sollen sie künftig auch elektrisch fahren. Weil normale Akkus nicht genügend Energiedichte haben, will unter anderem der Schweizer Konzern ABB die Herstellung von Brennstoffzellen optimieren. So entstehen quasi Kraftwerke im Megawattbereich für Schiffe. Der Strom wird dabei aus Wasserstoff erzeugt.

Das Fraunhofer-Institut stellt wiederum Diesel aus nachwachsenden Rohstoffen synthetisch her. Bioethanol wird in Diesel, Benzin oder Kerosin verwandelt.

Eine weitere Möglichkeit, um Treibstoff auf hoher See zu sparen, ist das Vorspannen von Drachen. Entwickelt wird die Technologie vom deutschen Wirtschaftsingenieur Stephan Wrage, der 2001 die Firma SkySails gründete.