SchIBZ – Schiffsintegration Brennstoffzelle

Entwicklung, Bau und Test sowohl an Land als auch auf See eines Demonstrators für ein hochseetaugliches Stromaggregat

Kurzbeschreibung

Gegenstand des Projektes ist die Entwicklung, Fertigung und Erprobung eines Brennstoffzellenstromaggregates für seegehende Schiffe. Die Vorteile der Hilfsenergieversorgung (Stromerzeugung, Wärmeversorgung, Raumluftinertisierung) von Schiffen mittels Brennstoffzellen anstelle von Dieselmotoren sind der höhere Wirkungsgrad (und somit geringere CO2 Emissionen) sowie die systembedingt geringeren Emissionen an NOx. Zusätzlich sind die Schallemissionen bedeutend niedriger. Hieraus ergeben sich wesentliche Reduzierungen der Umweltbelastungen, sowie eine Verbesserung der Ökonomie durch geringere Verbrauchskosten und Hafengebühren.

Die Anlage soll mit schwefelarmem oder schwefelfreiem Diesel (Straßendiesel nach US-Norm, 15ppmw S bzw. XtL) betrieben werden, der in die vorhandenen Systeme passt und keine neuen Sicherheitsanforderungen stellt. Bei Verwendung von BtL (Biomass-to-Liquid, Biodiesel 2. Generation) kann eine CO2-neutrale Energiebilanz erreicht werden.

Das Aggregat soll konzeptionell geeignet sein, den sogenannten Hotelbetrieb an Bord einer Jacht, eines Forschungsschiffes oder ähnlichen Fahrzeugen allein oder gegebenenfalls im Verbund mit konventionellen Dieselaggregaten zu versorgen. Dabei ist sowohl das Aggregat in sich modular veränderbar als auch die Anzahl der Aggregate pro Schiff. Das im Projekt zu realisierende Aggregat soll 100 kWel leisten und dient als Demonstrator für größere Aggregate, deren Leistung durch Leistungsdichtensteigerung und Erhöhung der Modulzahlen auf eine Größe bis 500kWel ausbaufähig ist. Der im Projekt verfolgte Ansatz zu Prereforming des Dieselkraftstoffes ermöglicht in Kombination mit Hochtemperaturbrennstoffzellen die Erzielung besonders hoher elektrischer Gesamtwirkungsgrade oberhalb von 50%.

Mit der Weiterentwicklung vorhandener Komponenten zu einer hochseetauglichen Anlage wird für die deutsche Schiffbau- und Zulieferindustrie eine Technologie erschlossen, die die Erreichung der klimapolitischen Ziele der Bundesrepublik Deutschland für die Schiffahrt ermöglicht und derzeit noch ohne Konkurrenz im internationalen Wettbewerb ist. Zudem kann bei einer Nutzung der erprobten Technologien in entsprechenden Landanlagen biogener synthetischer Diesel (BtL) aus einheimischer Produktion verwendet werden, um die Anhängigkeit von Ölimporten zu reduzieren. Darüber hinaus ist die Anpassung an andere Brennstoffe (Erdgas, Alkohole) mit angemessenem Aufwand möglich.

 

Arbeitsziele des Projekts

Das Vorhaben soll folgende Teilziele erreichen:

  • Anpassung der Hochtemperatur-Brennstoffzelle des Typs SOFC von Topsoe Fuel Cell A/S an den Einsatz auf seegehenden Schiffen, die Versorgung mit Brenngas aus schifffahrtstauglichen Diesel-Brennstoffen und die Integration in ein Wechselstrombordnetzwerk
  • Entwicklung einer Reformierungsstufe für Dieselbrennstoffe, die die Abwärme der Brennstoffzelle nutzt
  • Entwicklung einer LiIon-Batterie, die die Unterschiede aus Stromangebot der Brennstoffzelle und Last des Bordnetzwerkes ausgleicht
  • Entwicklung einer übergeordneten Automation, die die Anlage an heutige Automationssysteme anbindet
  • Erarbeitung eines sicherheitstechnischen Konzeptes für den Entwurf und die Integration von Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Anlagen
  • Entwicklung eines dynamischen Modells des Systems, um eine modellbasierte Regelung realisieren zu können
  • Nachweis der stabilen Funktion des Prozesses und der Automation bei Betrieb auf See
  • Konstruktion eines modularen Aufbaus des Systems zur flexiblen Integration
  • Erarbeitung von Grundsätzen für die Integration in (Hilfs-) Maschinenräume und optimiertes Design der Maschinenschächte im Aufbaubereich
  • Exemplarische Anpassung der Hilfssysteme eines Schiffes von Blohm + Voss an die Integration der BZ-Anlage
  • Aufstellung eines Entwicklungsfahrplanes für kommerzielle Anlagen auf Basis der Auswertung der Versuchsphasen

 

Arbeitsaufgaben OWI

  • Überprüfung technische Machbarkeit
  • Konzepterstellung Prereformer Systemintegration / Wärmeintegration
  • Entwicklung und Erprobung Prereformer
  • Auslegung, Aufbau und Untersuchung Demonstrator

 

Projektpartner

  • Blohm + Voss Naval GmbH, Hamburg
  • Germanischer Lloyd AG, Hamburg
  • Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH, Kiel
  • Imtech Marine Germany GmbH, Kiel
  • Leibnitz Universität Hannover, Institut für Thermodynamik, Hannover
  • M&P Motion Control and Power Electronics GmbH, Dresden
  • OWI Oel-Waerme-Institut GmbH, Herzogenrath
  • Rörd Braren Bereederungs-GmbH & Co. KG, Kollmar

 

Projektförderung

Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW)

Unterstützt durch

Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Stadtentwicklung im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP)

 

Projektlaufzeit

Juli 2010 bis Dezember 2015