Forscher des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS haben einen auf Methanol basierenden Wasserstoffantrieb für Schiffe entwickelt. Das Ende vergangenen Jahres abgeschlossene EU-Projekt „HyMethShip“ nutzte dabei Methanol als sicheren und emissionsfreien Wasserstoffträger, heißt es in einer Mitteilung des Fraunhofer IKTS.
Anstatt einen risikobehafteten und teuren Spezialdruckbehälter für Wasserstoff mitzuführen, tanken die Schiffe in dem Pilotprojekt flüssiges Methanol im Hafen und nutzen den daraus durch Dampfreformierung gewonnenen Wasserstoff in herkömmlichen Verbrennungsmotoren von Schiffen. Die neue Technik bietet nach Ansicht der Forscher zwei große Vorteile: „Der Schiffsantrieb ist nahezu vollkommen emissionsfrei, zugleich benötigt man keine großen und potenziell gefährlichen Wasserstofftanks“, erläuterte Benjamin Jäger von der Abteilung Katalyse und Materialsynthese am Fraunhofer IKTS.
Die eingebauten Keramik-Membranen im Modul für einen Reaktor trennen den Wasserstoff vom Kohlenstoffdioxid. Foto: IKT
Methanol hat sich laut Jäger im Testbetrieb als „idealer Wasserstoffträger“ erwiesen. Denn neben dem gefahrlosen und selbst im Falle eines Lecks nicht die Umwelt belastenden Transport weist Methanol im Vergleich zu verflüssigtem Wasserstoff eine doppelt so hohe Energiedichte auf. Aus dem Grund fallen die Tanks an Bord der Schiffe nur halb so groß wie Wasserstofftanks aus.
Kohlenstoff-beschichtete Keramik-Membran
Um mittels Dampfreformierung aus dem getankten Methanol Wasserstoff zu gewinnen, wird es zunächst mit Wasser gemischt und anschließend durch Zufuhr von Wärme verdampft. Ein vorgeheizter Reaktor wandelt dann das Methanol-Wasser-Dampfgemisch in Wasserstoff und CO2 um. Zur Abtrennung des Wasserstoffs kommt hierbei eine vom Fraunhofer IKTS weiterentwickelte Membran-Verfahrenstechnik zum Einsatz: Eine mit Kohlenstoff beschichtete Keramikmembran mit sehr feinen Poren lässt die kleinen Wasserstoffmoleküle durch und hält die größeren CO2-Gasmoleküle zurück.
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Der so gewonnene Wasserstoff erreicht einen Reinheitsgrad von mehr als 90 Prozent. Als besondere Herausforderung stellte sich in dem Projekt die Skalierung dieses Verfahrens für hohe Antriebsleistungen von Schiffsmotoren heraus. Die Fraunhofer-Wissenschaftler haben die ursprünglich 105 Millimeter lange Membran auf eine Länge von 500 Millimeter vergrößert und damit eine Motorleistung von bis zu 1 Megawatt (umgerechnet 1369 PS) erzielt. Sie beabsichtigen, die Technik für Antriebsleistungen von über 20 MW (27.000 PS) hochzuskalieren.
Für Fähren und Kreuzfahrtschiffe geeignet
Der methanolbasierte Antrieb würde sich laut Fraunhofer IKTS insbesondere für Fähren anbieten, die zwischen zwei mit Methanol-Tankstationen ausgestatteten Häfen pendeln. Sie wäre aber auch für Container- und Kreuzfahrtschiffe denkbar.
In dem von der EU mit mehr als 8,4 Mio. Euro geförderten Projekt „HyMethShip“, deren Gesamtkosten sich auf knapp 9,3 Mio. Euro beliefen, arbeitete das Fraunhofer IKTS mit einem Dutzend Partnern. Das Institut erhielt mit mehr als einer Million Euro den zweithöchsten Förderanteil. Projektkoordinator war das österreichische Start-up Large Engines Competence Center (LEC) aus Graz. Es erhielt mit etwa vier Millionen Euro fast die Hälfte der Fördermittel und baute damit eine Testanlage auf.