Kreuzfahrten erfreuen sich weltweit steigender Beliebtheit. Immer mehr gerät bei den Kreuzfahrern neben dem Vergnügen an Bord auch der Umweltschutz in den Fokus. Kreuzfahrtschiffe fahren bekanntlich nicht nur von Hafen zu Hafen: Als echte schwimmende Hotels mit mehreren hundert – oft gar mehreren Tausend – Passagieren verbrauchen sie viel Energie für Heizung, Strom, Klimaanlage und viele andere Aspekte des Lebens an Bord. Um sie umweltfreundlicher zu machen, hat Francesco Baldi, Forscher in der Industrial Process and Energy Systems Engineering Group (IPESE) der EPFL an der ETH Lausanne zusammen mit Kollegen eine neue Lösung entwickelt.
“Es ist einfacher, den Energieverbrauch eines Handelsschiffes zu senken, da fast die gesamte Energie für den Antrieb verwendet wird, im Gegensatz zu einem Kreuzfahrtschiff, das einen unterschiedlichen Energiebedarf hat”, sagt Baldi. “Meine Arbeit konzentrierte sich auf die Reduzierung der CO2-Emissionen, zunächst durch die Optimierung der einzelnen Schiffssysteme und des Designs des Bootes selbst, um die Effizienz zu verbessern.” Diese ersten Bemühungen führten zu einer potenziellen Reduzierung der CO2-Emissionen um 6-10 % für ein dieselbetriebenes Kreuzfahrtschiff.
Wasserstoff-Brennstoffzellen sind für Kreuzfahrtschiffe nicht geeignet
Obwohl vielversprechend, reichte dies Baldi nicht aus, weshalb er Alternativen zu Dieselmotoren in Betracht zog. In einem Gemeinschaftsprojekt mit der Aalto University in Finnland untersuchte er den Einsatz von Brennstoffzellen auf einem Schiff. Dies erforderte, dass er sich den besonderen Herausforderungen stellte, die sich beim Segeln über Tausende von Kilometern gleichzeitig stellen. “Man muss genügend Energie an Bord speichern, ohne zu viel Platz einzunehmen. Wasserstoff-Brennstoffzellen sind nicht geeignet, da die Speicherung von Energie für weite Strecken eine riesige Menge Platz einnehmen würde – etwa ein Drittel der Schiffskapazität -, was für ein Kreuzfahrtschiff nicht realistisch ist”, sagt Baldi.
Speichern von überschüssiger Energie
Obwohl sie hohe Temperaturen benötigen, um zu funktionieren und bis zu 20 Stunden zum Einschalten benötigen, erweisen sich Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) als gut geeignet für Schiffe. Lediglich die überschüssige Energie, die sich aus der ständigen Nutzung ergibt, musste genutzt werden, was angesichts der langen Anlaufzeiten notwendig ist. Hier setzte Baldi an: Seine Idee war es, mit einem an der EPFL entwickelten System ungenutzte Energie in Wasserstoff umzuwandeln, der dann gespeichert wird. Die daraus resultierenden, für Schiffe maßgeschneiderten Brennstoffzellen könnten so entweder Strom erzeugen, der an Bord verbraucht wird, oder Wasserstoff für die spätere Nutzung speichern. Dieses Konzept eignet sich laut Baldi besonders gut für Kreuzfahrtschiffe.
Einer der Vorteile der Brennstoffzelle ist, dass sie nur CO2 und Wasser produziert, im Gegensatz zu einem Dieselmotor, der auch andere Schadstoffe wie Stickoxide und Partikel produziert. Brennstoffzellen erzeugen Strom durch eine chemische Reaktion. Damit sind sie deutlich umweltfreundlicher als fossile Kraftstoffe – und auch effizienter: Die an der EPFL entwickelten Brennstoffzellen haben einen Wirkungsgrad von 75% gegenüber weniger als 50% für den effizientesten Dieselmotor erreicht.
Problem: Festoxid-Brennstoffzellen sind teuer wie herkömmliche Motoren
Der einzige Nachteil ist, dass die Brennstoffzellen zehnmal so viel kosten wie ein herkömmlicher Motor. “Aber die Preise werden sinken, wenn die Nachfrage steigt. Außerdem sind die langfristigen Kosten nur 20-30% höher als bei einem herkömmlichen Motor, und die Entscheidung für diese sauberere Kraftstoffart wird das Image der Schiffsbetreiber verbessern.” Da es in diesem Bereich keine Vorschriften gibt, sieht Baldi auch das Potenzial für Europa, wo die meisten Kreuzfahrtschiffe gebaut werden, einen Teil der Kosten zu übernehmen, um die Ausrüstung von Schiffen mit Brennstoffzellen anzuregen. “Dieser Ansatz, der für Solarmodule funktioniert, könnte Kreuzfahrtschiffen helfen, ihre Umweltverschmutzung in Zukunft deutlich zu reduzieren”, sagt Baldi.
