Wasserstoff-Antrieb aus Ulm: Dieser Brennstoffzellen-Stack für Schiffe ist der größte der Welt
Ein Forschungsinstitut aus Ulm hat nach eigenen Angaben den weltweit größten Wasserstoff-Brennstoffzellen-Stack für Schiffe entwickelt. Was bringt der Rekord für die Energiewende auf hoher See?
Der maritime PEM-Brennstoffzellen-Stack des ZSW auf dem Teststand in Ulm.
Foto: ZSW / Elvira Eberhardt
Die Suche nach einem emissionsfreien Antrieb für die Schifffahrt geht in die nächste Runde. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat in Ulm den nach eigenen Angaben weltweit größten PEM-Brennstoffzellen-Stack entwickelt und erfolgreich getestet.
Nach den PEM-Brennstoffzellen im Projekt MiNaMi und dem Wasserstoff-Verbrenner von Everllence kündigt sich also der nächste Schritt in Richtung maritimer Wasserstoffnutzung an. Doch reicht die Ulmer Innovation, um Containerschiffe emissionsfrei über die Meere zu bringen?
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Warum Brennstoffzellen noch nicht seetauglich sind
Der maritime Verkehr verursacht laut der International Maritime Organization (IMO) knapp 3 % der weltweiten Treibhausgasemissionen. Eine Dekarbonisierung tut not, doch große Frachtschiffe lassen sich kaum mit Batterien elektrifizieren. Deren Energiedichte reicht nicht für lange Strecken; die Batterien müssten in Größen und Gewichtsklassen geliefert werden, die für Schiffe nicht praktikabel sind. Außerdem wären die Ladezeiten extrem lang. Wasserstoff-Brennstoffzellen gelten deshalb als möglicher Alternativantrieb: Sie wandeln Wasserstoff und Sauerstoff direkt in Strom um, wobei nur Wasser als Nebenprodukt entsteht.
Das Problem: Die meisten PEM-Brennstoffzellen-„Stacks“ – also Stapel einzelner Brennstoffzellen, die zusammen Strom erzeugen – wurden für den Automobilbereich entwickelt. Ihre Leistung liegt typischerweise unter 200 kW. Für einen Schiffsantrieb müssten viele solcher Stacks zu hohen Kosten parallel verschaltet werden, was unter anderem zu aufwendiger Verkabelung, separaten Kühlkreisläufen und komplizierter Wartung führt. Je mehr Einzelkomponenten installiert sind, desto höher werden Platzbedarf und Ausfallrisiko. Das ZSW will daher einen anderen Weg gehen.
Der Ansatz: Die Einzelzelle vergrößern
Statt viele Stacks zu kombinieren, will das ZSW-Team den einzelnen Stack selbst hochskalieren. Dreh- und Angelpunkt dieser Entwicklung ist die Bipolarplatte, jene Komponente, die die Reaktionsgase Wasserstoff und Sauerstoff über die Zellfläche verteilt und für die Kühlung sorgt.
Die Ulmer Forscher haben die aktive Fläche pro Zelle nach eigenen Angaben auf über 1.300 cm² vergrößert. Zum Vergleich: Im Automobilbereich sind 300 bis 500 cm² üblich. „Mit diesem großen Stack-Design zeigen wir, dass emissionsfreie Schifffahrt – künftig mit grünem Wasserstoff – technisch machbar und wirtschaftlich attraktiv ist“, erläutert ZSW-Vorstandsmitglied Prof. Dr. Markus Hölzle in einer Pressemitteilung.
Abkehr vom Edelstahl
Für die extra großen Bipolarplatten setzt das ZSW auf Graphit, eine kristalline Form von Kohlenstoff, die unter anderem in Bleistiftminen steckt. Bislang war Edelstahl die Regel. Edelstahlplatten lassen sich ab einer gewissen Größe jedoch nicht mehr ausreichend plan fertigen, erklärt das ZSW. Sie verziehen sich. Graphit bleibe dagegen auch bei großen Flächen formstabil. Die Kehrseite: Graphit ist dicker und schwerer als Edelstahl. Doch in der Schifffahrt, wo Platz weniger knapp ist als im Pkw, sei das weniger problematisch.
Besonders anspruchsvoll war die Kühlung der neuen Bipolarplattengeneration: Je größer die aktive Fläche, desto mehr Abwärme entsteht. Diese muss dann umso gleichmäßiger abgeführt werden. Die feinen Kanäle in den Platten, durch die Wasserstoff und Kühlmittel strömen, hat das ZSW deshalb in zahlreichen Schleifen mittels CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics, Strömungssimulationen) optimiert.
Was der Demonstrator zeigt
In seinem Brennstoffzellentestzentrum HyFaB hat das Team einen ersten Kurzstack mit 15 Zellen aufgebaut und getestet. Mit rund 25 kW Leistung bei einem Strom von über 3000 A sei dieser stabil gelaufen, ohne zu überhitzen.
Hochgerechnet auf einen Vollstack mit 300 Zellen entspräche das einer Leistung von 500 kW – das Zweieinhalbfache dessen, was aktuelle Automotive-Stacks leisten. Wohlgemerkt befindet sich diese Leistung in einem einzigen Stack, ohne fehleranfällige Parallelverschaltung. Damit wäre der Stack aus Ulm laut den Entwicklern der bislang leistungsfähigste weltweit. Das ZSW hält die Skalierung für realisierbar, umgesetzt hat es sie aber noch nicht.
Wo stehen andere?
Einen anderen Ansatz verfolgt das im Februar 2026 gegründete Konsortium MiNaMi: Dort werden viele herkömmliche, kleinere Stacks zu einem Gesamtsystem mit über 10 MW kombiniert. Das würde reichen, um ein großes Schiff anzutreiben. Das ZSW setzt dagegen darauf, den einzelnen Stack selbst leistungsfähiger zu machen. Letztlich könnten sich beide Ansätze sogar ergänzen.
Auf der anderen Seite steht exemplarisch der Augsburger Maschinenbauer Everllence (vormals MAN Energy Solutions). Die Ingenieure wollen Wasserstoff hier gar nicht per Brennstoffzelle elektrochemisch umwandeln, sondern klassisch verbrennen. Die zugrundeliegende Technik gilt als robust und ist in der Schifffahrt seit Jahrzehnten erprobt, besitzt allerdings einen niedrigeren Wirkungsgrad und führt zu Stickoxid-Emissionen.
Kommt nun die Energiewende auf hoher See?
Das ZSW präsentiert den Stack vom 20. bis 24. April auf der Hannover Messe. Das Institut sieht Potenzial nicht nur in der Schifffahrt, sondern auch in der stationären Rückverstromung von Wasserstoff. Also überall dort, wo einzelne Stacks bisher nicht genug Leistung liefern.
Was bringt der Rekord also für die Energiewende auf hoher See? Allein wird ein 500-kW-Stack kein Containerschiff antreiben. Aber er könnte die Basis dafür bilden, dass maritime Brennstoffzellensysteme künftig mit weniger Komponenten, weniger Komplexität und geringeren Kosten auskommen.
Die Wasserstoff-Projekte für die Schifffahrt der letzten Wochen – MiNaMi, Everllence und Ulm – zeigen, dass die Suche nach Alternativen zum Schweröl voranschreitet. Vom Teststand bis zum Maschinenraum ist es in allen Fällen noch ein weiter Weg, aber die Forscherinnern und Forscher haben den Kurs gesetzt.
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