Brennstoffzelle unter Wasser: Wasserstoff-U-Boot fährt 2000 km am Stück
Ein autonomes U-Boot ist 385 Stunden am Stück unter Wasser geblieben und hat dabei mehr als 2000 km zurückgelegt. Angetrieben wurde es von einer Wasserstoff-Brennstoffzelle.
Das deutsche AUV Greyshark Foxtrot von Euroatlas und EvoLogics: Bis zu 16 Wochen Einsatzzeit dank Wasserstoff-Brennstoffzelle aus der Automobilindustrie.
Foto: picture alliance / ASSOCIATED PRESS | Ebrahim Noroozi
385 Stunden unter Wasser und mehr als 4000 Manöver: Der kanadische Hersteller Cellula Robotics hat sein autonomes Unterwasserfahrzeugs (AUV) „Envoy“ nach eigenen Angaben erfolgreich getestet. Angetrieben wurde das Fahrzeug während der 2023 km langen Mission von einer Wasserstoff-Brennstoffzelle.
Damit sind die Datenblattwerte des autonomen U-Bootes offiziell bestätigt; Cellula Robotics spricht davon, die eigenen Spezifikationen übertroffen zu haben. Die Mission zeigt, wie Brennstoffzellen auch unter Wasser eine Rolle spielen können: als Alternative zur Lithium-Ionen-Batterie.
Inhaltsverzeichnis
Wasserstoff statt Akku
Über Wasser steht die Brennstoffzelle in direkter Konkurrenz zur Batterie und verliert in vielen Anwendungen, insbesondere den Pkw, aber zunehmend auch Lkw. Akkus sind letztlich oft günstiger und leichter zu handhaben.
Unter Wasser ist es anders. Dauern Einsätze mehrere Tage oder Wochen, liegt die Brennstoffzelle vorne. Der Grund liegt in der gravimetrischen Energiedichte: Nach Standardwerten 1 kg Wasserstoff enthält rund 33 kWh chemische Energie, 1 kg Lithium-Ionen-Akku speichert rund 0,2 kWh. Auch, wenn man die Wirkungsgradverluste in der Brennstoffzelle abzieht, transportiert die Brennstoffzelle also deutlich mehr Energie pro Gewicht.
Für Cellulas Envoy-AUV ist diese Eigenschaft zentral. Der 8,5 m lange Tauchroboter wiegt 2,7 t und kann nach Herstellerangaben bis zu 15 Tage am Stück unter Wasser operieren. Das Fahrzeug gibt es auch mit Batterieantrieb, die Wasserstoff-Variante zielt aber auf jene Einsätze, bei denen Reichweite und Tauchdauer wichtig sind. Die Brennstoffzelle stammt vom US-Hersteller Infinity Fuel Cell and Hydrogen.
Cellula Envoy (Kanada)
- Maße: 8,5 m Länge, 2,7 t Gewicht.
- Endurance: bis zu 15 Tage submerged laut Herstellerangabe.
- Reichweite: 2.000 km laut Datenblatt; 2.023 km demonstriert im April 2026.
- Antrieb: wahlweise Wasserstoff-Brennstoffzelle (Infinity Fuel Cell) oder Lithium-Ionen-Akku.
- Zielmarkt: Defense, Offshore-Inspektion, ozeanografische Forschung. Zehn-Jahres-Vertrag mit BAE Systems seit 2024.
Wo Wasserstoff-AUVs eingesetzt werden
Die Anwendungsfelder sind zahlreich. Beispiele aus der Konstruktion und Forschung sind:
- Pipeline- und Kabelinspektionen
- bathymetrische Vermessungen vor Offshore-Wind-Anlagen und
- Wartungsarbeiten an Unterwasser-Infrastruktur.
- Erstellung geophysikalischer Messprofile
- Kartierung des Meeresbodens
- Detektion hydrothermale Quellen
Der größte Abnehmer ist allerdings der Rüstungssektor. Cellula Robotics hat 2024 einen mehrjährigen Rahmenvertrag mit BAE Systems geschlossen; Envoy und seine größere Schwester Guardian sollen in Kanada das Uncrewed Underwater Surveillance System bestücken.
Die Anwendungen sind offensichtlich: Lange autonome Tauchgänge ermöglichen verdeckte Aufklärung, Überwachung von Seerouten und – in Zeiten beschädigter Pipelines und durchtrennter Datenkabel – den Schutz kritischer Unterwasserinfrastruktur.
AUV in Deutschland
Auch in Deutschland schreitet die AUV-Entwicklung voran. Die Mittelständler Euroatlas und EvoLogics haben am 11. März 2026 im Ostsee-Hafen Damp die Brennstoffzellen-Variante ihres AUV Greyshark getauft, im Beisein des Maritimen Koordinators der Bundesregierung Christoph Ploß. Das System wird mit einer Brennstoffzelle aus der Automobilindustrie betrieben. Die Hersteller geben für die Foxtrot-Variante Reichweiten von über 8.000 Seemeilen – knapp 15.000 km – und Einsatzzeiten von bis zu 16 Wochen an. Operationsgebiet: Nord- und Ostsee, mit Fokus auf den Schutz von Pipelines, Datenkabeln und Offshore-Windparks.
Euroatlas/EvoLogics Greyshark Foxtrot (Deutschland)
- Maße: rund 8 m Länge, ab 3,5 t Gewicht.
- Endurance: bis zu 16 Wochen laut Herstellerangabe.
- Reichweite: über 8.000 Seemeilen, knapp 15.000 km bei 4 Knoten Marschgeschwindigkeit – rechnerischer Wert, Validierung in der Erprobung.
- Antrieb: PEM-Brennstoffzelle aus der Automobilindustrie.
- Zielmarkt: Schutz kritischer Unterwasserinfrastruktur, militärische Aufklärung in Nord- und Ostsee.
- Status: Taufe der Brennstoffzellen-Variante im März 2026 in Damp, Erprobung läuft.
Wasserstoff unter Wasser ist alles andere als eine neue Geschichte. Die deutsche U-Boot-Klasse 212A der Marine fährt bereits seit 2005 mit einem PEM-Brennstoffzellen-System als luftunabhängigem Antrieb. Mitgeführt werden reiner Sauerstoff und Wasserstoff in Großtanks. Das Konzept der bemannten 212A ist mit dem der autonomen AUVs nicht direkt vergleichbar, zeigt aber, dass die Idee der motorisierten Fortbewegung mit Wasserstoff unter Wasser nicht neu ist.
Das Problem mit dem Sauerstoff
So einfach wie an Land funktioniert der Brennstoffzellenantrieb im Tauchbetrieb allerdings nicht. Eine Brennstoffzelle benötigt zwei Reaktanden: Wasserstoff und Sauerstoff. Über Wasser nimmt die Zelle den Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Unter Wasser fällt diese Versorgung weg. Das AUV muss beide Gase mitführen – Wasserstoff in einem Tank, Sauerstoff in einem zweiten.
Das Problem: Hochdruck-Sauerstofftanks bei 30 oder 70 Megapascal Speicherdruck brauchen dickwandige Druckbehälter, um den hohen Drücken standzuhalten. Bei kleineren Tauchrobotern wird dadurch das Gewichts- und Volumenbudget so stark belastet, dass die Energiedichte des Gesamtsystems trotz Brennstoffzellenantrieb unter die einer Lithium-Ionen-Batterie fallen kann. Der Vorteil der Brennstoffzelle erodiert wegen der Notwendigkeit einer Sauerstoffzufuhr dort, wo sie ihn ausspielen sollte. AUVs wie Envoy, die auf eine lange Tauchdauer ausgelegt sind, haben deshalb meist eine erhebliche Größe.
Künstliche Kiemen aus Geesthacht
An dieser Stelle setzt eine Forschungsarbeit aus Norddeutschland an. Lucas Merckelbach und Prokopios Georgopanos vom Helmholtz-Zentrum Hereon in Geesthacht haben Anfang 2025 in der Fachzeitschrift Advanced Science ein Konzept vorgestellt, das die Sauerstoffversorgung über künstliche Kiemen löst.
Das Prinzip: Eine Polymermembran extrahiert Sauerstoff direkt aus dem Meerwasser und führt ihn der Brennstoffzelle zu. Damit entfällt der schwere Sauerstofftank. Stattdessen zirkuliert ein Luftstrom durch das System, der von der Membran kontinuierlich mit Sauerstoff aufgefrischt wird.
Künstliche Kieme – Forschung am Helmholtz-Zentrum Hereon
- Konzept: Eine Polymermembran extrahiert gelösten Sauerstoff direkt aus dem umgebenden Meerwasser und führt ihn der Brennstoffzelle zu.
- Vorteil: Wegfall des Hochdruck-Sauerstofftanks. Damit ließe sich die Energiedichte besonders für kleinere AUVs wie Ozeangleiter spürbar steigern.
- Stand: Grundlagenforschung. Veröffentlichung von Lucas Merckelbach und Prokopios Georgopanos in Advanced Science, Januar 2025.
- Offene Fragen: energetischer Aufwand der Sauerstoffextraktion und maximale Nachlieferrate aus dem Wasser.
Membran-Sauerstoffextraktion ist jedoch energetisch nicht trivial, und die Frage, wie schnell die Kieme den Sauerstoff aus dem Wasser nachliefern kann, entscheidet darüber, ob die Brennstoffzelle ihre volle Leistung abrufen kann. Aber das Konzept zeigt eine plausible Entwicklungsrichtung: „Atmende“ Brennstoffzellen-AUVs müssten dank ihrer Kiemen nicht zwangsläufig drei Tonnen wiegen.
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