Schiffsverkehr 20.08.2021, 07:01 Uhr

Brennstoffzellen speichern CO2: Weniger Emission im Schiffsverkehr

Fracht- und Tankschiffe sind nur für einen Bruchteil der CO2-Emissionen verantwortlich. Trotzdem ist es sinnvoll, auch in diesem Verkehrssegment die Emissionen zu senken. Forschende der Northwestern University, Illinois, haben das nun durch den Einsatz einer Festoxidbrennstoffzelle geschafft.

Containerschiff auf See

Forschende der Northwestern University, Illinois, USA, haben ein Verfahren entwickelt, um CO2-Emissionen im Schiffsverkehr zu senken.

Foto: Panthermedia.com/Igor-SPb

In unserer globalisierten Welt gehören Fracht- und Tankschiffe ganz selbstverständlich dazu. Ohne sie wäre der weltweite Handel, der Austausch von Waren und der Transport von Gütern zwischen einzelnen Kontinenten kaum möglich. Genauso wie Autos, Lkw und Busse scheiden sie klimaschädliches Kohlendioxid aus. Auch wenn ihr Anteil an den CO2-Emissionen nur 3% beträgt, beschäftigten sich Forschende damit, genau diese zu senken. Containerschiffe benötigen bis zu 250 Tonnen Treibstoff pro Tag und stoßen pro Jahr rund eine Gigatonne CO2 aus.

Aufgrund der extrem langen Strecken, die sie zurücklegen, scheint eine Umstellung auf reinen Elektroantrieb in absehbarer Zeit nicht realisierbar zu sein. Konventionelle kohlenstoffbasierte Kraftstoffe werden aus dem Schiffverkehr so schnell nicht verschwinden. „Einige Tankschiffe benötigen so viel Treibstoff, dass sie damit die Welt umrunden könnten. Das gehört für sie zum Alltag“, sagt Scott A. Barnett von der Northwestern University in Illinois, USA, und leitender Autor der Studie. „Wir haben berechnet, dass ein Batteriepack für einen Langstreckentanker mehr Platz in Anspruch nähme als das Schiff böte. Auch ein Wasserstofftank wäre zu groß. Deshalb ist aus unserer Sicht der beste Weg, Schiffe CO2-neutral zu machen, dieses an Bord zu speichern“, so der Experte für Festoxid-Brennstoffzellen und Professor für Materialwissenschaften und -technik an der McCormick School of Engineering.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Albert Handtmann Elteka GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Laboringenieur (m/w/d) Albert Handtmann Elteka GmbH & Co. KG
Biberach an der Riß Zum Job 
Ruhr-Universität Bochum-Firmenlogo
Dipl.-Ingenieur*in Fachrichtung Elektrotechnik (FH) oder vergleichbar (m/w/d) Ruhr-Universität Bochum
Bundeswehr-Firmenlogo
Ingenieur/in (m/w/d) Informatik/Elektrotechnik Bundeswehr
keine Angabe Zum Job 
Stadtwerke Norderstedt-Firmenlogo
Planungsingenieur:in als Teamleiter:in (m/w/d) Infrastrukturausbau Stadtwerke Norderstedt
Norderstedt Zum Job 
Bundeswehr-Firmenlogo
Ingenieurin/Ingenieur (m/w/d) Bundeswehr
keine Angabe Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleitung (w/m/d) Bau, Baugrund- und Baustoffprüfung Die Autobahn GmbH des Bundes
Klinger und Partner GmbH-Firmenlogo
Projektleiter Tiefbau und Straße (m/w/d) Klinger und Partner GmbH
Stuttgart Zum Job 
SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG-Firmenlogo
System Engineer für Entwicklungsprojekte (all genders) SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG
Hamburg Zum Job 
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Energietechnik Smart Grid (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Hardware (all genders) SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG
Hamburg Zum Job 
SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Testingenieur Software für Entwicklungsprojekte (all genders) SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG
Hamburg Zum Job 
Panasonic Industrial DevicesEurope GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) in der industriellen Hardwareentwicklung Panasonic Industrial DevicesEurope GmbH
Lüneburg Zum Job 
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur (w/m/d) Bauwesen Deponietechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Berlin, Homeoffice möglich Zum Job 
Stadtwerke Görlitz AG-Firmenlogo
Referent Netztechnik (m/w/d) Stadtwerke Görlitz AG
Görlitz Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Architekt / Ingenieur im Hochbau (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes, Niederlassung Südbayern-Firmenlogo
Mitarbeiter für die Straßenbaubehörde (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes, Niederlassung Südbayern
Kempten (Allgäu) Zum Job 
HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst-Firmenlogo
Leitung (m/w/d) des Gebäudemanagements HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst
Hildesheim Zum Job 
WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Planung / Bau Wärme WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH
Wuppertal Zum Job 
WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH-Firmenlogo
Leitender Ingenieur (m/w/d) Planung / Bau Wärme WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH
Wuppertal Zum Job 
WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Planung / Bau Wärme WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH
Wuppertal Zum Job 

Zwei-Kammer-Prinzip – eine für den Brennstoff und eine speichert CO2

Die Idee von Barnetts Team: ein Lagertank mit zwei Kammern. Die eine Kammer speichert den kohlenstoffbasierten Kraftstoff. Der Brennstoff zirkuliert durch die Brennstoffzelle und erzeugt Energie. Dabei entsteht CO2 als Abfallprodukt, das komprimiert und in die zweite Kammer geleitet wird. Die Trennwand zwischen den beiden Kammern ist von den Forschenden als bewegliches Element geplant. Dadurch ist es möglich, je nach Bedarf eine der Kammern zu vergrößern. Sollte also das Volumen in der Brennstoffkammer sinken, bleibt mehr Platz für das entstehende CO2.

So könnte die Schifffahrt endlich nachhaltig werden

„Die Festoxid-Brennstoffzelle ist eine gute Basis, weil sie den Brennstoff mit reinem Sauerstoff verbrennt und darauf konzentriertes CO2 entsteht. Das lässt sich gut lagern“, erklärt Travis Schmauss, Erstautor der Studie. „Wenn wir den Kraftstoff nur mit Luft verbrennen würden, wäre er stark mit Stickstoff verdünnt und würde zu viel Volumen einnehmen, wenn man dies speichern wollte. Erst die Möglichkeit, das CO2 zu komprimieren, bringt es in dieselbe Größenordnung wie den Kraftstoff. “

Brennstoffzelle lässt sich einfach integrieren

Der Vorteil dieser Lösung: Sie lässt sich relativ einfach an Bord der Schiffe integrieren und mit den bestehenden Technologien kombinieren. Man müsse nur den Kraftstofftank durch den Doppelkammerbehälter ersetzen und CO2-Kompressoren einbauen. Natürlich brauche es an Bord eine Infrastruktur, die das CO2 speichere, bis es abgeladen werden kann, oder nutze, schreiben die Forscher. Deshalb hat das Team um Scott A. Barnett den Doppelkammer-Lagertank bereits zum Patent angemeldet.

Setzt man bei Containerschiffen, die nun mal lange Strecken zurücklegen müssen, zum Beispiel noch Biokraftstoffe wie Ethanol ein, wäre es mit diesen CO2-bindenden Festoxid-Brennstoffzellen möglich, den Schiffsverkehr CO2-neutral zu gestalten. Denn nachdem das Schiff den Kraftstoff verbraucht hat, wird das abgeschiedene CO2 vom Schiff abgeladen, danach entweder unterirdisch gespeichert oder zur Produktion erneuerbarer Kraftstoffe verwendet – beispielsweise zu einem aus Kohlenwasserstoff.

Das Prinzip ist auch für andere Fahrzeuge denkbar

Das Verfahren ist nach Ansicht der Forschenden auch für Fahrzeuge geeignet, die kürzere Strecken zurücklegen. Bei den meisten dieser Fahrzeugtypen seien schon Batterie- und Wasserstoff-Brennstoffzellen im Einsatz. Dann sei ein CO2-neutraler Range-Extender eine passende Alternative.

Ein wenig Bedenken hat der Experte für Festoxid-Brennstoffen: „Es könnte sein, dass es für die Menschen schwieriger ist, diese Lösung als wirklich klimafreundlich zu betrachten. Schließlich werden weiterhin konventionelle, kohlenstoffbasierte Kraftstoffe eingesetzt“, gibt er zu bedenken. „Doch schaut man bei Wasserstoff-Brennstoffzellen und Elektrofahrzeugen einmal genauer hin, sind viele in der Realität gar nicht so klimafreundlich.“ Vor allem dann nicht, wenn der Strom, mit dem sie fahren, aus Kohle gewonnen werde, oder der Wasserstoff, mit dem sie betrieben werden, aus Erdgas hergestellt werde. Bei beiden Verfahren entsteht viel CO2.

Mehr zum Thema Schifffahrt:

Ein Beitrag von:

  • Nina Draese

    Nina Draese hat unter anderem für die dpa gearbeitet, die Presseabteilung von BMW, für die Autozeitung und den MAV-Verlag. Sie ist selbstständige Journalistin und gehört zum Team von Content Qualitäten. Ihre Themen: Automobil, Energie, Klima, KI, Technik, Umwelt.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.