Nautische Festoxid-Brennstoffzellen: Erprobung und Demonstration
Brennstoffzellen in der maritimen Forschung
Forschungsprojekt: HELENUS
Das HELENUS-Projekt erprobt eine 500 kW Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) auf einem Kreuzfahrtschiff der MSC World Europa-Klasse. Diese SOFC wird vollständig in die Schiffskonstruktion integriert sein und sowohl Strom als auch Wärme erzeugen, was zu einer erheblichen Kraftstoffeinsparung im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren führt. Das DLR koordiniert das HELENUS-Projekt und ist zudem für das Projektmanagement und die Verbreitung der Forschungsergebnisse verantwortlich.
Projektlaufzeit: Juli 2022 - Juni 2027
Das Projekt HELENUS wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) koordiniert. Das Ziel des Projekts besteht in der Entwicklung und Demonstration eines hocheffizienten, emissionsarmen 500-kW-Festoxid-Brennstoffzellensystems (SOFC) auf einem großen Kreuzfahrtschiff. Diese TRL-7-SOFC fungiert als Modell für die Konzeption zukünftiger 20-MW-Systeme. Im Modus der Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt das System Strom und Wärme mit einer Effizienzsteigerung von bis zu 23 Prozent. Des Weiteren wird im Rahmen des Projekts HELENUS die Kraftstoffflexibilität von SOFCs mit erneuerbaren Kraftstoffen über verschiedene maritime Kreisläufe und Anwendungen hinweg demonstriert. Die Kooperation der Projektpartner wird die Weiterentwicklung der klimaneutralen Schifffahrt fördern.
Maritime Anwendungen für SOFC-Systeme im Projekt HELENUS
Die maritime Industrie ist für 90 % des Welthandels und 2,5 % der weltweiten Treibhausgasemissionen sowie für 13 % der Verkehrsemissionen der EU verantwortlich. Um diesem Problem entgegenzuwirken, strebt die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 50 % bis 2050 gegenüber dem Stand von 2008 an. Die von der Europäischen Kommission ins Leben gerufene Initiative Fit for 55 verfolgt noch ehrgeizigere Ziele. Bis 2030 soll eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 55 % gegenüber dem Niveau von 1990 erreicht werden, bis 2050 sogar um 90 %. Um die genannten Ziele zu erreichen, ist die Implementierung fortschrittlicher Energietechnologien, erneuerbarer Kraftstoffe sowie von Energiesparmaßnahmen, wie beispielsweise die Elektrifizierung an Bord, erforderlich.
Im Rahmen des HELENUS-Projekts wird die Entwicklung einer 500-kW-Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) für ein Kreuzfahrtschiff der MSC World Europa-Klasse vorangetrieben. Diese ist in der Lage, sowohl Strom als auch Hochtemperatur-Wärme zu erzeugen. Das Projekt strebt an, den Technology Readiness Level (TRL) 7 zu erreichen, wobei weitere Feldtests geplant sind, um TRL 8 zu erzielen. Im Falle eines erfolgreichen Projektverlaufs wäre eine Skalierung der Technologie auf bis zu 20 MW denkbar. Im Vergleich zu aktuellen Systemen, die ausschließlich auf Verbrennungsmotoren (ICEs) basieren, könnten Kraftstoffeinsparungen von über 23 % realisiert werden. Des Weiteren wird im Rahmen des Projekts die Skalierbarkeit der SOFC-Technologie auf 10 MW und mehr demonstriert, wobei Anwendungen in Bagger- und Offshore-Schiffen untersucht werden. Im Rahmen des Projekts wird die Kraftstoffflexibilität des SOFC-Systems mit kohlenstoffarmen Schiffskraftstoffen getestet, um die Widerstandsfähigkeit für die zukünftige Energiewende zu gewährleisten.
Das DLR übernimmt die Koordination des Projekts HELENUS, ist für das Projektmanagement zuständig und trägt die Verantwortung für die Publikation der Forschungsergebnisse. Innerhalb des Teilprojekts AP3 ist das DLR für die Modellierung sowie die Entwicklung von Algorithmen zuständig. Des Weiteren obliegt dem DLR die Leitung von WP4, wobei in dessen Labor ein 100-kW-SOFC-System über verschiedene maritime Arbeitszyklen hinweg und unter Verwendung erneuerbarer Kraftstoffe demonstriert wird.
Das HELENUS-Konsortium vereint ein breites Spektrum an Projektbeteiligten, von der Technologieentwicklung bis hin zur Marktanwendung, mit dem Ziel, Innovation und Kommerzialisierung voranzutreiben. Das Projekt ebnet den Weg in eine dekarbonisierte maritime Zukunft, fördert Innovationen und steigert die Wettbewerbsfähigkeit der maritimen Industrie der EU erheblich.
Hochskalierung der Festoxid-Brennstoffzellensysteme
Kommerzialisierung von SOFC-Produkten mit einer Leistung von mehreren Megawatt für den Einsatz auf See, einschließlich Schiffsneubauten.
Ausweitung des Einsatzes der SOFC-Technologie in anderen Formen des Wassertransports, einschließlich der Binnen- und Hochseeschifffahrt.
die Umstellung des maritimen Sektors auf erneuerbare und kohlenstoffneutrale Kraftstoffe zu beschleunigen und so die Dekarbonisierung zu erleichtern.
eine solide technologische Grundlage für Klassifikationsgesellschaften zu entwickeln, um Klassenregeln für die Integration von SOFC-Systemen auf großen Schiffen zu erstellen und zu bewerten.
eine solide technologische Grundlage für politische Entscheidungsträger, Aufsichtsbehörden und Klassifikationsgesellschaften zu schaffen, um geeignete Vorschriften zur Förderung der Einführung sauberer Energiesysteme zu erlassen.
die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen maritimen Industrie durch die Förderung der Entwicklung und Einführung sauberer Antriebstechnologien zu sichern.
einen Bedarf an neuen qualifizierten Arbeitsplätzen für den Betrieb von SOFC-Systemen auf Schiffen und in Häfen zu schaffen.
Vollständige Integration von SOFC in den Maschinenbereich an Bord des Kreuzfahrtschiffes
Das HELENUS-Projekt erprobt eine 500 kW Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) auf einem Kreuzfahrtschiff der MSC World Europa-Klasse. Diese SOFC wird vollständig in die Schiffskonstruktion integriert sein und sowohl Strom als auch Wärme erzeugen, was zu einer erheblichen Kraftstoffeinsparung im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren führt.
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Das HELENUS-Projekt erprobt eine 500 kW Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) auf einem Kreuzfahrtschiff der MSC World Europa-Klasse. Diese SOFC wird vollständig in die Schiffskonstruktion integriert sein und sowohl Strom als auch Wärme erzeugen, was zu einer erheblichen Kraftstoffeinsparung im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren führt.
Das HELENUS-Projekt wurde mit Mitteln aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon Europe unter der Finanzhilfevereinbarung 101056784 gefördert.
