Optimierung und Demonstration eines wasserstoffbasierten Energiesystems
Wasserstoffbasierte Energiesysteme
Forschungsprojekt: Ludwig Prandtl (LP) II Coriolis
Das Forschungsschiff Coriolis, das auf der Hitzler-Werft gebaut wird, wird Küstenforschung in der Nord- und Ostsee betreiben und verfügt über ein innovatives Wasserstoff-Antriebssystem. Zu diesem System gehört ein Wasserstofflabor, das in Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Maritime Energiesysteme und HEREON entwickelt wurde. Es bietet Vorteile wie einen moderaten Druck und eine moderate Temperatur sowie ein flexibles Tankdesign, das die Stabilität des Schiffes und die Raumnutzung unterstützt. Das LP II-Projekt zielt darauf ab, das Brennstoffzellen- und Metallhydridtanksystem unter realen Bedingungen zu untersuchen, Energiemanagementstrategien zu entwickeln und Algorithmen zur vorausschauenden Wartung zu erstellen.
Das Forschungsschiff Coriolis, dessen Bau derzeit auf der Hitzler Werft in Lauenburg erfolgt, stellt einen Neubau des Helmholtz-Zentrums Hereon dar. Sein Einsatzgebiet sind Küstengebiete der Nord- und Ostsee. Das Schiff wird mit einem innovativen, neuartigen Antriebskonzept ausgestattet sein. In Kooperation mit dem DLR Institut für Maritime Energiesysteme wurde ein Wasserstoffsystemlabor (H2SL) konzipiert, dessen Betrieb durch HEREON und das DLR Institut nach Inbetriebnahme des Schiffes aufgenommen werden soll. Ziel ist die Generierung wertvoller Betriebsdaten und Erfahrungen. Das H2SL umfasst eine LT-PEM-Brennstoffzelle sowie ein Metallhydridspeichersystem für Wasserstoff. Die Abwärme des Kühlwassers der Brennstoffzelle wird genutzt, um den Wasserstoff aus dem Speicher zu desorbieren. Die Brennstoffzelle mit einer elektrischen Ausgangsleistung von 100 kW wird in Kombination mit der Bordbatterie in der Lage sein, das Schiff in verschiedenen Betriebsarten emissionsfrei zu betreiben.
Im Vergleich zur Speicherung von Wasserstoff in flüssiger oder komprimierter Form bieten Metallhydride verschiedene Vorteile. Ein wesentlicher Vorteil besteht in den vorherrschenden moderaten Drücken und Temperaturen. Zudem kann die Form des Tankspeichers sehr flexibel gestaltet werden, sodass eine Anpassung des Lagertanks an die Struktur eines Schiffes möglich ist. Dies kann positive Effekte in Bezug auf die Raumnutzung oder die Schiffsstabilität zur Folge haben. Im Hinblick auf die von der IMO verfolgten Ziele zur Reduzierung von Treibhausgasen stellen innovative Segeltechnologien eine vielversprechende Möglichkeit zur Verringerung von Emissionen dar. Die auf den Schiffsrumpf einwirkenden Segelkräfte sind dabei deutlich höher als das Gewicht des Schiffsschwerpunkts. Um eine zu starke Krängung des Schiffsrumpfes zu verhindern, ist in der Regel die Integration großer Mengen an Ballastwasser im Rumpf erforderlich. Die Integration von Metallhydridtanks ermöglicht die Substitution der unnötigen Ballastmasse durch ein nützliches Speichersystem für Wasserstoff als alternativen Kraftstoff.
Das Ziel des LP II-Projekts ist die Untersuchung eines gekoppelten Systems aus Brennstoffzelle und Metallhydridtank unter realen Einsatzbedingungen. Darüber hinaus werden neuartige Energiemanagementkonzepte entwickelt, um die Effizienz des Gesamtsystems durch eine intelligente Verteilung der Lasten auf Verbrennungsmotor, Brennstoffzelle und Batterie zu maximieren. Des Weiteren wird das DLR Institut für Maritime Energiesysteme auf Basis der umfassenden Betriebsdaten vorausschauende Wartungsstrategien und Algorithmen für digitale Zwillinge entwickeln.
