Emissionsfreie Hochseeschifffahrt: Grazer Forscher übernehmen europaweit das Steuer

15.9.2018 Ein Paukenschlag gegen verkehrsbedingte Luftverschmutzung: Minus 97 Prozent Treibhaus-gasemissionen bei höchster Energieeffizienz ist das Ziel des europaweiten Innovationsprojekts HyMethShip, das mit 9,2 Millionen Euro dotiert ist.

Das Steuer des Marineforschungsprojektes befindet sich in Graz – der Kapitän ist das Großmotorenforschungszentrum LEC an der TU Graz.

Rund 80 Prozent der weltweiten Fracht-Transportkilometer entfällt auf den Schiffstransport und auch bei Touristen wird Schifffahrt zunehmend beliebt. Laut UN zählen Schiffe zu den größten CO2-Quellen. Allein Emma Maersk, eines der größten Containerschiffe der Welt, emittiert auf Fahrten zwi-schen China und Europa pro Jahr so viel wie ein mittelgroßes Kohle-Kraftwerk. 90 Prozent der großen Schiffe fahren noch immer mit Schweröl, was aufgrund des hohen Schwefelgehaltes auch zu sehr hohen SO2-Emissionen führt. All das zeigt ganz klar: Hier besteht dringender Handlungsbedarf.

LEC holt 9,2 Millionen-Euro-Projekt nach Graz

Federführend im Bereich der umweltfreundlichen Alternativen ist man nicht in einer großen Hafen-stadt, wie man vermuten könnte, sondern fernab der Meeresgrenzen: in Graz am Large Engines Competence Center, kurz LEC. Österreichs führende Forschungseinrichtung für Großmotorentechno-logie und COMET-K1-Zentrum, das an der TU Graz angesiedelt ist, hat ein mit 9,2 Millionen Euro dotiertes Forschungsprojekt nach Graz geholt: das europaweite Innovationsprojekt HyMethShip. Da in der Ausschreibung des EU-Programms Horizon 2020 mit dem Schwerpunkt Marine hohe Anforderun-gen in Bezug auf Effizienzsteigerung und Emissionsreduktion gefordert waren, galten sehr strenge Vergabekriterien. Unter 26 Einreichungen wurden nur 2 Projekte als hochinnovativ bewertet, darunter HyMethShip. Die Exzellenz des Projekts, für das das LEC als Koordinator fungiert und verantwortlich für die technologische Umsetzung ist, wurde von der Jury besonders betont.

Andreas Wimmer, Geschäftsführer des LEC und stellvertretender Leiter des Instituts für Verbren-nungskraftmaschinen und Thermodynamik (IVT) an der TU Graz zitiert die EU-Projekt-Jury in der Exzellenz, Wirksamkeit und Umsetzbarkeit des Projekts betont werden: „Das Innovationspotenzial und das Ausmaß, mit welchem das Projekt über den Stand der Technik hinausgeht, ist hervorragend. In HyMethShip werden Technologien optimiert und eingesetzt werden, die bis dato noch nicht für die Schifffahrt genutzt wurden und das Potenzial haben, die Schwefel- und CO2-Emissionen zu eliminieren."

Minus 97 Prozent CO2 und höhere Energieeffizienz

Das Ziel des Projekts: drastische Reduktion von Treibhausgasemissionen im Marinebereich. In Zahlen ausgedrückt heißt das: Minus 97% CO2 und minus 80% NOX – bei einem Plus von 45 Prozent im Be-reich Energieeffizienz im Vergleich zu anderen innovativen Technologien zur CO2-Abscheidung. „Na-hezu Emissionsfreiheit und höhere Energieeffizienz sind kein Widerspruch, ganz im Gegenteil“, erläu-tert Wimmer. (Siehe dazu auch technische Details im Anhang 2.)

Graz und ganz Österreich profitieren immens

Rund 60 Prozent des Projektbudgets von 9,2 Millionen Euro verbleiben in Graz, das Projekt ist auf 36 Monate angelegt. Am Campus Inffeld der TU Graz wird der Demonstrator des kompletten Schiffsan-triebssystems aufgebaut und die bereits vorhandene hohe Kompetenz am Standort noch weiter ver-tieft. Harald Kainz, Rektor der TU Graz und Haupteigentümervertreter des LEC, zeigt sich begeistert über den Projektzuschlag: „Graz und die TU Graz setzen sich mit diesem Millionenprojekt einmal mehr als das internationale Zentrum moderner Großmotorenforschung ins Rampenlicht. An der Schnittstelle von Grundlagenforschung und angewandter Forschung gelingt dem LEC gemeinsam mit
LEC GmbH • Large Engines Competence Center 2 seinen hochkarätigen Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft hier ein technologischer Quantensprung in die nächste Generation von Großmotoren, der die Industrie dem so wichtigen Einsatz umweltgerechter Motorentechnologie ein großes Stück näherbringt.“ Die TU Graz ist mit insgesamt 28 Beteiligungen an K-Zentren und K-Projekten Österreichs führende Universität im Bereich der COMET-Aktivitäten. Rektor Harald Kainz: „Die TU Graz ist Österreichs führende Universität in der Forschungs-kooperation mit Wirtschaft und Industrie, wobei die Kompetenzzentren ein wesentlicher Faktor sind. Unsere Unternehmensbeteiligungen sind wertvolle Instrumente der aktiven Forschungszusammenar-beit und des Wissenstransfers und schaffen rund 1.200 hochwertige Arbeitsplätze am Standort.“

Das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik der TU Graz ist Konsortiumspartner im Projekt HyMethShip.

Schlagkräftiges Konsortium

Neben LEC und TU Graz ebenfalls Teil des schlagkräftigen Konsortiums aus 6 EU-Mitgliedsstaaten sind Komponenten- und Anlagenhersteller, eine Werft, eine Reederei, eine Klassifizierungsgesell-schaft und renommierte wissenschaftliche Partner. Durch den hohen Anteil an Industriepartnern, die in der Lage sind das Gesamtsystem darzustellen, soll sichergestellt werden, dass die im Projekt entwi-ckelten Innovationen auf den Markt gelangen und sich dort etablieren.

Innovatives Gesamtsystem – Wasserstoff wird an Bord des Schiffes hergestellt

Das HyMethShip-Konzept kombiniert einen Membranreaktor, ein System zur CO2-Abscheidung, ein Speichersystem für CO2 und Methanol und einen Wasserstoffverbrennungsmotor zu einem innovati-ven Gesamtsystem. Wasserstoff wird an Bord des Schiffes durch Methanol-Reformierung hergestellt und in einem konventionellen Hubkolbenmotor, der für den Betrieb mit verschiedenen Kraftstoffen modifiziert und speziell für den Wasserstoffbetrieb optimiert wurde, nahezu ohne CO2 Emissionen zu verursachen, verbrannt (nähere Infos zu den technischen Details siehe Anhang 2). Stephan Laimin-ger von Jenbacher Gasmotoren von GE, LEC-Eigentumsvertreter und Konsortiumspartner bei HyMe-thShip: „Das vorgeschlagene Konzept stellt einen möglichen Weg dar, um große Mengen an erneuer-bare Energie über einen längeren Zeitraum zu speichern und einen de facto emissionsfreien Schiffs-antrieb darzustellen.“ Der Experte über die weitere Vorgehensweise im Projekt: „Theoretisch und im Labormaßstab funktioniert das Konzept. Im nächsten Schritt wird ein Demonstrator aufgebaut, um die Interaktion der einzelnen Technologiebausteine zu optimieren. Die Herausforderung liegt in der Ska-lierung und Zusammenarbeit aller Einzelkomponenten.“

HyMethShip spielt fundamentale Rolle

Peter Steinrueck von HOERBIGER Division Engines, LEC-Eigentümervertreter und Konsortiums-partner verweist auf die große Relevanz der Konsortiums-Zusammenstellung: „Auf der einen Seite erfordern alle derzeit denkbaren Lösungen ein neues Gesamtsystem, von der Herstellung des Ener-gieträgers, über dessen Verteilung, zur Betankung, on Board Lagerung und letztendlich der energeti-schen Nutzung. Auf der anderen Seite sind anspruchsvolle Sicherheitsfragen in aufwendigen Zulas-sungsverfahren zu klären. Ein komplexes Ecosystem von Partnern muss hinreichenden Nutzen er-kennen und sich zu einem Partnernetzwerk zusammenschließen. Dass dies möglich ist, zeigt die Zu-sammensetzung des HyMethShip Konsortiums.“ Auch brauche es noch viel Überzeugungsarbeit, was alternative Antriebssysteme betrifft. „Die Durchsetzung von neuen – emissionsarmen bzw. emissionsfreien – Technologien liegt in der Hand von staatlichen Regulierungen. Diese werden aber nur sehr schleppend den Notwendigkeiten des Klima- und Umweltschutzes nachgezogen, es ist noch viel Überzeugungsarbeit zu leisten. Projekte wie HyMethShip, die technisch und wirtschaftlich vertretbare Lösungen aufzeigen, werden hier eine fundamentale Rolle spielen.“