Neues Projekt bringt Wasserstoff auf Passagierschiffe

Forschende entwickeln Metallhydridspeicher für Energieversorgung im Hafen

Im Rahmen des neuen Projekts H2MASS entwickeln Forschende des Helmholtz-
Zentrums Hereon gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen der Meyer Werft und
der Helmut-Schmidt-Universität der Bundeswehr Hamburg (HSU) einen
innovativen Wasserstoffspeicher für den Hafenbetrieb eines
Passagierschiffes. Das bordeigene System soll eine emissionsfreie
Energieversorgung ermöglichen. H2MASS leistet damit einen bedeutenden
Beitrag zur Dekarbonisierung der Schifffahrt.

Die maritime Branche steht vor einem tiefgreifenden Wandel. Der Seeverkehr
verursacht ca. 3 % der globalen CO₂-Emissionen – ein Anteil, der durch den
wachsenden Welthandel weiter steigen könnte. Gleichzeitig steigen die
regulatorischen Anforderungen, etwa durch EU-Emissionshandel und die
Umsetzung der FuelEU Maritime-Verordnung zur schrittweisen
Dekarbonisierung des Seeverkehrs. Die Reduktion maritimer Emissionen
stellt besonders im Hafen eine große Herausforderung dar. Landstrom ist
derzeit nicht flächendeckend verfügbar und ist mit hohen Kosten und
erheblichem Infrastrukturaufwand für große Passagierschiffe verbunden.
Eine Alternative dazu könnte ein bordeigenes Wasserstoffsystem zur
emissionsfreien Energieversorgung sein.

Metallhydride speichern den Wasserstoff
Hier setzt H2MASS an: Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines
integrierten Wasserstoffenergiesystems für große Passagierschiffe. Im
Mittelpunkt steht dabei ein innovativer Wasserstoffspeicher auf Basis von
Metallhydriden. Metallhydride sind pulverförmige Metalle, die
Wasserstoffatome chemisch in ihrer Gitterstruktur einlagern. Die
Speicherdichte ist dadurch deutlich höher als bei herkömmlichen
Hochdrucktanks. Außerdem benötigen Metallhydride einen geringeren Druck,
um den Wasserstoff einzulagern und moderate Temperaturen, um ihn wieder
abzugeben. Das macht ihren Betrieb sicher und energieeffizient.

Über eine Projektlaufzeit von 48 Monaten entwickeln die Partner ein
schiffbaulich integrierbares Energiesystem mit einer Zielleistung von 4 MW
zur Abdeckung der Hotellast im Hafenbetrieb. Das Konsortium umfasst neben
dem Hereon die Meyer Werft GmbH, die HSU sowie die Carnival Maritime GmbH
als assoziierten Partner. Die Meyer Werft koordiniert das Projekt und
entwickelt ein detailliertes Schiffskonzept, welches die Integration des
Speichersystems unter Berücksichtigung technischer, sicherheitstechnischer
und regulatorischer Anforderungen ermöglicht. Ziel ist ein vollständiges
Systemdesign, eine belastbare technische Auslegung sowie die Bewertung der
Einsatzgrenzen des Speichersystems.

Digitaler Zwilling für das Speichersystem
Forschende vom Hereon-Institut für Wasserstofftechnologie entwickeln ein
skalierbares Metallhydrid-basiertes Wasserstoffspeichermodul und
realisieren einen Demonstrator, der unter realitätsnahen Bedingungen
getestet wird. Zusammen mit der Helmut-Schmidt-Universität wird das
Projekt durch die Entwicklung eines digitalen Zwillings des
Speichersystems ergänzt, um eine simulationsgestützte Optimierung und eine
digitale Hochskalierung für den Einsatz auf realen Schiffen zu
ermöglichen. Digitale Zwillinge sind interaktive virtuelle Abbilder von
hochkomplexen Prozessen, Systemen oder realen Produkten, die
kontinuierlich mit Daten aus der realen Welt abgeglichen werden. Sie
schaffen Verständnis und können zum Beispiel genutzt werden, um
Materialien zunächst virtuell zu entwickeln, bevor aufwendige Real-
Experimente durchgeführt werden.

H2MASS ist ein erster Entwicklungsschritt, der die Grundlage für eine
spätere Skalierung des Systems schafft. „Wir entwickeln ein voll
integrierbares Speichersystem, das an verschiedene Schiffstypen und
-größen angepasst werden kann“, sagt Dr. Maximilian Passing, H2MASS-
Projektleiter und Wissenschaftler am Hereon-Institut für
Wasserstofftechnologie. „Damit bringen wir die Technologie der
Metallhydrid-basierten Wasserstoffspeicherung einen weiteren Schritt in
Richtung Anwendung.“ Perspektivisch könnte das System nicht nur die
Hotellast, sondern auch weitere Energiebedarfe an Bord abdecken, etwa für
den Antrieb oder hybride Betriebsmodi.

H2MASS wird gefördert und koordiniert vom Bundesministerium für Wirtschaft
und Energie (BMWE) und dem Projektträger Jülich (PtJ).

Spitzenforschung für eine Welt im Wandel
Das Ziel der Wissenschaft am Helmholtz-Zentrum Hereon ist der Erhaltung
einer lebenswerten Welt. Dafür erzeugen rund 1000 Mitarbeiterinnen und
Mitarbeiter Wissen und erforschen neue Technologien für mehr Resilienz und
Nachhaltigkeit – zum Wohle von Klima, Küste und Mensch. Der Weg von der
Idee zur Innovation führt über ein kontinuierliches Wechselspiel zwischen
Experimentalstudien, Modellierungen und künstlicher Intelligenz bis hin zu
Digitalen Zwillingen, die die vielfältigen Parameter von Klima und Küste
oder der Biologie des Menschen im Rechner abbilden. Damit wird
interdisziplinär der Bogen vom grundlegenden wissenschaftlichen
Verständnis komplexer Systeme hin zu Szenarien und praxisnahen Anwendungen
geschlagen. Als aktives Mitglied in nationalen und internationalen
Forschungsnetzwerken und im Verbund der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt
das Hereon mit dem Transfer der gewonnenen Expertise Politik, Wirtschaft
und Gesellschaft bei der Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft.