Elektroschiffe – Fortschritte der Elektromobilität auf dem Wasser

Die Elektromobilität beschränkt sich längst nicht auf die Straße oder den öffentlichen Nahverkehr. Auch Elektroschiffe, -fähren und -frachter können mittlerweile mittels der Technik der Elektromobilität gewisse Strecken zurücklegen. Ausgehend davon, dass die Schifffahrt für circa drei Prozent der weltweiten Kohlenstoffdioxidemissionen, für 15 Prozent der globalen Stickstoffoxidemissionen und für 13 Prozent der globalen Schwefeloxidemissionen verantwortlich ist, ergibt sich schon auf der Ebene der Klimafreundlichkeit ein enormes Potenzial. Hinzuzurechnen sind die Risiken, die durch ins Meer gelangende Treibstoffe entstehen.

Umwelt: Elektroschiffe – Elektromobilität auf dem Wasser

Die Elektromobilität auf dem Wasser ist also aus einer Klimaschutzposition heraus bereits wünschenswert. Allerdings verhält es sich bei der Förderung und Entwicklung der neueren Antriebstechnologien auch so, dass wirtschaftliche Aspekte die weit größere Rolle spielen. So bergen Elektroschiffe auch ein erhebliches Einsparungspotenzial bezüglich des Personals und kommen – insofern es sich um rein elektrisch betriebene Schiffe handelt – völlig ohne fossile Brennstoffe aus.

Trotz dessen sich zudem die Reedereien jüngst in einer mittelschweren Krise befanden, steigt der Bedarf an Fähren und Frachtern weltweit an. Es werden immer mehr Güter im Binnen- und Fernverkehr per Schiff verfrachtet. Und gerade im Binnenverkehr spielen Fähren eine große Rolle im Personenverkehr. Viele kleinere Inseln werden – gerade in Nord- und Mitteleuropa – ausschließlich per Fähre angesteuert. Mit der stetig wachsenden Menge an Fahrgästen erhöht sich auch hier der Bedarf. So gesehen sind Elektroschiffe ein Markt mit Wachstumspotenzial, der von Städten, Gemeinden, Reedereien und Investoren erschlossen wird. Dabei sind die Länder aktuell unterschiedlich weit. Entsprechend ist die Diskrepanz zwischen dem, was möglich ist und dem, was wirklich ist, hoch.

Herausforderungen an die Elektroschifffahrt

Elektrisch betriebene Schiffe stehen grundsätzlich vor den selben Herausforderungen wie der Rest der Elektromobilität: Die Reichweite der Schiffe, die Ladegschwindigkeit sowie die Effizienz der Batterien oder Akkus sind nicht in allen Fällen zufriedenstellend. Zudem ist an das Zurücklegen längerer Strecken mit einem Elektroschiff derzeit noch nicht zu denken. Eine Überquerung eines größeren Ozeans ist noch nicht möglich. Derzeit bewegen sich Elektrofähren und Elektrofrachtet eher im Stundenbereich, was die Fahrtdauer vom Starthafen zum Zielhafen anbelangt.

Ausschlaggebend ist auch hier das Problem mit dem Speichern von elektrischer Energie in Akkus. In den meisten Fällen werden Lithium-Ionen-Akkus verwendet. Mit steigender Menge an gespeicherten Strom steigen auch Größe und Gewicht der Speicherzellen an. So werden schnell Gewichte von mehreren Tonnen erreicht, die sich entsprechend auf die Konstruktion des Schiffes auswirken. Die Balance zwischen einem noch fahrenden Schiff, welches noch genug Ladekapazität für seinen eigenen Zweck hat und dem Aufbau einer Akkumulatorenanlage muss gefunden werden. Da die Technologie zum Speichern von Elektrizität noch immer nicht völlig befriedigend im großen Maßstab funktioniert, begrenzt eben dieser Umstand die Reichweite der Elektroschiffe. Dies wird allerdings durch häufigere Ladezyklen wieder ausgeglichen: So können Elektrofähren meist an jedem Anleger ihre Batterien aufladen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die leeren Akkus an einem Hafen direkt gegen volle einzutauschen. Dies erfordert eine entsprechende Infrastruktur.

Die Technologie, die bei Elektrofähren und Elektrofrachtern Anwendung findet, ist vielfach noch nicht fehlerfrei. Entsprechend haben viele Schiffe, welche als elektrisch betrieben gelten, noch zusätzlich die Möglichkeit, auf ihren herkömmlichen Motor umzusteigen. Dies soll im Falle von Pannen mit dem elektrischen Antrieb sinnvoll sein.

Viel diskutiert werden auch die Rohstoffe, die für den Bau von größeren Akkus notwendig sind. Gerade Kobalt und Mangan werden beispielsweise als – je nach Quelle – in unzureichenden Mengen vorhanden bezeichnet. Auch die Arbeitsbedingungen in vielen Minen sind ein Politikum. Allerdings stellt sich hier die Frage nach der Konstruktion der Speichereinheiten: Es ist durchaus möglich, große Akkus ohne einen hohen Verbrauch von seltenen Erden zu produzieren. Und gerade Lithium ist als Hauptbestandteil dieser Batterien als sehr häufig vorkommend zu bezeichnen. Insofern stellt sich bezüglich der Rohstoffe die Frage, wie stark das Problem durch Meinungsmache besteht und inwiefern die Endlichkeit von Ressourcen wirklich in nächster Zeit zum Problem wird. Entsprechend wird auch an alternativen Batterien geforscht, die auf ständig verfügbare Rohstoffe setzen. Dabei lassen sich die Erkenntnisse aus dem Bereich des Elektroautos auch auf die Schifffahrt übertragen.

Erfolgreiche Projekte der E-Schifffahrt

Die elektrisch betriebene Schifffahrt stellt keinen Zukunftsplan dar, sondern wird im kleinen Maßstab bereits vorgelebt. Dabei ist die Geschichte der Elektromobilität auf dem Wasser schon über 100 Jahre alt: Bereits 1908 verkehrte auf dem Rhein die Godesberg-Niederdollendorf, die zwischen den beiden Orten (Bonn-Godesberg und Königswinter-Niederdollendorf) verkehrte. Dies tat dieses Schiff bis 1945. Mit 200 Volt Ausgabespannung hatten die Akkus weniger Spannung als eine heutige Haushaltssteckdose. Insgesamt war die Fähre, welche sogar PKWs transportierte, allerdings ein Vorreiter in Sachen Elektroschifffahrt. In Deutschland, Österreich und den USA verkehrten schon seit dem frühen 20. Jahrhundert mehrere elektrisch betriebene Fähren auf eher kurzen Strecken. Die meisten dieser Fährlinien existieren heute nicht mehr. Allerdings wurde damit schon früh bewiesen, dass die Binnenschifffahrt auf elektrische Weise möglich ist.

Elektrofähren – Elektromobilität auf dem Wasser

Elektrofähren erleben momentan einen kleinen Boom. In Norwegen verkehrt beispielsweise seit 2015 die Ampere auf dem Sognefjord. Dort legt die Elektrofähre die Strecke zwischen Lavik und Oppendal am Tag circa 30-mal zurück. Eine Überfahrt des 80 Meter langen Katamarans dauert circa 20 Minuten. Die Liegezeit in den Häfen beträgt jeweils zehn Minuten – Zeit genug, um die elf Tonnen schwere Lithium-Polymer-Akku-Anlage aufzuladen. Mit 900 Volt Gleichspannung und einer Kapazität von circa 1000 Kilowattstunden muss das Schiff durch bereits vorgeladene Akkus in den Häfen aufgeladen werden. Diese wiederum werden aufgeladen, während des Schiff gerade unterwegs ist. Die Ampere fasst circa 350 Passagiere und 120 PKWs.

Die Ampere vereint dabei noch mehr Vorteile auf sich: So produziert sie überhaupt keine Emissionen. Da in Norwegen beinahe sämtlicher Strom durch Wasserkraft produziert wird, entstehen auch keine indirekten Emissionen. Der Katamaran ist also ausgesprochen umweltfreundlich und bezieht seine Energie aus regenerativen Ressourcen. Die Betriebskosten für die Elektrofähre sind zudem um circa 80 Prozent geringer als für eine herkömmliche Fähre gleicher Größe mit Dieselantrieb. Insgesamt ist die Ampere als Projekt so erfolgreich, dass die Werft Fjellstrand, die die Ampere konstruierte, Aufträge für 53 weitere Elektrofähren erhielt. Die Speichertechnologie für den Strom stammt indes von Siemens Norwegen. Es ist also zu erwarten, dass in wenigen Jahren noch mehr voll elektrisch betriebene Fähren den Personenverkehr auf den norwegischen Fjorden übernehmen.

Doch nicht nur der Fährverkehr ist in Norwegen elektrisch: Auch einen elektrisch betriebenen Frachter hat man dortzulande gebaut. Der Elektrofrachter Yara Birkeland (noch im Bau) soll bald Dünger zu zwei Häfen transportieren, von wo aus der Dünger dann weiter verschifft wird. Nach dem Willen der Norweger soll dieser Elektrofrachter dies dann auch voll autonom bewerkstelligen.

Elektrofrachter – Elektromobilität auf dem Wasser

Die MF Tycho Brahe, die zwischen Helsingør (Dänemark) und Helsingborg (Schweden) verkehrt, wurde jüngst ebenfalls zur Elektrofähre. Damit ist das seit 1991 genutzte Schiff die größte Elektrofähre der Welt. Denn das 266 Meter lange Schiff kann bis zu 1100 Passagiere, neun Personenwaggons sowie über 200 PKWs befördern. Die Elektrofähre legt pro Strecke circa fünf Kilometer zurück und kann mit beiden Enden des Schiffes anlegen. Dies erspart das Wenden im Zielhafen und spart damit wertvolle Zeit. Der Akku reicht mit seiner Kapazität von circa 4200 Kilowattstunden für knapp zweieinhalb Überfahrten. Aufgeladen wird das Schiff durch vermeintlich modernde Technik (die allerdings noch nicht zuverlässig funktioniert): An den Anlegestellen greift sich ein Roboterarm ein Kabel am Schiff und führt dieses in eine Ladebuchse ein. Aufgrund der mangelnden Präzision zog sich die endgültige Umstellung der MF Tycho Brahe auf Elektromobilität noch bis in den Herbst 2017 dahin. Mittlerweile funktioniert die Technik zufriedenstellend.

Für den internationalen Handel sowie den Binnenverkehr zum Gütertransport spielen Elektrofrachter indes eine immer größer werdende Rolle. Auch in den Niederlanden wird fleißig konstruiert und schon im Sommer sollen zwei elektrische betriebene Frachter den Binnenverkehr für Container übernehmen. Von Antwerpen und Rotterdam aus sollen diese Elektroschiffe die Güter dann an ihren Bestimmungsort bringen – und das schadstofffrei. Im späteren Verlauf sollen sie so nachgerüstet werden, dass sie völlig autonom fahren. Mit 110 Metern Länge bei 11,4 Metern Breite können die Elektrofrachter bis zu 270 Standardcontainer aufladen. Die Akkus sollen mit einer Kapazität von 72 Megawattstunden für bis zu 35 Stunden Fahrt reichen. Und auch bezüglich des Aufladens der Akkus hat sich Port Liner, der Hersteller hinter den Frachtern, etwas überlegt: Die Akkus sind ebenfalls in Container untergebracht. Diese werden am Zielhafen einfach ausgetauscht.

Ein kleinerer Schiffstyp ist ebenfalls geplant. Mit 52 Metern Länge und 6,7 Metern Breite reicht dieser für lediglich 24 Container. Allerdings soll die Kapazität dann auch noch für 425 Tonnen Schüttgut ausreichen. Dieser Elektrofrachter soll zwischen Antwerpen und Budel an der Grenze zwischen den Niederlanden und Belgien pendeln. Die Akkuladung reicht hier für circa 15 Stunden. Auch dieses Schiff soll autonom fahren können.

Insgesamt hat Port Liner zum Bau von insgesamt sechs großen Schiffen, fünf kleinen Schiffen und der Infrastruktur 100 Millionen Euro in die Hand genommen. Sieben Millionen davon stammen aus Fördergeldern der EU, die dieses Projekt damit unterstützt. Dies ist politisch ein gutes Signal für weitere Unternehmen, die in die Elektroschifffahrt investieren wollen.

Auch in China, welches sich besonders anstrengt, die E-Mobilität voranzutreiben, wird fleißig konstruiert. So verkehrt dort auf dem Perlfluss seit Dezember 2017 eine elektrisch betriebenes Schiff zwischen drei Häfen. Es transportiert Kohle und lässt sich binnen zwei Stunden wieder komplett aufladen. Damit will China gegen die wachsende Luftverschmutzung angehen. Weitere Projekte dieser Art sind geplant.

Noch nicht erschlossen sind die bereits erwähnten Langstrecken. So ist es derzeit noch nicht möglich, Elektroschiffe zu konstruieren, die tatsächlich mehrere Tage unterwegs sein können. Allerdings sind Hybride möglich. So können Dieselmotoren und Lithium-Ionen-Akkus auch kombiniert werden, um die Umweltbilanz eines größeren Schiffs aus auch hoher See zumindest für einen gewissen Zeitraum zu verbessern. Außerdem lässt sich so auch die Performance von Elektromotoren auf hoher See überprüfen.

Einen Anfang macht hier die MS Roald Amundsen, die zur Reederei Hurtigruten gehört. Das Schiff wird im Oktober 2018 von Chile aus zur Antarktis aufbrechen. Die 530 Gäste werden Pinguine und majestätische Eislandschaften bestaunen können – und das ohne den Lärm eines Dieselmotors und ohne die schlechte Luft an Deck. Denn für circa eine halbe Stunde werden Akkus den Antrieb des 140 Meter langen Schiffes übernehmen. Und das machen die Akkus leise, emissionsfrei und damit umweltfreundlich. Weil das Schiff so leise durch die Antarktis gleiten wird, werden die Tiere weniger verschreckt. Und das wiederum gibt den Reisegästen bessere Chancen, beispielsweise Wale zu sehen. Der Chef der Reederei, Daniel Skjeldam, ist indes davon überzeugt, dass die Zukunft der Schifffahrt „ohne Zweifel leise und emissionsfrei“ werde.

Die Zukunft der Elektroschifffahrt hält also einen elektrisch betriebenen Fährverkehr und autonome Elektrofrachter bereit. Wenn die Energie aus regenerativen Energiequellen stammt, sind diese Elektroschiffe zudem völlig emissionsfrei. Dass die Technik funktioniert, zeigt sich an mehreren Orten auf der Welt.

Ausblick Elektroschiffe: Weniger Schweröl auf See und mehr Innovationskraft

Die meisten Schiffe werden mit Schweröl betrieben. Dabei handelt es sich gewissermaßen um das, was bei der Ölförderung abfällt und nicht mehr raffiniert werden kann. Dieses Schweröl taugt zwar zum Treibstoff, ist aber auch mit den höchsten Emissionen verbunden. Es ist also wünschenswert, diese Technologie komplett zu ersetzen. Einen Anfang macht dabei die Entlastung durch Hybridtechnologien, die zumindest den Verbrauch an Diesel und Schweröl senken können. Wenngleich die Hybridtechnologie bei großen Passagierschiffen, die auf den Weltmeeren verkehren, noch in den Kinderschuhen steckt, werden kontinuierlich Fortschritte gemacht. Es ist zu erwarten, dass die Emissionen durch die Schifffahrt weltweit gesenkt werden können, wenn Schiffe umgerüstet werden und neue Schiffe direkt mit Elektrotechnik konstruiert werden.

Auch hier ist Norwegen wieder ein Vorreiter: Neue Fährschiffe müssen schlichtweg emissionsfrei sein. Das zwingt zum Nutzen von Batterien anstelle von Schweröl und treibt – ganz nach staatlichem Zwang – die Innovationsfreude voran. Die Ergebnisse geben dieser Strategie recht. Entsprechend sind staatliche Anreize ein mögliches Mittel, um den Ausbau der Elektroschifffahrt voranzutreiben. So kommt der Ausbau der E-Mobilität auch in China vor allem durch staatliches Intervenieren voran.

Es ist davon auszugehen, dass die Energiewende auf hoher See erst später gelingt als auf der Straße. Und auch die Binnenschifffahrt wird wohl vorher elektrisch und autonom werden. Noch genügt die Energiedichte der Akkus schlichtweg noch nicht, um daran zu denken, Luxusliner ganz elektrisch über den Pazifik zu schicken. Doch der Fortschritt in Sachen E-Mobilität kennt bisher nur eine Richtung und die ist vorwärts. Und mit jedem neuen erfolgreichen Projekt in der Elektroschifffahrt steigt auch die Attraktivität für Staaten und Investoren, die Innovationen hier weiter zu fördern.

——————–

Autor: Blubby Blitz