Die Energiequelle ist für Handels- oder Kreuzfahrtschiffe noch zu teuer
Brennstoffzelle liefert Energie für U-Boote

Brennstoffzellen eignen sich nicht nur als Antrieb für Autos oder zur Stromversorgung in Flugzeugen. Sie werden künftig auch in U-Booten als Energielieferant genutzt. HDW hat ein erstes U-Boot mit der neuen Technik ausgestattet – weitere werden folgen.

HAMBURG. Das neue Unterwasserschiff „U 31“ durchstreift zurzeit die Tiefen der Nordsee. Die Übergabe des U-Bootes an die Deutsche Marine ist für Ende März nächsten Jahres geplant – drei weitere dieser U-Boote sind bereits bestellt.

Brennstoffzellen haben als Energielieferant eine Vielzahl von Vorteilen: Sie sind sauber und leise. Sie geben nur wenig Wärme ab und erzielen einen hohen Wirkungsgrad. Außerdem sind sie unabhängig von der Außenluft. In den Brennstoffzellen reagieren Wasser- und Sauerstoff zu Wasser. Dabei entsteht Elektrizität. Mit dem Hybridantrieb – der Kombination aus Brennstoffzelle, Batterien, Elektro- und Dieselmotor – kann das neue U-Boot etwa einen Monat unter Wasser bleiben und dabei 3.000 Seemeilen zurücklegen.

Wasserstoff und Sauerstoff sicher untergebracht

Ende der 70er-Jahre haben HDW, Ferrostaal, das Ingenieurkontor Lübeck und Siemens mit der Entwicklung der Brennstoffzelle für U-Boote begonnen, jetzt ist die Technik serienreif. Eine der größten Herausforderungen war die sichere Unterbringung des hochexplosiven Wasserstoffs und des Sauerstoffs. Die Lösung dafür wurde zusammen mit dem Tüv in Köln und der Hamburger Klassifikationsgesellschaft Germanischer Lloyd entwickelt.

Der flüssige Sauerstoff wird nun in speziell isolierten und druckfesten Tanks innerhalb des Druckkörpers des U-Bootes gelagert und der Wasserstoff an Metallhydrid gebunden. Die Metallhydride haben in ihren Metallgittern Freiräume, an denen sich in einem umkehrbaren Prozess die Wasserstoffatome anheften. Bei Erwärmung wird der Wasserstoff wieder frei. Die Metallhydridzylinder werden zwischen dem Druckkörper des Bootes und der Außenhaut am Schiffsboden montiert.

Ältere U-Boot können nachgerüstet werden

Um die für ein U-Boot erforderliche Leistung zu erreichen, werden mehrere Brennstoffzellen miteinander verbunden. Die bei der Stromerzeugung entstehende geringe Wärme dient dazu, die Wasserstoffatome aus dem Metallhydrid freizusetzen und den flüssigen Sauerstoff zu verdampfen. Das beim Betrieb der Zelle entstehende Wasser wird zum Trimmen – das heißt zum Gewichtsausgleich des getauchten U-Boots – verwendet.

Doch nicht nur neue U-Boote können mit einer Brennstoffzelle betrieben werden. Auch konventionell diesel-elektrisch angetriebene Unterwasserschiffe können nachgerüstet werden. „Wir statten derzeit drei U-Boote der griechischen Marine mit Brennstoffzellen aus“, berichtet HDW-Sprecher Jürgen Rohweder. Die Erfahrung hierzu hat die Werft beim Umbau des U-Bootes „U 1“ der Bundesmarine gesammelt. Durch den Einbau der Zelle erhöhte sich die Tauchzeit von zuvor drei auf jetzt 13 bis 14 Tage.

Mit der neugegründeten Firma HDW Fuel Systems GmbH will der Schiffbaukonzern außerdem das Potenzial der Brennstoffzellen für den zivilen Schiffbau ausloten. Sie wären ideal, um große Handels- oder Kreuzfahrtschiffe während ihrer Aufenthalte in den Häfen mit Strom zu versorgen, so dass die schweren Schiffsdiesel abgeschaltet werden können, sagt Gunter Sattler, Geschäftsführer von HDW Fuel Systems.

Es gibt nur ein Problem: Die Technik ist für solche Anwendungen noch viel zu teuer. Pro Kilowatt Leistung kosten die Zellen zwischen 10.000 und 30.000 Euro. Daher sucht Sattler zurzeit nach Nischenanwendungen, um zumindest Erfahrungen zu sammeln.

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