Zero Emission Vessel Concept

International

Elomatic: Vorstellung des NYK Super Eco Ship 2050

04.11.2019

Grundsätzlich ist der emissionsfreie Betrieb einfach: Verwenden Sie Kraftstoff mit neutralen oder CO2-freien Emissionen. Die Herausforderung besteht darin, dass solche Kraftstoffe selten, teuer und oft schwer zu lagern sind. In Anbetracht des Gesamtenergiebedarfs sind sie außerdem unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz ineffizient. Der Weg zur Nutzung alternativer Kraftstoffe führt demnach über hocheffiziente Schiffe und den Betrieb der gesamten Flotte und ihrer Logistikkette. Um die 70%-ige Reduzierung des Bunkerkraftstoffs an Bord der NYK SES 2050 zu erreichen, wurden viele große und kleine Verbesserungen vorgenommen. Die wichtigsten Aspekte werden in diesem Artikel hervorgehoben. 


Widerstand

Für das typische Handelsschiff ist der größte Energiebedarf erforderlich, um den Gesamtwiderstand des Schiffes zu überwinden. Das Rumpfvolumen und die Form des Schiffs sind entscheidend, um den Widerstand zu verringern. Um das Volumen des Rumpfes zu minimieren, ist es wichtig, die Leichtigkeit des Schiffes zu minimieren. Die Leichtigkeit der des NYK SES 2050 wurde angesichts der Entwicklungen bei der Topologieoptimierung, des 3D-Druckpotenzials in der Fertigung und der Materialentwicklung um 30% reduziert. 

Computergesteuerte Stabilität ist bei Kampfjets bereits die Norm. Nach unserer Vision werden Schiffe auch mit aktiven Geräten ausgerüstet, die für ausreichende Stabilität sorgen. In der NYK SES 2050 wurde dies mit Kreiseln durchgeführt. Das Schiff ist mit Pontons ausgestattet, so dass es bei Bedarf auch in ungewöhnlichen Situationen stabil bleibt. Dies ermöglicht die Optimierung der Rumpfform auf andere Weise, mit größerem Fokus auf den Widerstand. 


Maschinerie und Antrieb

Effizienz ist der Schlüssel in Bezug auf Antriebsmaschinen, Leistungsverteilung und Antriebsausrüstung. Als Hauptantriebsmittel des Schiffes wurden Wasserstoffbrennstoffzellen ausgewählt. Da der einzige Bunkerkraftstoff an Bord Wasserstoff ist und die Antriebsmaschinen Brennstoffzellen sind, kann die Hilfsausrüstung entfernt werden, wodurch der Wartungsaufwand verringert wird. 

Der Strom aus den Brennstoffzellen wird in ein hocheffizientes Gleichstromnetz eingespeist, das Niederspannungsstrom im gesamten Schiff verteilt. Durch die Minimierung elektrischer Komponenten, die Verwendung von Permanentmagnetmotoren, ein fortschrittliches Energie- und Verbrauchermanagement sowie die supraleitfähige Übertragung konnten Einsparungen bei der elektrischen Verteilung erzielt werden. Bis zum Jahr 2050 wird die Erzeugung erneuerbarer Energie in Form von Solarenergie als kostengünstigste neue Energiequelle für land- und seebasierte Anlagen prognostiziert. Die Schiffsfläche wird optimal für hocheffiziente Solarmodule genutzt, die sich auf zwei Achsen bewegen können. Auf der Hin- und Rückfahrt werden 15% des Energiebedarfs der Schiffe durch Sonnenkollektoren gedeckt.

Herkömmliche Propeller werden durch schwingende Tragflächen ersetzt, die die Bewegung von Delfinen nachahmen. Die Effizienzgewinne resultieren hauptsächlich aus dem effizienten Betrieb der schwingenden Tragflächen. 

 

Kein Abfall

Eine Möglichkeit zur Steigerung der Effizienz ist die Beseitigung von Abfallquellen. Überschüssige Wärme aus Maschinen wird bereits heute zur Stromerzeugung genutzt, die NYK SES 2050 geht jedoch noch einen Schritt weiter. Die emissionsfreien Abgase bestehen nur aus Wasserdampf, die Temperatur der Abgase nach der Wärmerückgewinnung kann beliebig niedrig sein, wodurch mehr Wärme zurückgewonnen werden kann. 

Abfallkälte ist ein neuer Abfallstrom aus kryogenen Bunkerkraftstoffen wie LNG oder flüssigem Wasserstoff. Überschüssige Kälte aus verbrauchtem Kraftstoff kann genutzt werden. Sie kann den erforderlichen Stromverbrauch auf dem Schiff reduzieren, wenn sie für Klimaanlagen, Kühlgeräte in der Küche und sogar für die Supraleitung und Reduzierung der Oberflächentemperatur von Sonnenkollektoren verwendet wird.

Andere Abfallquellen aus dem Schiffsbetrieb werden an Bord des Schiffes gelagert und im Hafen abgeladen. Dies verbessert nicht nur den ökologischen Fußabdruck des Schiffes, sondern auch die Menge an Ausrüstung, die an Bord benötigt wird.


Betrieb

Die Auswirkungen des Betriebs auf die Emissionen aus der Schifffahrt sollten nicht unterschätzt werden. Wetterrouting, pünktliche Ankunft, fortschrittliches Strom- und Energiemanagement werden bis 2050 Standardverfahren sein. Die Ankunft in Häfen wird für alle Schiffen optimiert, die in Richtung Hafen fahren, und die Logistikketten an Land werden auf die ankommenden Schiffe ausgerichtet. Die Fracht für Feederschiffe wird im Hafen entladen, sondern direkt von einem Schiff zum anderen befördert. Dies verringert den Hafenaufenthalt für das Schiff und die Vorlaufzeit für die Beladung. 

Die Zeit zwischen dem Bunkern wird eine weitere wichtige Änderung im Schiffsbetrieb darstellen. Da die meisten alternativen Kraftstoffe komplex sind und im Vergleich zu derzeitigen Kraftstoffen mehr Speicherplatz benötigen, muss das Bunkern häufiger erfolgen als derzeit üblich.

 

Schlussfolgerungen

Die NYK SES 2050 mit 35% weniger Widerstand und 70% weniger Energie aus Bunkerkraftstoff ist eine Inspirationsquelle und eine Grundlage für weitere Diskussionen. Das Schiff demonstriert die Bedeutung der Energieeffizienz für die Einführung alternativer Kraftstoffe. Um das Ziel eines emissionsfreien Schiffes für 2050 zu erreichen, müssen Schiffseigner dem Vorbild von NYK folgen und bereits heute mit der Planung beginnen. 


Text: Tomas Aminoff, Juha Hoppela

Elomatic

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