Brennstoffzellen speichern CO2: Weniger Emission im Schiffsverkehr
Fracht- und Tankschiffe sind nur für einen Bruchteil der CO2-Emissionen verantwortlich. Trotzdem ist es sinnvoll, auch in diesem Verkehrssegment die Emissionen zu senken. Forschende der Northwestern University, Illinois, haben das nun durch den Einsatz einer Festoxidbrennstoffzelle geschafft.
Forschende der Northwestern University, Illinois, USA, haben ein Verfahren entwickelt, um CO2-Emissionen im Schiffsverkehr zu senken.
Foto: Panthermedia.com/Igor-SPb
In unserer globalisierten Welt gehören Fracht- und Tankschiffe ganz selbstverständlich dazu. Ohne sie wäre der weltweite Handel, der Austausch von Waren und der Transport von Gütern zwischen einzelnen Kontinenten kaum möglich. Genauso wie Autos, Lkw und Busse scheiden sie klimaschädliches Kohlendioxid aus. Auch wenn ihr Anteil an den CO2-Emissionen nur 3% beträgt, beschäftigten sich Forschende damit, genau diese zu senken. Containerschiffe benötigen bis zu 250 Tonnen Treibstoff pro Tag und stoßen pro Jahr rund eine Gigatonne CO2 aus.
Aufgrund der extrem langen Strecken, die sie zurücklegen, scheint eine Umstellung auf reinen Elektroantrieb in absehbarer Zeit nicht realisierbar zu sein. Konventionelle kohlenstoffbasierte Kraftstoffe werden aus dem Schiffverkehr so schnell nicht verschwinden. „Einige Tankschiffe benötigen so viel Treibstoff, dass sie damit die Welt umrunden könnten. Das gehört für sie zum Alltag“, sagt Scott A. Barnett von der Northwestern University in Illinois, USA, und leitender Autor der Studie. „Wir haben berechnet, dass ein Batteriepack für einen Langstreckentanker mehr Platz in Anspruch nähme als das Schiff böte. Auch ein Wasserstofftank wäre zu groß. Deshalb ist aus unserer Sicht der beste Weg, Schiffe CO2-neutral zu machen, dieses an Bord zu speichern“, so der Experte für Festoxid-Brennstoffzellen und Professor für Materialwissenschaften und -technik an der McCormick School of Engineering.
Zwei-Kammer-Prinzip – eine für den Brennstoff und eine speichert CO2
Die Idee von Barnetts Team: ein Lagertank mit zwei Kammern. Die eine Kammer speichert den kohlenstoffbasierten Kraftstoff. Der Brennstoff zirkuliert durch die Brennstoffzelle und erzeugt Energie. Dabei entsteht CO2 als Abfallprodukt, das komprimiert und in die zweite Kammer geleitet wird. Die Trennwand zwischen den beiden Kammern ist von den Forschenden als bewegliches Element geplant. Dadurch ist es möglich, je nach Bedarf eine der Kammern zu vergrößern. Sollte also das Volumen in der Brennstoffkammer sinken, bleibt mehr Platz für das entstehende CO2.
So könnte die Schifffahrt endlich nachhaltig werden
„Die Festoxid-Brennstoffzelle ist eine gute Basis, weil sie den Brennstoff mit reinem Sauerstoff verbrennt und darauf konzentriertes CO2 entsteht. Das lässt sich gut lagern“, erklärt Travis Schmauss, Erstautor der Studie. „Wenn wir den Kraftstoff nur mit Luft verbrennen würden, wäre er stark mit Stickstoff verdünnt und würde zu viel Volumen einnehmen, wenn man dies speichern wollte. Erst die Möglichkeit, das CO2 zu komprimieren, bringt es in dieselbe Größenordnung wie den Kraftstoff. “
Brennstoffzelle lässt sich einfach integrieren
Der Vorteil dieser Lösung: Sie lässt sich relativ einfach an Bord der Schiffe integrieren und mit den bestehenden Technologien kombinieren. Man müsse nur den Kraftstofftank durch den Doppelkammerbehälter ersetzen und CO2-Kompressoren einbauen. Natürlich brauche es an Bord eine Infrastruktur, die das CO2 speichere, bis es abgeladen werden kann, oder nutze, schreiben die Forscher. Deshalb hat das Team um Scott A. Barnett den Doppelkammer-Lagertank bereits zum Patent angemeldet.
Setzt man bei Containerschiffen, die nun mal lange Strecken zurücklegen müssen, zum Beispiel noch Biokraftstoffe wie Ethanol ein, wäre es mit diesen CO2-bindenden Festoxid-Brennstoffzellen möglich, den Schiffsverkehr CO2-neutral zu gestalten. Denn nachdem das Schiff den Kraftstoff verbraucht hat, wird das abgeschiedene CO2 vom Schiff abgeladen, danach entweder unterirdisch gespeichert oder zur Produktion erneuerbarer Kraftstoffe verwendet – beispielsweise zu einem aus Kohlenwasserstoff.
Das Prinzip ist auch für andere Fahrzeuge denkbar
Das Verfahren ist nach Ansicht der Forschenden auch für Fahrzeuge geeignet, die kürzere Strecken zurücklegen. Bei den meisten dieser Fahrzeugtypen seien schon Batterie- und Wasserstoff-Brennstoffzellen im Einsatz. Dann sei ein CO2-neutraler Range-Extender eine passende Alternative.
Ein wenig Bedenken hat der Experte für Festoxid-Brennstoffen: „Es könnte sein, dass es für die Menschen schwieriger ist, diese Lösung als wirklich klimafreundlich zu betrachten. Schließlich werden weiterhin konventionelle, kohlenstoffbasierte Kraftstoffe eingesetzt“, gibt er zu bedenken. „Doch schaut man bei Wasserstoff-Brennstoffzellen und Elektrofahrzeugen einmal genauer hin, sind viele in der Realität gar nicht so klimafreundlich.“ Vor allem dann nicht, wenn der Strom, mit dem sie fahren, aus Kohle gewonnen werde, oder der Wasserstoff, mit dem sie betrieben werden, aus Erdgas hergestellt werde. Bei beiden Verfahren entsteht viel CO2.
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