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Elektra Schweißarbeiten am Rumpf der Elektra © Uli Lücke
Innovation

Elektra trotzt Corona

Das erste emissionsfreie Schubschiff der Welt wird trotz Corona pünktlich fertig. 2021 wird das Boot mit Brennstoffzelle in Berlin starten.

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6 Minuten

Corona hat auch die Elektra erwischt: Beim ersten emissionsfreien Schubboot der Welt, das derzeit auf der Schiffswerft Hermann Barthel bei Magdeburg entsteht, sind einige Verzögerungen aufgetreten. „Sie bekommen Leistungselektronik teilweise mit mehreren Monaten Verspätung geliefert“, sagt Professor Gerd Holbach von der Technischen Universität Berlin. Einige Lieferanten aus Spanien und Italien sind noch immer stillgelegt.

Das Schubschiff soll mit reinem Akkubetrieb mindestens 65 Kilometer zurücklegen können und dabei etwa bei Marschfahrt 8,5 km/h, in der Spitze rund zehn Stundenkilometer schnell sein. Der Leiter des Fachgebiets Entwurf und Betrieb Maritimer Systeme an der TU Berlin hofft, dass die Elektra planmäßig den Test-Betrieb im kommenden Jahr aufnehmen kann.

Bis zu 400 km Reichweite

Wird zusätzlich der mitgeführte Wasserstoff in den Brennstoffzellen zu elektrischer Energie umgewandelt, soll die Reichweite etwa 400 Kilometer betragen. Und Abgase erzeugt nicht einmal mehr die Tabakspfeife des Schiffers. denn an Bord ist Rauchen wegen der Nutzung von Wasserstoff als Energieträger verboten.

Das künftige Einsatzgebiet der Elektra sind die Havel, Spree und Elbe zwischen Berlin und Hamburg. Hier wird die neue Technologie erprobt und verbessert.

Skizze der Elektra
Im Oktober soll die Elektra fertig sein; so wird das elektrische Schubboot aussehen © TU Berlin

Das wird weitgehend geräuschlos vor sich gehen: Wenn das Schubschiff seine Ladung über die Binnenwasserstraßen schippert, wird kein wuchtig orgelnder Diesel sein Herannahen ankündigen. Diese typische Akustik-Kulisse schwerer Binnenschiffe ist Vergangenheit, weil Brennstoffzellen an Bord den Verbrennungsmotor ersetzen.

Nicht einmal Ventilatoren zur Kühlung der Brennstoffzellen werden zu hören sein: „Ich will ein leises Schiff haben“, sagt Holbach. So war es nur konsequent, statt Luft- eine Wasserkühlung einzubauen. Das sei ein Teil des aufwändigen Entwicklungsprozesses.

Heizung aus der Abwärme der Akkus

Aber nur logisch, da ja ausreichend Kühlmittel – um das Schiff herum – zur Verfügung steht. Nebeneffekt: „Wir können im Winter das Schiff mit der Abwärme der Brennstoffzellenkühlung beheizen, auch wenn das unter anderem den Einsatz einer Wärmepumpe verlangt!“

Das Beispiel zeigt, dass ganzheitliches Denken notwendig ist, um die neue Technologie optimal einzusetzen. Und ganzheitlich ging man schon beim Zusammenstellen des Projektteams vor.

Baubesprechung des Projektteams der Elektra
Baubesprechung: Zum Elektra-Projektteam gehören (v.l.) Behala-Logistikchef Klaus-Günther Lichtfuß, Gerd Holbach von der TU Berlin, Corinna Barthel und Werftchef Hermann Barthel © Uli Lücke

Die Berliner Hochschule, die ausführende Binnenschiff-Werft in Sachsen-Anhalt und der spätere Betreiber, die Berliner Hafen und Lagerhaus-Gesellschaft (BEHALA) und weitere Partner haben mit der Elektra nicht nur ein Schiff, sondern ein ganzes Transportsystem inklusive Infrastruktur entwickelt. Das 20 Meter lange Boot allein kostet etwa 13 Millionen Euro. Letztes Jahr im November war die feierliche Kiellegung.

Beim Projektstart 2015 habe man anfangs noch in Erwägung gezogen, mit dem Umbau eines über 50 Jahres altes Schubschiffes sei es getan. „Doch beim Durchrechnen wurde sehr schnell klar: Das passt nicht richtig zusammen“, so Holbach zu float.

Zu unterschiedlich sind die technischen Anforderungen: Während beim konventionellen Antrieb Motor und Tankinhalt die wesentlichen Gewichte darstellen, müssen bei der Elektra Akkus, Brennstoffzelle und Wasserstofftanks ausgewogen im Rumpf verbaut werden.

Die Hecksektion der Elektra in der Schiffswerft Hermann Barthel
Die Hecksektion der Elektra erhält ihre Außenbeplankung © Uli Lücke

Früher enthielt ein Rumpf Beton

Zugleich muss der Schiffsboden achtern flach bleiben, um die Anströmung der Propeller nicht zu hemmen. Daher stehen die Wasserstoff-Druckbehälter – „Bündel“ genannt – zum Teil auf Deck. Bei klassischen Schubschiffen, insbesondere bei denen aus der DDR, wurde großzügig Beton untergebracht. Er diente als Ausgleich für das Gewicht des Antriebs.

Das kam für die Elektra nicht in Frage: „Wir wollen ja nicht die nächsten 30 Jahre Beton durch die Gegend fahren.“ Bei einem hybrid-elektrisch betriebenen Schiff ist die Energie kostbar und darf nicht sinnlos „verballert“ werden.

Zum Vergleich: Zwei- bis dreimal kann ein konventionelles Schubboot mit seinem vollen Dieseltank zwischen Berlin und Hamburg pendeln. Die Elektra schafft es immerhin einmal bis Hamburg, bevor sie wieder an die Strippe muss. Und selbst auf den ruhigen Berliner Gewässern und auf der Elbe kann es mal zu Gegenstrom kommen, in den Weiten der norddeutschen Tiefebene auch mal zu Gegenwind.

„Yachtbesitzern wäre das in aller Regel egal“, so Holbach. „Die machen einfach Motor und Tank größer.“ Aber das nachhaltige Schubboot soll mit dem auskommen, was da ist.

Einer von 30 Mitarbeitern der Schiffswerft Hermann Barthel
Schiffbauer Daniel Hannig wirft einen Blick auf die Baupläne der Elektra © Uli Lücke

Intelligente Technik steuert mit

Dafür enthält es intelligente Technik, die permanent den Energieverbrauch mit den Anforderungen abgleicht – und indirekt mitsteuert. Der Schiffsführer bekommt Empfehlungen. Wenn beispielsweise beim gewählten Tempo die nächste Schleuse nicht im offenen Zustand erreicht werden kann, gibt es einen Hinweis, die Fahrtgeschwindigkeit zu drosseln.

Selbsttätig eingreifen soll die Elektronik nicht – hier ist die Selbstverantwortung des Menschen gefragt. „Die Elektra benötigt zum Beispiel bei zehn km/h zweimal so viel Leistung wie bei 8,5 km/h und verbraucht somit entsprechend mehr Energie.“

Schubboot Elektra in der Schiffswerft Hermann Barthel an der Elbe
Im Hintergrund sind die Stahlrippen des Schiffsbodens zu sehen, der noch kopfüber in der Werfthalle steht © Uli Lücke

Rekuperation wurde nicht eingebaut

Was es dagegen nicht geben wird: Eine Energie-Rückgewinnung durch Rekuperation, wie es beim Saildrive von Segelyachten oder bei Elektroautos bei abgeschaltetem Antrieb genutzt wird.

Das hat das Team in Erwägung gezogen, dann jedoch verworfen: „So ein Schubverband fährt los und hört so schnell nicht auf zu fahren, das ergäbe etwa ein Prozent Rückgewinnung. Es lohnt den Aufwand nicht.“

Anders verhält es sich zum Beispiel bei Fähren, die regelmäßig pendeln und beim Anlegen über die Rekuperation abbremsen könnten – hier würde der Anteil rechnerisch bis zu 30 Prozent betragen.

Theorie bringt keine Entwicklung

So wächst in Derben an der Elbe nun ein Schiff heran, dass weltweit seinesgleichen sucht: Vieles an Bord des Unikats hat es so noch nicht gegeben. „Das hat eben auch Nachteile: Wenn etwas fehlt, können wir nicht einfach im Baumarkt Ersatz beschaffen.“

Wie das alles im Betrieb funktioniert? Professor Holbach weiß es auch noch nicht mit Bestimmtheit: „Wir brauchen eben die praktische Erfahrung.“ Er wird nicht müde zu betonen, dass mit Theorie allein keine Entwicklung zu machen sei: „Wir brauchen was zum Anfassen, zum Draufsitzen – sonst kauft es keiner.“

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Prof Gerd Holbach ist der Entwickler des Projekts © Kerstin Zillmer

Holbach kennt Praxis und Theorie

Dass Holbach etwas bauen kann, was im besten Fall den Auftakt zu marktfähigen Produkten bildet, begeistert den Ingenieur sichtlich. Es ist sein größtes Projekt, seit er Fachbereichsleiter an der Technischen Universität ist. Zuvor, als Schiffbauer in Flensburg, waren größere Schiffs-Konstruktionspläne auf seinem Reißbrett.

Er kennt also beide Seiten: Die des Praktikers, der den Termindruck des Kunden im Nacken hat, ebenso wie den des Visionärs im Elfenbeinturm. „Am Anfang hat uns die Branche ein bisschen belächelt, wie waren die Spinner in der Ecke.“

Doch seit die Elektra Gestalt annimmt, habe der Ton sich geändert: „Wir werden neuerdings eingeladen, man hört uns zu.“ Holbach ist überzeugt, dass die Sinnhaftigkeit von Umweltschutz und Nachhaltigkeit auch in der konservativen Transportbranche langsam durchdringen werde.

„Das Interesse wächst; es gibt bereits Firmen, die ihre Produkte ,grün‘ transportieren lassen möchten.“ Das kann die Elektra, wenngleich der Preis dafür noch relativ hoch ist.

Akkus so teuer wie ein Schubboot

Allein die 25 Tonnen schweren Lithium-Ionen-Akkus an Bord kosten aktuell etwa 2,5 Millionen Euro. „Dafür bekommen Sie heute ein ganzes Schubboot, aber in Super-de-Luxe-Ausführung.“ Allerdings wird später niemand die Elektra in dieser Ausführung benötigen: Sie ist ein Forschungsprojekt, ihre Kinder werden bereits ganz anders beschaffen sein.

So könnte die Elektra 2021 in den Berliner Westhafen einlaufen
Montage: So könnte die Elektra 2021 in den Berliner Westhafen einlaufen © TU Berlin

Allein der gewaltige Batterieblock wird in der industriellen Nutzung nicht notwendig sein: „Es geht uns um Tests, für ein Schubboot muss eigentlich kein so großer Stromspeicher an Bord sein.“

Schaffung einer Infrastruktur

Der Speicher wird aufs Land verlegt: Ein weiterer Teil des Projekts sieht die Schaffung einer Infrastruktur vor, um Wasserstoff und Strom zu tanken. Auch hier geht es voran: Im Berliner Westhafen und in Lüneburg (Niedersachsen) sind bereits solche Zapfpunkte in Vorbereitung.

Auch dieses Vorhaben ist aufwändig, denn mit einfachem Landstrom kommt die Elektra nicht weiter. Sie benötigt 125 bis 400 Ampere Ladeleistung, um ihren Block in minimal acht Stunden wieder voll zu machen.

Ein Schubboot hält 30 Jahre und länger

Das ist vergleichbar mit der Schnellladetechnik für Elektroautos – auch die ist von einem flächendeckenden Netz noch weit entfernt. Holbach zu float: „Man braucht Geduld. Das wird nicht in ein paar Tagen entstehen, sondern erst nach und nach.“ Reeder schaffen ein Schubboot für 30 Jahre oder länger an.

Darstellung des Elektra-Antriebs
570 PS Antriebsleistung haben die Propeller der Elektra, ihre Energie erhalten sie entweder durch Brennstoffzellen oder ausschließlich durch die riesigen Akkus © TU Berlin

So lange wird es auch dauern, bis die neue Technologie breite Anwendung findet. „Wenn der Staat jetzt noch vernünftige Spielregeln aufstellt, die eine Umstellung für die Reeder attraktiv machen, die sie fördern und fordern, dann muss sich das einfach durchsetzen.“

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