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2020 fährt die Elektra in Berlin © TU Berlin/EBMS
Forschung

Kiellegung für das erste emissionsfreie Schubboot

Baustart für das Schubboot „Elektra“, das ab 2020 mit Wasserstoff elektrisch von Berlin nach Hamburg fahren soll.

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Am Montag, den 4. November, wurde auf der Schiffswerft Hermann Barthel in Derben (Sachsen-Anhalt) das erste Bauteil der „Elektra“ feierlich kielgelegt. Das erste Kanalschubboot, das mit grünem Wasserstoff betrieben und elektrisch motorisiert ist, soll nächstes Jahr um die gleiche Zeit auf Berlins Wasserstraßen in den Probebetrieb gehen – komplett emissionsfrei.

„In ihrer Vorbildfunktion als weltweit erstes emissionsfreies Schubboot hat die Elektra diese kleine Feierlichkeit auf jeden Fall verdient“, eröffnete Prof. Gerd Holbach – Leiter des Projektes Elektra und des Fachgebietes Entwurf und Betrieb Maritimer Systeme an der TU Berlin, die Kiellegungszeremonie.

Elektra
Kiellegung in der Barthel Werft © TU Berlin

Nach einjähriger Erprobung im Raum Berlin soll die „Elektra“ im Schubverkehr zwischen Berlin nach Hamburg eingesetzt werden und dabei grünen Wasserstoff aus Windkraft als Energieträger tanken. NT-PEM Brennstoffzellen an Bord wandeln den Wasserstoff in elektrischen Strom um, der wiederum Elektromotoren antreibt. Überschüsse werden in Batterien gespeichert.

Corinna Barthel von der gleichnamigen Werft freut sich, dass dieses innovative Schiff auf ihrer Werft gebaut wird: „Ein emissionsfreies Schubboot, das ganz reguläre Transportarbeiten wie in der Berufsschifffahrt durchführt, ist ein großer Schritt nach vorn für umweltfreundliche Transporte in Deutschland.“

Das emissionsfreie Schubboot hat auch für den zukünftigen Eigner Behala (der Berliner Hafen- und Logistikdienstleister) Vorbildfunktion. Gleichzeitig muss die Elektra dieselben Anforderungen im laufenden Betrieb erfüllen wie ein konventionelles Schubboot. Auch die Betriebskosten sollen in vergleichbarer Größenordnung liegen wie bei einem konventionellen Schiff. Ebenso sollen Betriebszeiten, Geschwindigkeit und Reichweite auf dem europäischen Kanalnetz nicht zu wesentlichen Einschränkungen führen.

Wenn auch die Errichtung der Landstationen für elektrisch betriebene Binnenschiffe gelinge, habe diese emissionsfreie Antriebstechnik eine realistische Perspektive in der Binnenschifffahrt, so Behala. Denn die Elektra ist gerade deshalb so innovativ, weil das Energiekonzept auf die Fracht-, Personen- und Sportschifffahrt übertragbar ist.

Elektra
Das Energiesystem der Elektra © Behala

Altes Prinzip, modern umgesetzt

Mit seinem vollelektrischen, hybriden Antriebskonzept soll „das dynamische Zusammenwirken der Energiequellen im Hinblick auf die maximale Reichweite des Kanalbinnenschubboots erforscht und optimiert“ werden, schreibt die Nationale Organisation für Wasserstoff- und Brennstoffzellenenergie (NOW) auf ihrer Website. Sie koordiniert das Projekt „Elektra“. Das Bundesverkehrsministerium ist einer der größten Förderer.

Entwickelt und umgesetzt wurde es unter der Leitung von Prof. Gerd Holbach im Fachgebiet „Entwurf und Betrieb Maritimer Systeme“ an der Technischen Universität Berlin entwickelt. Wir haben im März mit ihm über alternative Energiesysteme und ihre praktische Umsetzbarkeit gesprochen.

Teltow
Prof. Holbach vor dem Entwurf der Elektra in der Werkstatt des Instituts © Kerstin Zillmer

Bei der Elektra nutzt man die Brennstoffzellentechnologie zur Basis-Energieversorgung des Antriebsstrangs. Spitzenlasten werden durch die Akkumulatoren bereitgestellt. Wasserstoff als Energiespeicher soll also in Zukunft auch eine Basis-Versorgung des Strombedarfs an Bord gewährleisten – ein Einsatzzweck, der in vielen Fachkreisen noch vor Kurzem als Utopie bezeichnet wurde. Die Brennstoffzellen werden nachhaltig mit grünem Wasserstoff aus Windparks betrieben.

Heute: Strom aus Brennstoffzellen

Brennstoffzellentechnologie wird an Bord von Großschiffen bis heute, wenn überhaupt, ausschließlich zur Deckung des Strombedarfs der Hotellasten von Kreuzfahrtschiffen am Kai in Hafenstädten genutzt. Ein Einsatz, der in Städten die Emissionsbelastung extrem verringern wird und keine Diesel- oder Schweröl-Emissionen mehr über die Anwohner niederrieseln lässt. Vorausgesetzt, möglichst viele Reeder der Großschifffahrt lassen sich auf dieses noch recht teure Prinzip ein.

Elektra
Ursus an der Laderampe © Behala

Doch Brennstoffzellentechnologie in Zusammenarbeit mit Akkumulatoren für den Lasten-Einsatz auf längeren Strecken? Damit ist die „Elektra“ ein echtes Novum. Zudem sollen mit dem Projekt Maßnahmen zum infrastrukturellen Aufbau für das Aufladen der Akkumulatoren mit Landstrom an Stromtankstellen getestet und schließlich eingerichtet werden. Bisher sind für diesen Energiebedarf noch keine E-Tankstellen auf dem Wasser vorhanden. Auf brauchbare Lösungen muss die Branche noch warten.

Von Berlin nach Hamburg Lasten mit Strom schieben

Also befährt die „Elektra“ komplettes Neuland: Sie soll mit ihren zu schiebenden Lastenträgern nicht nur kurze Strecken etwa innerhalb Berlins absolvieren, sondern auch Schwerguttransporte von Berlin nach Hamburg und zurück durchführen. Für die 395 km lange Route wird das Schubboot – je nach zu schiebender Tonnage – vier bis sechs Tage benötigen.

Hin und zurück soll die Strecke in zehn Tagen absolviert werden. Hier wird klar, dass mit der „Elektra“ regelrecht Feldforschung betrieben wird.

Für ihren Einsatz ist – auch bei der heute bereits weit fortgeschrittenen Akkumulatorentechnik respektive -kapazität – ein ausgeklügeltes Netz an Ladestationen notwendig. Dies ermöglicht dem Projekt-Boot und seinen Nachfolgern, ihre Akkus innerhalb von sieben bis acht Stunden, so die Vorgabezeit, wieder aufzufüllen. Ein Energiemanagementsystem wird dafür sorgen, dass die begrenzte Energie an Bord optimal genutzt wird. So ist die Konkurrenzfähigkeit gegenüber konventionell angetriebenen Schiffen gegeben, hoffen die Initiatoren.

Es wird eine Liegestelle auf der Route eingerichtet, voraussichtlich in Lüneburg, wo neue Wasserstoff-Tankmodule geladen werden können. Bisher ist nur eine Stromladestation im Westhafen geplant, deshalb wird auf der Strecke der Strom per Wasserstoff geliefert. Die „Elektra“ wird in erster Linie Gasturbinen von Siemens schieben. Die werden von dem Schwergutleichter Ursus aufgenommen – eine Spezialanfertigung mit 1.400 Tonnen Verdrängung und ebenso wie die „Elektra“ ein Unikat.

Schon 1903 gab es eine „Electra“

Teltow
© Schiffsbautechische Gesellschaft e.V.

Ganz neu ist Elektroantrieb auf dem Wasser allerdings auch nicht: Bereits 1839 wurde ein umgebautes Ruderboot von einem Elektromotor angetrieben, und 1886 erprobte Siemens sein erstes Passagier-Elektroboot namens „Electra“ auf der Spree.

Das „Akkumulatorenboot“ konnte damals 25 Passagiere befördern und war 14 km/h schnell. Es wurde unter anderem aufgrund von Protesten der Berliner Spree-Anwohner betrieben, die sich durch Ruß und Lärm der damals gängigen Dampfschiffe belästigt und bedroht fühlten. Eine Problematik und Argumentation, die sich bis heute bei Ozeanriesen mit Dieselantrieb kaum geändert hat – wie es im  float-Bericht Dicke Pötte unter Strom beschrieben.

Entsprechend ist – zumindest im Prinzip – auch das hybrid-elektrische Schubboot „Elektra“, dessen Stapellauf an der Elbe nahe Stendal für Ende 2020 geplant ist, alles andere als Zukunftsmusik. Sondern eher ein Potpourri aus einer vor über 110 Jahren gemachten Erfahrung, die – mit technischen Erneuerungen aufgepeppt – nun endlich ihren verdienten Erfolg feiern soll.

Eine Oberleitung für Schiffe

Elektra
Elektra fährt mit Strom aus Brennstoffzellen und Akkumulatoren © TU Berlin

Um noch einmal den Bogen zu den Anfängen der elektrischen Schifffahrt zu schlagen: Tatsächlich wird die moderne „Elektra“ zunächst nichts anderes als ein Schubboot sein, das seinen – notwendigerweise mächtigen – Vortrieb mittels Elektrizität erreicht. Eine Idee, die bereits 1903 mit dem Schleppschniff „Teltow“ auf dem Machnower See, einem Teilabschnitt des Teltow-Kanals im Süden Berlins, realisiert wurde.

Damals benötigte man ein derartiges Schleppschiff, damit die großen, auf dem Kanal verkehrenden Kohleschiffe mit ihrer enormen Verdrängung zwei neu gebaute anliegende Kraftwerke nicht beschädigten. Die „Teltow“ bezog ihren Strom aus Oberleitungen. Diese waren dem einst modernen und heute wieder diskutierten O-Bus-System nachempfunden. Sie versorgten den Schlepper entlang der Fahrtstrecke permanent mit Strom.

Technische Daten

Länge20,00 m
Breite8,20 m
Tiefgang1,25 m
Verdrängung160 t
E-Batterie8 h und 65 km
E-Hybrid16 h und 130 km
AkkusNNC
Antriebsleistung2 x 200 kW
Dienstgeschwindigkeit8,5 km/h

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