„nachhaltige technologien 01 | 2024"

Level - TRL) auf, andere sind noch theoretische Über- legungen oder Technologien im Labormaßstab. Ammoniak kann durch thermochemische, katalyti- sche Reaktionen erzeugt, oder durch Stripping rück- gewonnen werden. Die vorherrschende Produktions- methode basiert auf einer elektrothermochemischen Reaktion (Haber-Bosch-Synthese). Aufgrund des ho- hen Energiebedarfs der Primärsynthese von Ammo- niak werden Stripping-Technologien aus Sekundär- quellen wie Industrieabwässern oder industriellen Nebenprodukten als Rohstoff für die Ammoniak- erzeugung immer interessanter. Methanol wird mithilfe von Synthesegas (Reformgas aus Erd- und Biogas oder anderen Vergasungstech- nologien) synthetisiert oder durch die Vergasung von Kohle oder Biomasse hergestellt. Methanol un- terscheidet sich von Wasserstoff und Ammoniak vor allem dadurch, dass der enthaltene Energieträger Wasserstoff an Kohlenstoff gebunden ist und auch in konventionellen Verbrennungsmotoren als Zusatz verwendet werden kann. Bereitstellungspfade für erneuerbare Kraftstoffe Multikraftstoff-Festoxid-Brennstoffzellensysteme bieten gegenüber Einkraftstoffsystemen viele Vor- teile und sind daher für den Einsatz nachhaltiger Kraftstoffe attraktiv. Die Fähigkeit, mehrere Kraft- stoffe wie Wasserstoff, Ammoniak und Methanol aufzunehmen, sorgt für mehr Flexibilität und ver- ringert die Abhängigkeit von einer einzigen Kraft- stoffquelle oder Kraftstoffproduktionstechnologie, wodurch die Widerstandsfähigkeit und Vielseitigkeit des Antriebssystems deutlich erhöht wird. Darüber hinaus ermöglicht der Hochtemperaturbetrieb von Festoxid-Brennstoffzellensysteme bei 800-1000°C eine Kraft-Wärme-Kopplung und verbessert die Ge- samtsystemeffizienz, indem die erzeugte Wärme zum Beispiel für die Beheizung von Räumen oder den Warmwasserbedarf auf dem Schiff genutzt wird. Durch unterschiedliche Reaktionskinetik der einzel- nen Kraftstoffe weisen die Festoxid-Brennstoffzellen- Systeme verschiedene Effizienzen auf. Hier wurden vom Unternehmen AVL List GmbH erste System-Si- mulationen durchgeführt, die im Laufe des Projektes weiter optimiert und in realen Testphasen bestätigt werden müssen. Mit den in der Tabelle 1 gelisteten Werten konnten Kraftstoffpfade berechnet werden. Für die Machbarkeitsbeurteilung anhand von Leis- tungsindikatoren (engl. Key Performance Indica- tor - KPI) zur Bereitstellung der Multikraftstoffe sind Berechnungstools notwendig, um die am besten geeigneten Kombinationen von Rohstoffen, Produk- tionsmethoden, Transport, Lagerung, Bereitstellung und Betankung ausfindig zu machen. Es wurde daher eine modulare Berechnungsstruktur aufgebaut und KPIs entwickelt, die es ermöglichen, gezielt diverse Anwendungsfälle durchzurechnen und zu vergleichen. Für eine erste Veranschaulichung der Berechnungsmethodik und Anwendbarkeit der Modelle für unterschiedliche Kraftstoffpfade wurde eine exemplarische Schiffsflotte für einen mittel- großen europäischen Hafen angenommen (1 200 Schiffe, durchschnittlich 30,5 MW Antriebsleistung pro Schiff, 720 Volllaststunden der Schiffe). Mit den unterschiedlichen SOFC-System-Effizienzen ergeben sich die zu betankenden Kraftstoffmengen, die in weiterer Folge durch verschiedene Kraftstoffpfade bereitgestellt werden können. Die folgende Abbil- dung zeigt beispielsweise den Herstellpfad von Ammoniak mit Langzeit-Speicherung in ehemaligen Gaslagerstätten und Pipeline-Transport. "Das Projekt FuelSOME ist ein vielschichtiges Projekt, das Wissen von unterschiedlichen Expertengrup- pen erfordert. Unsere Partner arbeiten nicht nur an der Brennstoffzellen-Technologie, sondern auch an der Kraftstoff-Infrastruktur, der Lebenszyklusanalyse und technisch-wirtschaftlichen Aspekten zur Dekarbonisierung des maritimen Sektors. Gute Zusammenarbeit ist von entscheidender Bedeutung, um ein ganzheitliches Bild des gesamten Konzepts zu gewinnen." Vikrant Venkataraman, Development Engineer Hydraulics, Instrumentation and Test Systems, AVL List GmbH Foto: AVL Kraftstoff SOFC-System-Effizienz Wasserstoff 44 % Ammoniak 49 % Methanol 53 % Tabelle 1: SOFC-System-Effizienzen verschiedener Kraftstoffe (SOFC – Solid Oxide Fuel Cell) Quelle: AVL Kraftstoffpfad für Ammoniak – Transport via Pipeline, mit Langzeit-Speicherung Quelle: AEE INTEC Haber- Bosch Synthesis Pipeline 36 inches Depleted gas reservoir Hydrogen Solar Power Ammonia SOFC Ship Solar Power Wind Power PEM Electrolysis Hydrogen Air Water Purification Unit Pure Water Depleted gas reservoir