Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen Lars Langfeldt GL Your competitive edge. Take the lead through innovation

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1 Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen Lars Langfeldt GL Your competitive edge Take the lead through innovation

2 Inhalt 1. Brennstoffzellen Ein Überblick 2. Motivation emissionsarmer Betrieb 3. Treiber maritime Vorschriften und Richtlinien 4. Herausforderungen 5. Bisherige Anwendungen 6. Derzeitige Entwicklungen 7. Mögliches Marktpotential und Einführungsszenario 8. Zusammenfassung und Ausblick Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 2

3 Brennstoffzellen - Ein Überblick Vorteile geringe Emissionen geringe Lärmemissionen Hoher Wirkungsgrad geringe Vibrationen Nachteile Gewicht Bauvolumen Preis Brennstoffanforderungen Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 3

4 Motivation emissionsarmer Betrieb 0,08 g/kwhel 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 g/kwhel 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 FC (eta=45%; MGO < 0,2%S) NOx=0 CO=0 HC=0 FC (eta=55%; Hydrogen (H2)) 2,00 Type of Energy Conversion 0,00 Motor (eta=42%; HFO 1 %S) FC (eta=45%; MGO < 0,2%S) FC (eta=55%; Hydrogen (H2)) Type of Energy Conversion Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 4 NOx g/kwh CO g/kwh HC g/kwh

5 Treiber maritime Vorschriften und Richtlinien - Umweltrichtlinien Ostsee: MARPOL Annex VI Nordsee: MARPOL Annex VI EU Gewässer: Guideline 2005/33/EG 200 sm Zone um USA/CDN: MARPOL Annex VI Mittelmeer: in Diskussion Map Source: Auswärtiges Amt Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 5

6 Treiber maritime Vorschriften und Richtlinien Gas als Schiffsbrennstoff (MSC / IGF Code) Bisher war der Einsatz von Gas als Schiffsbrennstoff verboten Seit : MSC ermöglicht den Einsatz von Erdgas als Schiffsbrennstoff Bis 2014: Entwicklung des IGF-Codes für den Einsatz weitere Brennstoffe im internationalen Seeverkehr Maritime Brennstoffzellensysteme Der Germanische Lloyd hat die weltweit erste Richtlinie für maritime -Systeme in 2003 veröffentlicht class notation FC-xxx Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 6

7 Herausforderungen - Anpassung an maritime Umgebungsbedingungen - Seebewegungen / Schräglage und Beschleunigungen (Lagerung) Vibrationen durch parallel betriebene Dieselmaschinen (Dämpfung) Salz-, ölhaltige und feuchte Luft (Filtersysteme, Materialauswahl wg. Korrosion) Hohe Maschinenraumtemperaturen (Leistung und Wirkungsgrad müssen trotzdem erbracht werden) Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 7

8 Herausforderungen - Brennstoffe - Dieselkraftstoffe Die Entschwefelung ist techn. aufwendig. Der Restschwefelanteil von 10 ppm ist für -Anwendungen zu hoch Synthetischer Kraftstoffe (XTL) Die globale Verfügbarkeit ist derzeit noch schwierig. Methanol, LPG Gute Verfügbarkeit Als Brennstoff in der Seefahrt derzeit verboten LNG Gute Verfügbarkeit Verwendung als Brennstoff für Seeschiffe erlaubt Infrastruktur kommt über Gas als Schiffsbrennstoff in den Markt! Bild-Quelle: MAGALOG Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 8

9 Bisherige Anwendungen - Beispiele - Sportboote Fahrgastschiffe Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 9

10 Derzeitige Entwicklungen - Maritimes Leuchtturmprojekt e4ships - e4 Ships übersicht Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 10

11 e4ships - Das PaXell-Projekt - = Brennstoffzellenmodul Umsetzungsstufe Umsetzungsstufe Umsetzungsstufe 3& Designkonzepte und erste Tests für multiple Installationen von -Systemen (min. 500 kw pro Modul) Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 11

12 e4ships - Das Schi-Projekt - Entwicklung, Fertigung und Erprobung für ein maritimes - System (min. 500 kw pro Modul) Bereitstellung der Hilfsenergie von Yachten, kleinen Containerschiffen oder ähnlichen Schiffen Anlage soll mit synthetischem Diesel betrieben werden (Dieselreformierung) Einjährige Seeerprobung für 2013 geplant Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 12

13 Mögliches Einführungsszenario Tier III in ECA 0,5% S worldwide 0,1% S in SECA 2-Module-System Navy 1-Module-System Navy Multi-Module-Systems 3-Module-System per Ship 2-Module-System per Ship 1-Module-System per Ship Commercial Order PaXell Designs SchI Tests Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 13

14 Zusammenfassung Durch die bisherigen Erfahrungen und derzeitigen technischen Entwicklungen werden kurzfristig geeignete -Systeme für Seeschiffe zur Verfügung stehen. Mit LNG steht kurzfristig ein geeigneter Brennstoff für maritime -Anwendungen zur Verfügung. Mittelfristig werden maritime -Systeme einen Beitrag zur effizienten und emissionsarmen Bordstromversorgung von Seeschiffen leisten. Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 14

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

16 Mögliches Einführungsszenario Entwicklung: 2010 bis 2015 Entwicklung von geeigneten kw -Modulen Demonstration: 2015 bis 2020 Erste kommerzielle Aufträge für Entwicklungspartner Beginn der Marktdurchdringung: 2020 bis 2025 Basierend auf ersten Erfahrungen und der Kostenanpassung von - Systemen an Dieselgeneratoren öffnet sich der gesamte Seeschiffsmarkt für -Anwendungen Marktdurchdringung: 2025 bis 2030 Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 16

17 Herausforderungen - Brennstoffe - LNG Sehr gute Verfügbarkeit Verwendung als Brennstoff für Seeschiffe erlaubt Infrastruktur kommt über Gas als Schiffsbrennstoff in den Markt! Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 17 Bild-Quelle: MAGALOG

18 Bisherige Anwendungen - Alsterwasser - M M Propulsion (100 kw el) Energy Management & Battery FC-Systems H2-Storage (350 bar) E-Technics Bow Thruster (20 kw el) Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 18

19 Marktpotential Anfangsmärkte - Annahmen - Kreuzfahrtschiffe Ersatz von 100 % der 11 MW Hilfsenergie 9 Neubauten pro Jahr 2 % Überholungen pro Jahr Mega Yachten Ersatz von 100 % der 2 MW Hilfsenergie 7 Neubauten pro Jahr 5 % Überholungen pro Jahr RoRo-Schiffe Ersatz von 69 % der 5,1 MW Hilfsenergie 46 Neubauten pro Jahr 1 % Überholungen pro Jahr Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 19

20 Brennstoffzellen-Systeme: Ein Überblick Vorteile der Brennstoffzelle geringe Emissionen geringe Lärmemissionen Hoher Wirkungsgrad geringe Vibrationen Geeignete -Typen für den maritimen Einsatz Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC) hoher Entwicklungsstand Dynamische Lastprofile Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) und Solid Oxid Fuel Cells (SOFC) Hoher Wirkungsgrad Geringe Anforderungen an die Brennstoff- und Luftqualität Hohe Ablufttemperatur von 650 C C für Abwärmenutzung Brennstoffzellen in maritimen Anwendungen No. 20 Beispiel einer PEFC Quelle: Proton Motor Ergebnispräsenation Marktstudie "Brennstoffzellen-Systeme in der Seefahrt", GL HO No. 20