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Sep 22, 2023

Wege zur Energiezukunft der Binnenwasserstraßen

„Es gibt keine Allheilmittel- oder Einhorn-Technologie“, um Emissionen zu senken, sagte Gary Sarrat von Caterpillar Marine. Stattdessen gibt es viele Möglichkeiten, bei denen es jeweils Kompromisse zu berücksichtigen gilt. Sarrat war

„Es gibt keine Allheilmittel- oder Einhorn-Technologie“, um Emissionen zu senken, sagte Gary Sarrat von Caterpillar Marine. Stattdessen gibt es viele Möglichkeiten, bei denen es jeweils Kompromisse zu berücksichtigen gilt.

Sarrat sprach vom 16. bis 17. August auf dem Sommersicherheitstreffen der American Waterways Operators in der Innenstadt von St. Louis über „Nachhaltigkeitslösungen für Schiffssegmente“. Das Treffen umfasste mehrere Panels und Präsentationen zum Thema grüne Technologien für die Binnenwasserstraßen, die alle voller Informationen waren. Mike Breslin, AWO-Direktor für Sicherheit und Nachhaltigkeit, stellte die Diskussionsteilnehmer und Redner vor.

Sarrat stellte fest, dass Caterpillar seine Kommunikation mit seinen Kunden über seine Forschungs- und Entwicklungsbemühungen im Bereich grüner Technologien und deren mögliche Bedeutung für sie intensiviert hat.

Sarrats Präsentation befasste sich mit Cat-Motoren-Upgrades, Dienstleistungen, Elektro- und Hybridantriebssträngen, Kraftstoffen mit geringerer CO2-Intensität und regulierten Emissionen. Er sagte, Unternehmen würden bei der Berechnung ihrer Kohlenstoffkreisläufe immer ausgefeilter. „Allein die Umstellung auf einen alternativen Kraftstoff bedeutet nicht immer weniger Emissionen“, sagte er. „Unter bestimmten Umständen kann Methanol einen Kohlenstoffkreislauf mit mehr Kohlenstoffemissionen haben als fossile Brennstoffe.“

Sarrat ging auf die Vor- und Nachteile und Kompromisse alternativer Kraftstoffe ein, von Biokraftstoffen und erneuerbarem Diesel bis hin zu Methanol, flüssigem Wasserstoff, komprimiertem Wasserstoff und batteriegespeichertem Strom. Er erklärte das Konzept der „volumetrischen Dichte“ oder der Energiemenge pro äquivalentem Volumen. Wasserstoff verursacht keine CO2-Emissionen, benötigt aber für die gleiche Energiemenge zehnmal mehr Volumen als Diesel. Selbst verflüssigter Wasserstoff benötigt immer noch das Fünffache des Volumens von Diesel. Es erfordert außerdem viel Energie, um es zu verflüssigen und kühl zu halten, was seine Gesamtkohlenstoffeffizienz verringert.

Die europäischen Länder haben große Investitionen in die Wasserstofftechnologie für den Einsatz im Meer getätigt.

Für Biokraftstoffe können Beimischungsgrenzen gelten. Erneuerbarer Diesel ist ein „Drop-in“-Kraftstoff, der keine Motormodifikationen erfordert. Biodiesel mag jedoch weder Wasser noch hohe Temperaturen und kann bei richtiger Handhabung Algen bilden.

Methanol hat die Hälfte des volumetrischen Wirkungsgrads von Diesel, d. h. es wird nur doppelt so viel Methanol benötigt, um die Energieausbeute von Diesel zu erreichen, und es ist bei Umgebungstemperatur flüssig. Im März 2022 gab Caterpillar bekannt, dass es kurz vor der Veröffentlichung von Dual-Fuel-Versionen seiner Schiffsmotoren der Serie 3500 steht, die mit Methanol betrieben werden können, sagte Sarrat. Die Serie 3500 ist die beliebteste Schiffsmotorplattform von Cat und wird auf einer Reihe von Schiffen eingesetzt. Cat wird außerdem innerhalb von fünf Jahren Upgrade-Kits für die Umstellung von Tier 4 3500-Motoren auf Dual-Fuel-Motoren herausbringen. Schließlich wird Caterpillar auch seine anderen Motorplattformen in Betracht ziehen.

Batterien erfordern ein robustes landgestütztes Schiff-zu-Land-Ladeökosystem. Ein potenziell vielversprechender grüner Technologiepfad für die Zukunft könnte darin bestehen, landgestützte Wasserstoffanlagen zum Laden von Schiffsbatterien zu nutzen.

Das Steuerungssystem sei der wichtigste Teil eines jeden Energiesystems, sagte Sarrat.

Ben Parrish, der bei Kirby Marine für Sonderprojekte und ESG-Initiativen verantwortlich ist – und ein „40 Under 40“-Gewinner der Inland Marine Expo 2018 – sprach über Kirbys Dual-Fuel-MV. Green Diamond soll in wenigen Wochen getauft werden. Der Name geht auf einen Namenswettbewerb zurück, bei dem 755 Beiträge von Kirby-Mitarbeitern und Designmitarbeitern SanJac Marine und Stewart & Stevenson eingereicht wurden.

Sein dieselelektrisches Kraftwerk wird von einer Batteriebank unterstützt. Einer der großen Vorteile eines batteriebetriebenen Schiffes ist „sofortiges Drehmoment ohne Erhöhung der Geschwindigkeit“, sagte Parrish. Aus diesem Grund ist der Akkubetrieb ideal für Manöver bei sehr niedriger Geschwindigkeit und im Nahbereich. Auch Steuermänner erhalten mit Batteriebetrieb ein breites Leistungsband. „Wir haben ein Team, das jetzt richtig Gas gibt“, sagte Parrish. Die Gashebel für Batteriebetrieb können so empfindlich sein, dass sie ausgiebig mit Radfahrern getestet werden müssen, um sie daran zu gewöhnen und die Bedienelemente zu kalibrieren. Batterien können die zwei- bis dreifache Sofortleistung eines herkömmlichen Motors liefern.

Der Green Diamond verfügt über redundante Stromversorgungssysteme, die bei Bedarf unabhängig und ohne Leistungsverlust betrieben werden können. Im Akkubetrieb ist der Betrieb leiser, wenn auch nicht ganz leise. Parrish zeigte ein Diagramm, das veranschaulichte, wie die Batterie in verschiedenen Betriebsmodi vom Entladen zum Wiederaufladen wechseln kann. Während Batterien für eine optimale Nutzung landbasierte Plug-in-Ladevorgänge benötigen, kann dieser Ladevorgang in Segmente unterteilt werden und muss nicht kontinuierlich erfolgen. Die Emissionseinsparungen können ohne Aufladen 30 Prozent und mit Dock-Aufladung bis zu 80 Prozent betragen.

Matt French, ein Gebietsbetriebsleiter bei ADM, stellte fest, dass die American River Transportation Company (ARTCo) sich mit Biokraftstoffen beschäftigt, weil die Muttergesellschaft ADM diese herstellt. ARTCo – das seit 51 Jahren tätig ist und derzeit über 29 Linienschiffe und 53 Flotten-/Hafenboote verfügt – begann 2003 auf dem MS mit der Untersuchung alternativer Drop-in-Kraftstoffe. Maria Evelyn. Das Unternehmen startete sein Repower-Programm vor 15 Jahren mit der Integration von Biokraftstoffen in seine Flotte.

Laut French gibt es derzeit 59 Biokraftstoff-Produktionsanlagen in 29 Bundesstaaten, die im vergangenen Jahr 2,087 Millionen Gallonen produzierten. Er stellte fest, dass ihre Standorte das Binnenflusssystem genau abbilden, da sie sich dort befinden, wo Nutzpflanzen angebaut werden, und wenn möglich auch den Wassertransport nutzen. Er sagte, ARTCo habe Schwierigkeiten gehabt, den Umgang mit Biokraftstoffen und erneuerbarem Diesel zu erlernen. Es wurde eine Mischanlage an Land mit computergestützter Mischanlage und einem Spülzyklus gebaut. Biokraftstoffe können eine reinigende Wirkung auf Rohrleitungen und Komponenten haben. Benutzer müssten die Filter zunächst möglicherweise häufiger wechseln, sagte er.

Letztes Jahr hatte ADM einen Biokraftstoffdurchsatz von 5,5 Millionen Gallonen. Es entwickelt ein Load-out-Biokraftstoffgeschäft für Bahn- und LKW-Kunden. Abschließend empfahl French das Smartway-Programm der EPA, das Unternehmen dazu ermutigt, ihre CO2-Daten freiwillig einzugeben, um sich mit anderen Verkehrsträgern, Unternehmen und Branchen zu vergleichen.

Sam Lewis, Vizepräsident für Nachhaltigkeit bei Southern Devall, begann als Matrose und fährt als Hobby Autorennen. Er sprach über die Zusammenarbeit seines Unternehmens mit einem Startup-Unternehmen namens Amogy, das einen proprietären tragbaren Ammoniak-„Cracker“ entwickelt hat, der den Wasserstoff in Ammoniak am Einsatzort freisetzt. Amogy, das zwölf Patente im Zusammenhang mit seiner Technologie angemeldet hat, macht auf seiner Website ein mutiges Versprechen: „Diese Technologie hat das Potenzial, nicht nur die Transportbranche, sondern den Energiesektor insgesamt zu revolutionieren.“ … Amogy wird es der Transportindustrie ermöglichen, bis 2050 vollständig zu dekarbonisieren, mit zusätzlichen Anwendungen bei der Dekarbonisierung der Strom- und Wasserstofferzeugung in großem Maßstab.“

Lewis stellte fest, dass Ammoniak, das aus drei Teilen Wasserstoff und einem Teil Stickstoff besteht, die dichteste und effizienteste Art ist, Wasserstoff zu transportieren und zu speichern. Der daraus resultierende Wasserstoffbrennstoff ist emissionsfrei und der freigesetzte Stickstoff entweicht in die Atmosphäre, die zu 70 Prozent aus Stickstoff besteht. Der proprietäre Cracker befindet sich in einer in sich geschlossenen Blackbox.

Am 22. Juni gab Amogy bekannt, dass ein ungenannter maritimer Kunde in Norwegen einen Vertrag über den Kauf von vier Crackern von Amogy für den Einsatz an Bord unterzeichnet hat. „Dies ist ein wichtiger Meilenstein auf unserem Weg zur Kommerzialisierung, und ich glaube, dass es anderen Reedern als Inspiration dienen wird, ihm zu folgen“, sagte Christian Berg, Geschäftsführer von Amogy Norwegen.

Das Konzept wird in einem Pilotprojekt für Southern Devall getestet, einem Lastkahn namens DCBL 57, der auf dem Brooklyn Navy Yard gebaut und getestet wird. Das Versprechen dieses Treibstoffs sei für Southern Devall besonders wichtig, sagte er, weil „wir Ammoniak vorantreiben“.

Ein Problem bei der Umwandlung von Ammoniak in Wasserstoff besteht darin, dass bei diesem Prozess viel Wärme freigesetzt wird, die abgeführt werden muss. Wasserstoffräume müssen ebenfalls entlüftet werden. Parrish wies darauf hin, dass die Küstenwache bei einigen Prototypen batteriebetriebener Boote stapelartige Entlüftungsstrukturen vorschreibt, die sich nach hinten erstrecken. Da um Bereiche, in denen hochentzündlicher Wasserstoff gelagert wird, eine Sperrzone von 30 Fuß gilt, dürfen Entlüftungsöffnungen nicht in der Nähe anderer Geräte wie Radargeräte angebracht werden, die einen Funken erzeugen könnten. Die Entlüftungsschächte sind derzeit ein limitierender Faktor bei der Konstruktion von Booten, die Wasserstoff verwenden.

Ein weiteres Problem, sagte Lewis, sei der gesamte Lebenszyklus der Brennstoffzellen. Die beim Cracken von Ammoniak entstehende Hitze kann Brennstoffzellenkomponenten schädigen, obwohl bei der Haltbarkeit der Materialien Fortschritte erzielt werden.

„Batterien sind die Zukunft“, sagte Lewis. Wie andere Redner warnte er: „Dieselmotoren werden nicht zu meinen Lebzeiten verschwinden, und vielleicht auch nicht zu den Lebzeiten meiner Kinder – aber irgendwann werden sie verschwinden.“