STORY Power Generation

Energie aus Wasserstoff für die Hafenlogistik der Zukunft

Veröffentlicht am 14 April 2022 von Peter Thomas, Bilder von Duisport, Rolls-Royce Power Systems

Im Duisburger Hafen entsteht das erste Comtainerterminal im europäischen Binnenladne, das mit mtu-Wasserstofflösungen klimaneutral betrieben wird.
Duisburg, Germany
Am Duisburger Hafen entsteht ein neues Leuchtturmprojekt der dezentralen, klimaneutralen Energieerzeugung – und das nicht irgendwo, sondern auf der Kohleninsel, wo noch bis zum Jahr 2020 Steinkohle umgeschlagen wurde. Dort, wo die Rohstoffe für fossilen Strom in großen Bergen schon aus der Ferne zu sehen waren, sollen bald Brennstoffzellen und Wasserstoff-Blockheizkraftwerke grünen Strom und Wärme erzeugen. Deutlicher kann man die Energiewende nicht darstellen.    

Ab dem Jahr 2023 soll das Duisburg Gateway Terminal (DGT) den Betrieb als größtes trimodales (Schiff, Bahn und Lastwagen) Containerterminal Europas im Binnenland aufnehmen. Die kohlendioxidneutrale Energieversorgung des Terminals wird derzeit in dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Forschungsprojekt Enerport II bis zum Jahr 2025 vorangetrieben. Kooperationspartner des Hafensbetreibers Duisport sind neben Rolls-Royce Power Systems auch das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht) und Energieversorger aus der Region.

Energie wird vor Ort CO2-neutral erzeugt

Die im Hafen selbst benötigte elektrische Energie wird künftig zum Großteil direkt am Ort bedarfsgerecht aus Wasserstoff erzeugt. Dafür sorgen zwei Blockheizkraftwerke mit mtu-Wasserstoffmotoren der Baureihe 4000 (installierte Leistung insgesamt 2 Megawatt) sowie drei mtu-Brennstoffzellensysteme (installierte Leistung insgesamt 1,5 Megawatt). „Mit unseren Anlagen können wir sowohl die Grundlast wie auch Lastspitzen abdecken“, sagt Armin Fürderer, Leiter nachhaltige Kundenlösungen bei Rolls-Royce Power Systems.  

Der Geschäftsbereich Power Systems von Rolls-Royce liefert dazu seine neueste mtu-Wasserstofftechnologie, um das künftige Terminal nachhaltig mit elektrischer Energie und Wärme zu versorgen: Brennstoffzellen-Lösungen für die elektrische Spitzenlastabdeckung sowie Wasserstoff-Blockheizkraftwerke.

Die Rollen der Technologien sind klar aufgeteilt, erläutert der Elektroningenieur: Die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC), an deren Einsatz für solche Projekte Rolls-Royce seit drei Jahren intensiv arbeitet, reagieren flexibel auf schwankenden Energiebedarf. „Brennstoffzellen lassen sich sehr dynamisch fahren und können optimal Spitzen in der Last abdecken“, sagt Fürderer.  

Brennstoffzellensysteme und Wasserstoff-Blockheizkraftwerke werden marktreif

Seit rund drei Jahren überführt Rolls-Royce Power Systems wasserstoffbasierte Technologie in konkrete Produkte, die Brennstoffzellensysteme im Megawattbereich hat Rolls-Royce gegen Ende des Jahres 2021 auf der UN-Klimakonferenz COP26 in Glasgow erstmals vorgestellt.  

Die beiden Blockheizkraftwerke (BHKW) mit mtu-Wasserstoffmotoren der Baureihe 4000 werden vor allem konstant elektrische Energie liefern. Die Wärme, die beim Verbrennungsprozess entsteht, wird für das Duisburger Nahwärmenetz zur Verfügung gestellt. Diese besonders effiziente Sektorkopplung ist möglich, weil der Duisburger Hafen in Stadtnähe liegt. Technisch bauen die BHKW auf einer langjährigen Kernkompetenz von Rolls-Royce Power Systems auf: „Wir entwickeln und liefern seit Jahrzehnten mit Erdgas betriebene BHKW“, sagt Armin Fürderer. Wie der fossile Energieträger Erdgas wird auch das Wasserstoffgas vom Motor in einer Ottoverbrennung in mechanische und thermische Energie umgewandelt. „Die Motoren müssen natürlich technisch modifiziert werden, speziell die Verbrennung muss angepasst werden“, erläutert der Leiter mtu-Wasserstofflösungen. Neben dem Betrieb mit Wasserstoff ist auch der Einsatz von hydrierten Pflanzenölen (HVO) als umweltfreundlicher Treibstoff in Blockheizkraftwerken bald möglich.

Wasserstoff als Energielösung für Binnenhäfen: Ein Microgrid auf der Basis von erneuerbaren Energien mit wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen für Not- und Spitzenstrom sowie mit Wasserstoff-Verbrennungsmotoren (hier eine prinzipielle Darstellung) wird den besonderen Energieanforderungen von Hafenanlagen gerecht.

Wasserstoff ermöglicht CO2-freie Containerlogistik

Die Liste der Anwendungen, die im neuen Duisburger Terminal mit Strom aus Wasserstoff laufen sollen, ist lang: Die Landstromversorgung der Schiffe gehört genauso dazu wie das Löschen, Lagern und Umschlagen der Container. Um diese Prozesse möglichst schlank zu halten, setzt der Hafenbetreiber auf einen Betrieb ohne klassische Fahrzeuge für die Containerlogistik im Terminal selbst. Stattdessen übernehmen die elektrisch betriebenen Containerbrücken das Löschen der standardisierten Metallboxen, deren Platzierung auf den Lagerflächen und die Verladung auf Bahn und Lkw.  

Spannend für Rolls-Royce Power Systems ist das Projekt auch, weil das gesamte System im Betrieb wachsen wird. Sollte der Hafen vergrößert werden, können auch die mtu-Energieerzeugungssysteme schnell erweitert werden. Bei sonst üblichen zentralen Netzanschlüssen ist dies kurzfristig nicht möglich.  Auch die Infrastruktur zur Versorgung des Terminals mit Wasserstoff soll wachsen. Zunächst wird dieser Energieträger in Flaschenbündel-Trailern auf der Straße angeliefert, später sollen Tankwagen auf der Schiene sowie Tankschiffe dazukommen. Mittelfristig will Duisport aber nur „grünen Wasserstoff“ über Pipelines beziehen. Das Gas soll möglichst in der Region durch Elektrolyse mit Erneuerbaren Energien wie Windkraft und Photovoltaik erzeugt werden. Aber Duisport will nicht nur Abnehmer von umweltfreundlich erzeugtem Wasserstoff sein, sondern auch Umschlagplatz für diesen Energieträger der Zukunft werden.Beacon project for ports around the globe

Leuchtturmprojekt hat Vorbildcharakter für Hafen weltweit

Für Rolls-Royce Power Systems hat das Projekt in Duisburg Vorbildcharakter auch über Binnenhäfen hinaus, sagt Armin Fürderer: „Die vernetzte Anwendung im Duisburger Hafen können wir auf Containerhäfen an der See ebenso übertragen wie auf Kreuzfahrtterminals“, erklärt der Ingenieur. Der Bedarf sei da, denn viele Häfen wollten ihre Leistungsfähigkeit erhöhen, während sich die elektrische Netzanschlusskapazität nur schwer hochskalieren lasse.  

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