MAN ES ME-GI / -LGI – Motoren werden für Ammoniak angepasst
Während im Straßenverkehr die SUV’s eine immer dominierendere Rolle spielen, Automobilverbände sagen: „..wir sind gegen Geschwindigkeitsregulierungen“, einige PKW-Hersteller sich zu nahezu 100% auf elektrisch betriebene Autos konzentrieren (und damit keine nachhaltige CO2-Reduzierung erfolgen kann), steigt der Kraftstoffverbrauch einschließlich der CO2-Emissionen. Umweltverbände verdammen und polemisieren aus Unkenntnis den Verbrennungsmotor im Allgemeinen anstatt sich auf den Kraftstoff zu konzentrieren.
Viele Verbraucher gehen davon aus, dass E-Autos selbstverständlich umweltfreundlich seien. Was keinen Auspuff hat, kann ja die Umwelt nicht verschmutzen. Doch das ist ein Irrglaube. E-Autos stoßen zwar keine Emissionen aus während sie fahren, aber ihre Batterien beziehen die Energie immer noch aus dem Stromnetz. Dieser Strom wird noch überwiegend von Kohle oder anderen emissionserzeugenden Quellen gewonnen. Der Energiebedarf für die E-Autos wird also indirekt weiterhin für umweltschädigende Emissionen fossiler Brennstoffe sorgen.
Selbst wenn der Strom ausschließlich aus erneuerbaren Energiequellen käme, würden immer noch die Batterieabfälle die Umwelt belasten. Im Idealfall müssten Autos also ganz ohne oder zumindest mit deutlich kleineren Batterien fahren.
Also alles nur Lippenbekenntnisse?
Da sieht die Situation in der Schifffahrt wesentlich positiver aus.
So hat sich die IMO auf eine Reduzierung der CO2-Emissionen gegenüber dem Niveau von 2008 um 40 % im Jahr 2030 und 70 % im Jahr 2050 geeinigt. Ein erster Schritt zur Erreichung dieser Werte wird ein Wechsel zu alternativen Kraftstoffen sein, der die Dekarbonisierung fördert. Längerfristig unterstreicht dieses ehrgeizige Niveau auch die Notwendigkeit, die Verbrennung von klimaneutralen Kraftstoffen der Zukunft wie Ammoniak (NH3), Biomethanol (CH3OH), Bio-Erdgas (CH4), und weitere zu nutzen. Erdgas und Methanol sind bereits seit Jahren mehr und mehr als umweltfreundlicher Kraftstoff in der Schifffahrt verbreitet. Auffällig bei der Betrachtung dieser drei potentiellen Kraftstoffe ist der fehlende Kohlenstoffanteil beim Ammoniak. Da es keinen Kohlenstoff (C) enthält, entsteht bei der Verbrennung von Ammoniak weder Kohlenmonoxid (CO) noch Kohlendioxid (CO2), Kohlenwasserstoffe (HC) oder Ruß (Partikel).
Rene Sejer Laursen, Promotionsleiter für Dual-Fuel-Motoren, MAN Energy Solutions, sagt: „Kohlenstofffreie Kraftstoffe sind zwingend erforderlich, um die Emissionsgrenzwerte von 2050 einzuhalten, und unser ME-LGI-Motor ist gut positioniert, um diese kommende Nachfrage zu decken.“ MAN Energy Solutions gibt an, dass rund 3.000 Zweitaktmotoren der Marke MAN B&W sofort auf den Betrieb mit Ammoniak umgestellt werden können.
Und Pierre Sames, Group Technology & Research Director DNV GL, erklärte, dass beispielsweise Ammoniak einen weitaus größeren Anteil am Kraftstoffmix einnehmen wird als bislang angenommen. Ammoniak wird als „…die vielversprechendste klimaneutrale Kraftstoffoption für die Schifffahrt“ bezeichnet.
In die Reihe der Befürworter für Ammoniak als Schiffskraftstoff schließt sich nun die, nach eigenen Aussagen weltgrößte, dänische Reederei Maersk an. Der Schifffahrtskonzern fokussiert sich auf Ammoniak, Alkohol und Biomethan, um die Anstrengungen der Industrie auf die Entwicklung neuer Kraftstoffe und Infrastrukturen zu konzentrieren.
„Wir wissen, dass wir neue Kraftstoffe brauchen, weil wir sehen können, dass selbst bei einer Effizienzsteigerung von 60% bis 2030 die absoluten Emissionen der Schifffahrt immer noch hoch sind und nicht sinken werden“, sagte John Kornerup, Chefberater für Klimafragen bei Maersk anlässlich eines Gesprächs. „Die Dekarbonisierung der Schifffahrt wird einen Wandel der Kraftstoffe erfordern, und wir haben nur noch 11 Jahre Zeit, wenn wir bis 2030 Schiffe mit geringeren CO2-Emissionen in Betrieb haben wollen.“
Maersk sieht 2030 als Frist an, da sie bis 2050 die Dekarbonisierung aller Schiffe anstreben, was angesichts der Lebensdauer eines Schiffes erfordern würde, dass die ersten nicht fossil befeuerten Schiffe bis Ende des nächsten Jahrzehnts gebaut werden müssen.
Über Ammoniak
Ammoniak (NH3) ist eine Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff und einem gemeinsamen stickstoffhaltigen Abfall, insbesondere aus Wasserorganismen. Es ist auch bei der Synthese vieler pharmazeutischer Produkte und gewerblicher Reinigungsprodukte von Bedeutung. Obwohl Ammoniak in der Natur weit verbreitet ist, ist es in seiner konzentrierten Form sowohl ätzend als auch gefährlich.
Als Kraftstoff hat Ammoniak eine hohe Oktanzahl von 120 und eine niedrige Flammtemperatur, welche die Verwendung hoher Verdichtungsverhältnisse fördert, ohne einen Nachteil für eine hohe NOx-Produktion zu verursachen.
Molekulare Eigenschaften
Ammoniak besteht aus einem Stickstoff- und drei Wasserstoffatomen. Aufgrund seiner großen spezifischen Verdampfungsenthalpie von 1368 kJ/kg wird Ammoniak auch als Kältemittel eingesetzt. Vorteile sind seine geringe Entflammbarkeit, der nicht vorhandene Beitrag zum Treibhauseffekt oder zur Zerstörung der Ozonschicht sowie der Verwendungsbereich von -60 bis +100 °C. Nachteilig ist die Toxizität der Verbindung.
„Grünes“ Ammoniak
Weiterhin besteht das Potenzial, eine umweltfreundlichere Form von Ammoniak zu beziehen, indem Windparks zur Lieferung von „grünem Strom“ für die kohlenstofffreie Ammoniakproduktion genutzt werden. Ammoniak als grüner Kraftstoff, der mit umweltfreundlichen Energien erzeugt wird, weist eine Reihe von hervorragenden Eigenschaften auf, darunter:
* saubere Verbrennung ohne CO2– und Kohlenstoffemissionen;
* kann zu 100% durch elektrische Energie erzeugt werden;
* kann leicht zu Wasserstoff und Stickstoff reformiert werden;
* kann mit hoher Energiedichte bei < 20 bar gespeichert werden;
* hat ein geringes Risiko der Selbstentzündung;
* hat eine bessere Leistungsdichte als Hydrogen (Wasserstoff) und muss für die Lagerung oder den Transport nicht bei extrem niedrigen Temperaturen oder unter hohem Druck gehalten werden.
MAN Energy Solutions berichtet, dass sie bereits auf besonderes Interesse an dem vorgeschlagenen Ammoniakmotor der Windkraftanlagenhersteller gestoßen ist. Dieses Interesse passt gut zu der zukunftsweisenden Power-to-X Energieumwandlungstechik des Unternehmens. Dadurch wird der überschüssige Strom aus umweltfreundlichen Ressourcen in klimaneutrale synthetische Kraftstoffe wie Ammoniak umgewandelt, die gespeichert und später im Verkehrs-, Wärme- und Stromsektor genutzt werden können.
Die Ammoniakproduktion mit Windkraft ermöglicht es unter anderem, den Ausbau der Windkraftanlage von der Netzverfügbarkeit zu entkoppeln, sich gegen zukünftige, niedrige Strompreise abzusichern und das Variabilitätsproblem der Windkraftstromerzeugung maßstabsgerecht zu lösen.
Ammoniak ist ein langfristiger, grüner Brennstoff der keine Kohlenstoffquelle benötigt und dessen Produktion nur von geeigneten Anlagen und Windturbinen abhängig ist. Es kann auch in Rohrleitungen zu etwa einem Fünftel des Preises für den Stromtransport über die Stromleitung bewegt werden.
Die Entwicklung von Ammoniakmotoren kommentierte Laursen so: „In Bezug auf die Schifffahrt wird Ammoniak in erster Linie als potenzielle Kraftstoffquelle für Gastanker betrachtet, aber dies wird sich in Zukunft höchstwahrscheinlich auch auf andere Schiffstypen ausweiten. Ich glaube, dass MAN ES die Erste ist, die ihr Potenzial als Kraftstoff erkennt.“
Laursen sagte, dass sein Unternehmen bereits erfolgreich eine Gefahrenidentifizierungsstudie (HAZID) in Zusammenarbeit mit der Klassifikationsgesellschaft DNV GL, dem Hersteller von Brenngasversorgungssystemen Babcock LGE und dem Reeder Navigator Gas durchgeführt hat, um alle Sicherheitsprobleme zu identifizieren, die es zu lösen gilt.
Der nächste Schritt des Unternehmens besteht darin, die Genehmigung eines Flaggenstaates – wahrscheinlich Norwegen – einzuholen um Ammoniak als Schiffskraftstoff zu verwenden, was angesichts der Tatsache, dass das Unternehmen dies erfolgreich mit Methanol, Ethan und LNG getan hat, nicht als problematisch angesehen wird.
Laursen: „Ammoniak wird seit vielen Jahren als Kältemittel auf Schiffen eingesetzt, so dass es bereits Codes für den Umgang mit ihm gibt, obwohl er giftig ist. Es gibt noch einige Probleme, die wir aber kurzfristig lösen werden.“
Er schätzt die Entwicklungszeit für den Motor auf zwei bis drei Jahre – wird etwa 5 Millionen Euro kosten, und erklärte beiläufig, dass Zweitaktmotoren langfristig weiterhin die führende Art von Schiffsantrieben sein werden.
Er ist jedoch der Ansicht, wie viele andere seriöse Akteure auf diesem Gebiet, dass kohlenstofffreie Kraftstoffe wie Ammoniak, Methanol und Biokraftstoffe für den Markt immer wichtiger werden.
