Methanol – der unterschätzte Kraftstoff

STENA GERMANICA fährt emissionsarm

Saubere Verbrennung, kostengünstig in der Herstellung, weltweit verfügbar und mit dem Potenzial, zu 100 % erneuerbar zu sein – Methanol erfüllt viele Kriterien für die Schifffahrtsindustrie, die mit der zunehmend dringenden Notwendigkeit der Dekarbonisierung ringt. Auch wenn die Umstellung einige Veränderungen an Bord mit sich bringt, ist die Modernisierung eine praktikable Option, wie die RoPax-Fähre STENA GERMANICA, die seit nun sechs Jahren erfolgreich mit Methanol betrieben wird, beweist.

Die maritime Industrie beobachtet zurzeit genau, was sie heute in ihren Tanks hat und was sie in Zukunft bunkern könnte, um Treibhausgas- und andere Emissionen zu reduzieren. Der Druck kommt von allen Seiten. Charterer erwarten von Schiffsbetreibern, dass sie ihnen bei der Dekarbonisierung ihrer Lieferketten helfen; Investoren und Finanzinstitutionen legen in ihren Entscheidungsprozessen immer mehr Gewicht auf Nachhaltigkeit; Mitarbeiter werden von der Aussicht angezogen, für ein nachhaltiges Unternehmen zu arbeiten; und moderne Verbraucher erwarten von Unternehmen, dass sie verantwortungsvoll handeln.

“Einer der sich abzeichnenden alternativen Wege zu einem dekarbonisierten Betrieb in Form von saubereren, „grüneren“ Zukunftskraftstoffen ist Methanol. Dieser einfach und kostengünstig hergestellte Industriealkohol ist ein vielversprechender Kraftstoff für praktisch alle Arten von Schiffen“, so Toni Stojcevski, General Manager, Sales, Project Services bei Wärtsilä.

“Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Methanol sind ideal für Verbrennungsmotoren und es hat hervorragende Zündeigenschaften”, erklärt er. “Es ist einer der besten alternativen Kraftstoffe, um die aktuellen und zukünftigen Emissionsziele in Bezug auf NOx, SO_X und Partikel zu erfüllen. Es gibt ein leicht verfügbares globales Angebot mit über 98 Millionen Tonnen, die jedes Jahr produziert werden, von denen 80 % bereits von Schiffen transportiert werden, und die Produktion ist leicht skalierbar, um den zukünftigen Bedarf zu decken.”

Eine bekannte Menge mit kohlenstoffneutralem Potenzial

Methanol wird seit über einem Jahrhundert verschifft, umgeschlagen und in industriellen Anwendungen eingesetzt; als zusätzlicher Bonus stellt es ein geringes Risiko für die Umwelt dar, da es sich in Wasser löst und schnell biologisch abbaut. “Da Methanol so weit verbreitet ist, gibt es in den meisten großen Häfen bereits Lager- und Umschlaganlagen, und da es bei atmosphärischem Druck flüssig ist, müssen die bestehenden Kraftstofflager und -umschlaganlagen nur geringfügig modifiziert werden, um es handhaben zu können”, betont Stojcevski.

Während heute der Hauptrohstoff für die Methanolproduktion Erdgas ist, kann Biomethanol aus alternativen Quellen wie der Forstwirtschaft oder anderen industriellen Abfallströmen hergestellt werden. Noch besser ist es, wenn „grünes“ Methanol aus Kohlendioxid, das zum Beispiel aus industriellen Quellen abgeschieden wird, sowie aus Wasserstoff. Vorteilhaft bei der Nutzung von Wasserstoff ist, dass die Energie zu seiner Gewinnung nicht unbedingt aus fossilen Energieträgern stammen muss. Auch Windenergie, Solarenergie oder Wasserkraft sind Primärenergien!

Was war bei der Umstellung zu beachten?

Wie bei jedem anderen Projekt zur Umstellung von Kraftstoffen gibt es auch bei der Umrüstung eines Schiffes auf Methanol mehrere Faktoren, die in der Planungs- und Konstruktionsphase berücksichtigt werden müssen. “In einer Machbarkeitsstudie verfolgten wir einen ganzheitlichen Ansatz, der jeden Aspekt berücksichtigt – die Motoren, Rohrleitungen, Bunker, Pumpen, Sicherheitssysteme usw. – um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen”, sagte Francesco Campagnolo, Senior Product Manager, Wärtsilä.

Die Umrüstung auf Methanol ist sowohl für die Haupt- als auch – auf größeren Schiffen – für die Hilfsmotoren eine praktikable Option. “Für die zusätzlichen Bunker zur Aufnahme des Methanol-Kraftstoffs wird Platz benötigt. Außerdem wird eine neue, parallele Kraftstoffleitung benötigt, die die Bunker mit dem Motor verbindet. All diese Aspekte berücksichtigen wir in der Konstruktionsphase”, sagt Campagnolo.

“Methanol schadet dem Ozean nicht, wenn es verschüttet wird, und kann daher in einwandigen Tanks gelagert werden. Das bedeutet, dass, ganz im Gegensatz zu LNG, wertvoller Stauraum für die Ladung eingespart wird, weil man zum Beispiel vorhandene Leerräume oder Ballasttanks für die Methanollagerung nutzen kann. Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass sich Methanol stark von HFO unterscheidet. Es ist ein Kraftstoff mit niedrigem Flammpunkt, so dass robuste Sicherheitssysteme und -verfahren, insbesondere im Hinblick auf Brandrisiken, sowie eine umfassende Schulung der Besatzungen das Kernstück eines jeden Umrüstungsprojekts sind”, fährt Campagnolo fort. “Die Eigenschaften von Methanol bedeuten, dass dem Kraftstoffeinspritzsystem besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden muss und dass sichergestellt werden muss, dass die Dichtungen richtig konstruiert sind, um Lecks zu verhindern.”

Was die praktische Durchführung des Umbaus betrifft, so können bei Schiffen mit mehreren Motoren die Ausfallzeiten minimiert werden, indem der Umbau während der Fahrt durchgeführt wird, während andererseits die Installation neuer Kraftstofftanks und Bunkerleitungen ein Schiff für einige Wochen außer Gefecht setzen kann.

Unterstützung von Stena Line bei der Realisierung einer Weltneuheit

Anfang 2015 führte ein gemeinsames Entwicklungsprojekt von Wärtsilä, Stena Line, dem Hafen von Göteborg und dem Hafen von Kiel mit Unterstützung der Methanex Corporation zum weltweit ersten Schiff, das mit Methanol betrieben wird: Die 240 Meter lange 24-MW-Ropax-Fähre STENA GERMANICA.

Der Antrieb

Das Schiff ist mit einem diesel-mechanischem Antrieb ausgerüstet. Das Kraftwerk besteht aus vier Wärtsilä-Sulzer Achtzylinder 4-Takt-Dieselmotoren, in Reihenkonfiguration, vom Typ 8ZAL 40S mit je 6.000 kW bei 510/min, von denen immer zwei über ein Siemens-Doppeleingangsgetriebe mit schaltbaren Kupplungen auf je einen Festpropeller von Kamewa arbeiten. Drei leistungsstarke Querstrahler (Kamewa) sowie zwei Becker-Ruder sorgen für optimale Manövriereigenschaften.

Anfänglich wurde nur ein Motor für die Nutzung von Methanol umgerüstet. Die Umbauarbeiten wurden auf der Remontowa-Werft in Polen durchgeführt. In der Werft wurde der Motor von einem mechanischen Einspritzsystem auf ein Common Rail Einspritzsystem umgerüstet. Nach und nach wurden die restlichen drei Hauptmotoren, während des normalen Fahrbetriebes, ebenfalls umgerüstet. Die Umrüstung beinhaltet den Tausch der Zylinderköpfe und den Einbau des CR-Systems.

Für den nun notwendigen hohen Kraftstoffdruck im CR-System sorgen, in einem separat angeordneten Pumpenraum, vier Hochdruckpumpen mit einem Betriebsdruck von 650 bar (für jeden Motor eine Pumpe). Die Kraftstoffleitungen von den Hochdruckpumpen zu den Motoren sind doppelwandig. Die Hauptmaschinen wurden an Bord so umgebaut, dass sie sowohl mit Methanol als auch mit herkömmlichen Schiffskraftstoffen betrieben werden können. Die STENA GERMANICA nahm Ende März 2015 die weltweit ersten mit Methanol betriebenen Fahrten zwischen Göteborg, Schweden, und Kiel, Deutschland, auf.

“Die RoPax-Fähre ist ein hervorragendes Beispiel für die Fähigkeit von Wärtsilä, innovative Systeme auf den Markt zu bringen, die die Effizienz steigern und die Umweltverträglichkeit unterstützen”, sagte Stojcevski. “Das Schiff hat nun sechs Jahre ununterbrochenen kommerziellen Betrieb ohne jegliche Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung von Methanol als Kraftstoff hinter sich. Die Umstellung auf Methanol hat die NO_X-Emissionen um 60 %, die SO_X-Emissionen um 99 % und die Partikelemissionen um 90 % reduziert. Wenn die Motoren nur mit Methanol betrieben werden, liegen sie 55% unter dem IMO Tier IIl NOx-Grenzwert, und mit diesem umweltfreundlichen Kraftstoff kann generell Tier III erreicht werden, ohne dass eine Abgasnachbehandlung erforderlich ist.”

“Der Besitz des weltweit ersten Schiffes, das Methanol als Kraftstoff verwendet, war ein großer Schritt auf unserem Weg, ein führendes Unternehmen im Bereich der nachhaltigen Schifffahrt zu werden, und wir freuen uns sehr über diesen Erfolg, da wir das sechsjährige Jubiläum des erfolgreichen Betriebs der STENA GERMANICA mit Methanol feiern“, sagte Carl-Johan Hagman, Leiter der Abteilung Schifffahrt & Fähren bei Stena AB

Das Projekt war ein wichtiger Meilenstein für Wärtsilä in seinem Bestreben, qualitativ hochwertige und zuverlässige Techniken zu entwickeln, die dazu beitragen, eine nachhaltige Zukunft für die Schifffahrt Wirklichkeit werden zu lassen. “Unser engagiertes Team hat den Kunden vom ersten Tag an unterstützt, und wir sammeln kontinuierlich wertvolle Daten von dem Schiff, um die Feinabstimmung und Verbesserung der Leistung zu unterstützen”, sagt Campagnolo. “Die Zusammenarbeit zwischen allen beteiligten Partnern verlief nahtlos, und wir haben auf dem Weg dorthin viele wertvolle Erkenntnisse gesammelt. Das umfangreiche Wissen und die Erfahrung, die wir aus diesem Projekt gewonnen haben, werden von unschätzbarem Wert sein, wenn wir weiterhin Systeme und Lösungen entwickeln, die die breitere Einführung von Methanol als Schiffskraftstoff unterstützen”, schließt Stojcevski.

Quelle: Wärtsilä; PPM Pressedienst Pospiech Maritim