April 2020 in Kopenhagen: Ankunft des neuen 2-Takt-Versuchsmotors aus Südkorea, der für die Ammoniak-Untersuchungen dienen wird (Foto Research Center Copenhagen (RCC))

 

 

 Ammoniak-Motor  (AEngine-Projekt)

 

 „Heute haben wir die Chance, die Schifffahrtsindustrie und ihre Umweltauswirkungen auf globaler Ebene zu verändern,“

 

– sagte Brian Østergaard Sørensen, der Leiter der Zweitakt-Forschung und -Entwicklung   im Research Center Copenhagen (RCC) im Hinblick auf das AEngine-Projekt.

 

Im AEngine-Projekt werden mit Ammoniak als Kraftstoff betriebene Zweitaktmotoren für den Schiffsantrieb untersucht. Da Ammoniak ((NH3) keinen Kohlenstoff (C) enthält, entsteht bei der Verbrennung von Ammoniak kein Kohlenmonoxid (CO), kein Kohlendioxid (CO2) sowie keine Kohlenwasserstoffe (HC) oder Ruß (Partikel).

 

Neben Ammoniak-Motoren wird auch an Ammoniak-Brennstoffzellen für die Schifffahrt gearbeitet.

 

siehe auch: Alternative Kraftstoffe in der Seeschifffahrt

  Maersk will 2023 mit der CO2-neutralen Schifffahrt beginnen

 

 

Von der A.P. Møller Foundation wurden am 23. Februar 2021 mit einer Spende von 60 Mio. $ das Mærsk Mc-Kinney Møller Center for Zero Carbon Shipping ins Leben gerufen. Damit soll sollen "neue Kraftstoffarten und Technologien entwickelt werden", um den maritimen Sektor zu dekarbonisieren.

 

Beteiligt sind sieben Gründungsmitglieder: ABS, A.P. Moller - Maersk, Cargill, MAN Energy Solutions, Mitsubishi Heavy Industries, die Reederei NYK Lines und Siemens Energy.

 

MAN-Vorstand bei der Übernahme des Motorenbereichs von Burmeister & Wain in Dänemark durch die damalige M.A.N. (Quelle MAN)

 

MAN Energy Solutions

Im Februar 1981 wurde das Unternehmen MAN B&W Diesel offiziell gegründet. Vorangegangen war die Übernahme des Motorenbereichs von Burmeister & Wain (B&W) in Dänemark durch die damalige M.A.N.

 

Im März 2010 entstand aus der Fusion der beiden ehemaligen MAN-Unternehmen MAN Diesel SE und MAN Turbo AG die MAN Diesel & Turbo. 2018 wurde daraus die MAN Energy Solutions und inzwischen ist das Unternehmen eine Tochter der Volkswagen AG. MAN Energy Solutionsinist Augsburg ist u. a. Anbieter von Großdieselmotoren und Turbomaschinen für maritime und stationäre Anwendungen und der Sitz ist nach wie vor Augsburg.

 

Das Unternehmen entwickelt die Zweitaktmotoren mit  Nennleistungen bis 87.000 kW in Kopenhagen und die Viertaktmotoren in Augsburg.  Die Motoren werden vorwiegend von Lizenznehmern mit Schwerpunkt China, Südkorea und Japan gefertigt

 

MAN Energy Solutions beschäftigt rund 14.400 Mitarbeiter an mehr als 100 internationalen Standorten, insbesondere in Deutschland, Dänemark, Frankreich, der Schweiz, der Tschechischen Republik, Indien und in China.

 

 

MAN Energy Solutions

MAN Energy Solutions ist ein Unternehmen aus dem Geschäftsfeld Power Engineering der MAN SE, die seit 2011 eine Tochter der Volkswagen AG ist. Die MAN Energy Solutions SE entstand im März 2010 aus der Fusion der beiden ehemaligen MAN-Unternehmen MAN Diesel SE und MAN Turbo AG unter dem Namen MAN Diesel & Turbo SE. Im Jahr 2013 erwirtschaftete die damalige MAN Diesel & Turbo SE einen Umsatz von 3,4 Mrd. Euro. Im Juni 2018 wurde der Name des Unternehmens in MAN Energy Solutions SE geändert.[3][2]

CSSC-MES Diesel in China, Blick auf den Bau von langsamlaufenden 2-Takt-Dieselmotoren zum Schiffsantrieb (Foto MAN Energy Solutions)

 

Langsamlaufende 2-Takt- Schiffsdieselmotoren

Vorzugsweise in Südkorea, China und Japan werden die großen langsamlaufenden Schiffsantriebsmaschinen in Lizenz von MAN Energy Solutiont gebaut. In Kopenhagen befinden sich die Konstruktionsbüros, Versuchseinrichtungen und Prüfstände für die Prototypen-Entwicklung.

 

CSSC-MES Diesel begann im Juli 2007 mit der Produktion, und der erste Dieselmotor wurde Ende 2007 hergestellt. Heute ist das Unternehmen einer der größten Hersteller weltweit.

 

 Projekt „AmmoniaMot“ - Industriekonsortium entwickelt Mittelschnellläufer mit Ammoniakantrieb

 

 lautete die MAN Pressenotiz am Mittwoch den 7. April 2021.

 

MAN Energy Solutions hat mit dem Projekt „AmmoniaMot“ begonnen. Das von MAN mit Partnern aus Industrie und Forschung initiierte Projekt hat zum Ziel, die zur Herstellung eines Dual-Fuel-Motors für mittlere Drehzahlen erforderlichen Entwicklungsschritte durchzuführen. Der Motor soll sowohl mit Dieselkraftstoff als auch Ammoniak betrieben werden.

 

Hintergrund ist die Dekarbonisierung der Schifffahrt, die von der IMO bis 2050 zu 50% zugesagt wurde.

 

Zu den Projektpartnern gehören die Technische Universität München sowie die Unternehmen Neptun Ship Design in Rostock, WTZ in Roßlau (Vorläufer des heutigen WTZ Roßlau war das 1952 von ehemaligen Junkers-Ingenieuren gegründete Konstruktions- und Entwicklungsbüro Dieselmotoren Roßlau) und Woodward L'Orange. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert und hat eine Laufzeit von drei Jahren, beginnend im Dezember 2020.

  

Der MAN-Viertaktmotor 12V45/60CR leistet 15,600 kW bei 600 rpm. © MAN

 

Zu den Projektpartnern gehören die Technische Universität München sowie die Unternehmen Neptun Ship Design in Rostock, WTZ (Vorläufer des heutigen WTZ Roßlau war das 1952 von ehemaligen Junkers-Ingenieuren gegründete Konstruktions- und Entwicklungsbüro Dieselmotoren Roßlau) sowie .Woodward L'Orange in Stuttgart. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert und hat eine Laufzeit von drei Jahren, beginnend im Dezember 2020.

 

 

 

Verladung des 2-Takt Versuchsmotor bei MAN in Kopenhagen

 

 

 

Grünes Ammoniak

 

Neuerdings kommt  Ammoniak  als ein weiterer alternativer Kraftstoff ins Gespräch, denn Ammoniak besitzt interessante Eigenschaften.  Es ist ein hervorragender kohlenstofffreier Energiespeicher, kann leicht verflüssigt werden und verfügt über eine dem Methanol, dem anderen alternativen Brennstoff, vergleichbare  Energiedichfte.

 

Weltweit wird Ammoniak bisher zu rund  80 %  genutzt, um mineralischen Stickstoffdünger herzustellen und die Herstellung ist in der Regel mit einem großen energetischen Aufwand verbunden, woraus sich   hohenEmissionen von Treibhausgasen ergeben.

 

Das macht grünes Ammoniak wertvoll für den Einsatz als kommenden Dünger und besonders als Brennstoff in zukünftigen Antriebsanlagen. Diese Anwendung wird in Europa und Japan derzeit untersucht, sie wird in den kommenden Jahren für die Schifffahrt und sicher auch für die Luftfahrt eine hohe Priorität erhalten.

 

Vorteile von Ammoniak

Leicht transportfähig per Schiff und Pipeline.

Entflammbarkeit geringer als Heizöl, geringe Explosionsgefahr.

Da Ammoniak sehr häufig z. B. als Dünge- oder umweltfreundliches Kältemittel eingesetzt wird, sind die Herstellung und der Umgang eingeübt.

Der Vorteil gegenüber Wasserstoff ist die bessere Speicher- und Transportierbarkeit aufgrund der höheren Energiedichte.

Der Vorteil gegenüber Methan ist, dass Ammoniak kein Treibhausgas ist, während Methan häufig in die Umwelt entweicht und dort ca. 20- bis 25-mal schädlicher ist als CO2.

 

Ein weiterer Vorteil gegenüber Methan ist, dass Stickstoff aus der Luft einfach und kostengünstig abgetrennt werden kann. Bei der Methansynthese würde hingegen eine Kohlendioxidquelle benötigt werden. Eine Abtrennung von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft zur klimaneutralen Herstellung anderer, kohlenstoffhaltiger Brennstoffe ist wegen der geringen Konzentration von Kohlendioxid in der Luft derzeit nicht kostengünstig möglich.

 

Nachteile von Ammoniak

Gefahrstoff, giftiges und ätzendes Gas. Vergiftungen sind aber eher selten, weil Menschen wegen des stechenden Geruches bereits bei geringen Konzentrationen aus der Gefahrenzone flüchten.

Geringere Energiedichte als Benzin.

Bei Normaldruck gasförmig.

Bei der Nutzung als Kraftstoff soll es zu einem gewissen Ammoniakschlupf kommen, also geringe Mengen ungenützt im Abgas verkommen, die allerdings mithilfe eines Ammoniakschlupfkatalysators zu unschädlichen Produkten Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) oxidiert werden können sollen.

Bei der Umwandlung in nutzbare Energie durch Verbrennung entstehen schädliche Stickoxide.

 

 

Mit dem  Projekt CarboChem soll aus Hüttengasen Methanol und Ammoniak hergestellt werden. Rund  20 Millionen Tonnen des jährlichen deutschen CO2-Ausstoßes der Stahlbranche sollen wirtschaftlich nutzbar werden.

 

Ammoniak aus Abgas von Stahlwerken

Abgas oder im Fachbegriff Hüttengas enthält unter anderem Wasserstoff und Stickstoff und aus Stickstoff und Wasserstoff soll Ammoniak hergestellt werden.

 

Kohlenstoff kommt in Hüttengas ebenfalls in großen Mengen als Kohlenmonoxid (CO), als Kohlendioxid (CO2) und als Methan (CH4) vor. Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff sind die Basis für zahlreiche chemische Produkte. Hüttengas besteht aus 44 Prozent Stickstoff, 23 Prozent Kohlenstoffmonoxid, 21 Prozent Kohlendioxid, 10 Prozent Wasserstoff und zwei Prozent Methan und aus Stickstoff und Wasserstoff soll Ammoniak hergestellt werden.

 

Die Partner aus Wissenschaft und Industrie schlagen mit "Carbon2Chem" eine Brücke von der Grundlagenforschung in den Markt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung förderte das Projekt mit mehr als 60 Millionen Euro in der ersten Phase. Für die zweite Phase werden weitere 75 Millionen Euro durch das BMBF bereitgestellt. Die beteiligten Partner planen Investitionen von mehr als 100 Millionen Euro bis 2025. Für die langfristige kommerzielle Realisierung haben sie mehr als eine Milliarde Euro vorgesehen.

 

 

Welche Treibstoffe nutzt die zukünftige Schifffahrt (Quelle DVZ)

 

Der DNV erwartet, dass Ammoniak bis 2050 in der Schifffahrt etwa 30% der Treibstoffe ausmachen wird. Andere Fachleute rechnen mit rund 25%. Schiffe haben eine Lebensdauer von 20-30 Jahre. Daher ist anzunehmen, dass sich die Reeder bei kommenden Neubauten oft für einen der CO2-optimierten Dual-Fuel-Motor entscheiden werden, um flexibel zu sein.

 

Wie die Motorhersteller bereiten sich auch die Zulieferer der Werftindustrie bereits heute auf eine größere Vielfalt bei den Treibstoffen vor. Für die Häfen gilt schon heute, dass sie sich mit entsprechenden Bunkmöglichkeiten auseinander setzen müssen, um das LNG-Debakel zu vermeiden.

 

 Der Schlepper wird derzeit in Japan konstruiert (Foto NYK)

 

Die  Viking Energy soll zukünftig mit einer Ammoniak-Brennstoffzelle ausgestattet werden

 

Equinor hat mit der Reedereigruppe Eidesvik Offshore einen Vertrag über den Umbau der Antriebsanlage  des Versorgungsschiffs Viking Energy unterzeichnet, um als Kraftstoff kohlenstofffreies Ammoniak in einer Brennstoffzelle zu erproben. Das Schiff hat daneben eine dieselelektrische Antriebsanlage mit Akkus als Stromspeicher, nutzt LNG als Kraftstoff und wird auf dem norwegischen Kontinentalschelf eingesetzt. Es ist geplant, mit Ammoniak 60 bis 70 Prozent des Strombedarfs an Bord für einen Testzeitraum von einem Jahr zu produzieren.

 

Diese Forschungen werden im Rahmen des europäischen Innovationsprojekts ShipFC durchgeführt, einem Konsortium aus 14 europäischen Unternehmen und Institutionen, das von NCE Maritime Cleantech koordiniert wird.

 

Auch die japanischen Unternehmen Nippon Yusen Kaisha, IHI Motor Co. und Nippon Kaiji Kyokai arbeiten in einer gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsgemeinschaft an einen mit Ammoniak betriebenen Schlepper. Das Ziel ist die Einführung von Ammoniak als Schiffskraftstoff, dass im ersten Schritt an einem Schlepper für den emissionsfreien Betrieb erprobt wird.

 

 

 

 

 

 

 

 Offshore Versorger Viking Energy (Foto Eidesvik)

 

 

 

 

 

 

 Ammoniak in der Schifffahrt

 

Ammoniak wurde seit 1870 auf Schiffen als Kältemittel  eingesetzt, in den 1970 Jahren für die Schifffahrt verboten und durch FCKW-haltige Kältemittel ersetzt. Erst als festgestellt wurde, dass man den Teufel durch den Beelzebub ausgetrieben hatte, denn die neuen Kältemittel zerstörten die Ozonschicht, wurde Ammoniak in der Schifffahrt wieder zugelassen.

 

Die in Dänemark gebaute Kühlschiffsserie  der Barrington-Klasse waren die ersten Kühlschiffe, die wieder mit Ammoniak als Kältemittel abgeliefert wurden. Seitdem gibt es in der Werftindustrie wieder Erfahrungen mit diesem Stoff als Kältemittel und demnächst als Treibstoff.

 Die Kühlschiffe der Albemarle-Island-Klasse mit Ammoniak-Kälteanlagen in Hamburg (Foto Dr. Hochhaus)

 

Literatur, Quellen

Karl-Heinz Hochhaus: Die fünf Noboa-Schiffe von Danyard. Schiff & Hafen Nr. 7/1994 von Seite 30 bis 32

 

Pospiech, Peter: Wärtsilä forciert Tests mit Ammoniak als Schiffskraftstoff; 30. März 2020 in https://veus-shipping.com/2020/03/waertsilae-forciert-tests-mit-ammoniak-als-schiffskraftstoff/

 

MAN Energy Solutions leitet dänisches Konsortium zur Entwicklung eines mit Ammoniak betriebenen Motors für die Schifffahrt in   https://man-es.com/docs/default-source/press-releases-new/20201021_man_es_pr-aengine-mes_de.pdf?sfvrsn=7cc3d7c4_2