IMO2020: Der Aufstieg von flüssigem Wasserstoff in großen Mengen in Norwegen

Renderings eines Massengutfrachters für den Transport von verflüssigtem Wasserstoff von Moss Maritime, Wilhelmsen Ship Management, Equinor und DNV-GL. Bildnachweis: Moss Maritime.

Tor Skogan: Tor Skogan, Vizepräsident von LNG bei Moss Maritime. Bildnachweis: Tor Skogan.

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Stellen Sie sich ein Stromverteilungsnetz vor, in dem überschüssige erneuerbare Energie aus Wasserkraft, Wind, Sonne und Kernenergie in Wasserstoff umgewandelt und als Transporttreibstoff in der Schifffahrtsindustrie verwendet wird. Angesichts der Anziehungskraft eines emissionsfreien Kraftstoffs ziehen einige Schiffseigner ernsthaft Wasserstoff für neu gebaute Schiffe in Betracht. Als mutigen ersten Schritt hat das Land Norwegen führenden maritimen Unternehmen eine Reihe von Zuschüssen gewährt, um Machbarkeitsstudien zu verschiedenen Aspekten dieses aufstrebenden Technologiesektors durchzuführen. Im Zentrum dieser Diskussion steht, wie Wasserstoff von seiner Quelle zu den Endnutzern transportiert wird.

Die norwegischen Unternehmen Moss Maritime und Wilhelmsen Ship Management haben kürzlich zusammen mit dem norwegischen Energieriesen Equinor und der Klassengesellschaft DNV-GL eine Machbarkeitsstudie durchgeführt, um die technischen und wirtschaftlichen Aspekte eines solchen Unternehmens zu analysieren. Tor Skogan, Vizepräsident für Flüssigerdgas (LNG) bei Moss Maritime, und Per Brinchmann, Vizepräsident für Sonderprojekte bei Wilhelmsen, gaben Einblick in den aufstrebenden Markt für flüssigen Wasserstoff in großen Mengen in Norwegen. Mit einem Zuschuss von Innovation Norway, einer staatlich geförderten Forschungsorganisation, begannen diese Unternehmen eine technische Studie, um einen Träger für den Transport von verflüssigtem Wasserstoff in loser Schüttung mit einer Kapazität von 9.000 Kubikmetern zu entwerfen, der eine wesentliche Rolle in einer aufstrebenden Wasserstoffwirtschaft spielen würde.

Ein wachsender Markt für flüssigen Wasserstoff
Aufgrund von Gesprächen mit Experten auf dem Gebiet des maritimen Wasserstoffs werden Fähren und Kreuzfahrtschiffe wahrscheinlich die ersten Schiffstypen sein, die diese Technologie einsetzen für verflüssigten Wasserstoff in Norwegen “, erklärte Brinchmann und verwies auf FLAGSHIPS, einen Zuschuss aus dem EU-Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 zum Bau und zur Nutzung von Wasserstofffähren. Einer Pressemitteilung von Horizon 2020 zufolge wird eine der ersten Flüssigwasserstoff-Fähren der Welt von Norled, einem norwegischen Nahverkehrsunternehmen, betrieben, das bis 2021 auf der Finnøy-Route im Nordosten von Stavanger eingesetzt wird.

Um die Wasserstoff-Wertschöpfungskette weiter auszubauen, planten Moss, Wilhelmsen, Equinor und DNV-GL ein Massengutschiff für die Versorgung von geplanten Fähren und Kreuzfahrtschiffen in den norwegischen Fjorden mit flüssigem Wasserstoff. Bei der Kartierung der verschiedenen Verfahren und Produktionsstandorte für Flüssigwasserstoff berücksichtigte die Gruppe sowohl „grünen Wasserstoff“, der durch Elektrolysetechnologie aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird, als auch „blauen Wasserstoff“ aus der Dampf-Methan-Reformierung in Kombination mit der Kohlenstoffabscheidung. Bei der Elektrolyse wird Wasser durch einen Prozess, bei dem elektrischer Strom und spezielle Membranen verwendet werden, in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Die Dampf-Methan-Reformierung in Kombination mit der Kohlenstoffabscheidung beinhaltet andererseits die Verbrennung von Erdölprodukten, im Allgemeinen Erdgas, und die Abscheidung und Speicherung der Kohlenstoffemissionen nach der Verbrennung.

„Verflüssigungsanlagen sind teuer“, so Brinchmann. "Dies ist ein Volumenspiel ... Wie schaffen wir die Volumina, die erforderlich sind, um die hohen Investitionskosten zu rechtfertigen?" Renderings eines Massengutfrachters für den Transport von verflüssigtem Wasserstoff von Moss Maritime, Wilhelmsen Ship Management, Equinor und DNV-GL. Bildnachweis: Moss Maritime.

Neben dem guten Willen, der durch den Einsatz von Schiffen entsteht, die während des Betriebs keine Emissionen verursachen, plant die norwegische Regierung, Vorschriften zu erlassen, die Schiffseigner dazu ermutigen, in bestimmten Einsatzgebieten emissionsfreie Schiffe einzuführen.

Herr Brinchmann erklärte: „Die norwegische Regierung hat angekündigt, dass Sie emissionsfrei sein müssen, um nach 2026 in unsere Heimatfjorde in Norwegen einreisen zu dürfen. Kreuzfahrtschiffe, die nach 2026 nach Norwegen kommen, dürfen aufgrund von Emissionen nicht in bestimmte Fjorde fahren, es sei denn, sie verlagern andere Kraftstoffarten. Dies ist ein starkes Signal an die Branche, dass Sie sich ändern müssen. Mit der Zeit werden einige der Betreiber, die in die Fjorde wollen, gezwungen sein, auf Wasserstoff umzusteigen. “

Neben bestimmten norwegischen Fjorden kann Svalbard, die strenge arktische Insel nördlich des norwegischen Festlandes, auch ein aufstrebender Markt für verflüssigten Wasserstoff sein. Auf Drängen der norwegischen Regierung zur Umstellung von Kohle erwägen die Behörden, die Insel mit Wasserstoff und Brennstoffzellen zu versorgen. Herr Brinchmann erklärte: „Eine Möglichkeit besteht darin, Wasserstoff von Tjeldbergodden [einem Standort in der Nähe von Trondheim, an dem Equinor eine Methanolanlage und ein Gasannahmeterminal hat] nach Spitzbergen zu transportieren. Dieses Schiff war für den Transport von Wasserstoff zur Versorgung von Spitzbergen ausgelegt. Der Zuschuss von Innovation Norway beruhte hauptsächlich auf dem Fall Svalbard. “

Per A. Brinchmann, VP Special Projects bei Wilh. Wilhelmsen Holding ASA. Fotonachweis: Wilhelmsen.
Technische Innovation und Herausforderungen
Moss Maritime, die ursprünglichen Konstrukteure der LNG-Carrier (Moss Liquefied Natural Gas), fungierten als technischer Leiter der Machbarkeitsstudie für Massen-LNG-Carrier. Nach über 50-jähriger Erfahrung in der Entwicklung von Tieftemperatursystemen für LNG-Träger und schwimmende LNG-Terminals entwickelte das Unternehmen ein Konzept für einen 9.000 Kubikmeter großen Flüssigwasserstoffträger mit Bunkerfunktion.

„Es gibt viele Ähnlichkeiten zwischen Flüssigerdgas und Flüssigwasserstoff“, erklärte Skogan. „Einer der wichtigen Punkte [während der Machbarkeitsstudie] war die Definition der verschiedenen Betriebsmodi des Schiffes und damit die Angabe der für das Schiff erforderlichen Ausrüstung.“
„Als wir uns an relevante Anbieter auf dem Markt wandten, kamen wir zu dem Schluss, dass die meisten, wenn nicht alle Geräte, die auf einem solchen Schiff benötigt werden, mehr oder weniger bereit sind, vom Lieferanten vorgeschlagen zu werden. Wir haben einige kleine Lücken gesehen, in denen einige Lieferanten weiter daran arbeiten werden, dass ihre Produkte für das Angebot bereit sind. Ich würde sagen, dass es ziemlich nah ist “. Herr Skogan fuhr fort, dass die Studie keine "Showstopper" enthüllte.

Die Machbarkeitsstudie umfasste auch Überlegungen zum Umgang mit Boil-off-Gas (BOG), das auf natürliche Weise durch den Wärmeeintrag von außerhalb der Speichertanks entsteht. „Wir sind zu dem Schluss gekommen, dass wir mit der Vakuumisolierung eine so niedrige BOG-Rate erzielen, dass wir [die BOG] ohne eine für CAPEX und OPEX vorteilhafte Rückverflüssigungsanlage auf dem Schiff bewältigen können“, sagte Skogan. Eine Rückverflüssigungsanlage, die auf den meisten LPG-Trägern und einigen LNG-Trägern vorhanden ist, kühlt BOG und wandelt es wieder in eine Flüssigkeit um. „Das bedeutet, dass das Schiff nach dem Ladevorgang am Terminal mit geschlossenen Tanks zu mehreren Zielen fahren kann. Der Tankdruck steigt aufgrund des natürlichen Wärmeeintritts und der Entladevorgänge an, liegt jedoch innerhalb des angemessenen Auslegungsdrucks der Tanks. “ Herr Skogan stellte klar, dass dieses Design ausgewählt wurde, um die Kosten und die Komplexität des Designs zu reduzieren. Ohne auf firmeneigene Informationen zum Tankaufbau einzugehen, erklärte Skogan, dass Vakuumraum und spezielle Isolationsmaterialien erforderlich sind, um die niedrigen BOG-Raten für die beiden für das Schiff vorgeschlagenen 4500-Kubikmeter-Tanks zu erreichen.

Nächste Schritte
Herr Skogan und Herr Brinchmann haben mit einer Reihe von Flüssigwasserstoffprojekten auf der ganzen Welt in verschiedenen Ausführungsstadien gezeigt, dass sie für den nächsten Schritt bereit sind. „Auf einem solchen Machbarkeitsniveau sind wir nicht weit davon entfernt, Unterlagen zu erstellen, die die Grundlage für eine grundsätzliche Genehmigung bilden könnten. Dies ist ein erster Technologieschritt, mit dem häufig demonstriert wird, dass die Technologie auf den Markt gebracht werden kann.“ erklärte Herr Skogan.

Als unmittelbaren nächsten Schritt gab Herr Skogan an, das Team werde „detaillierter mit den verschiedenen Schiffsoperationen arbeiten, einschließlich derer, die mit der Inbetriebnahme und Außerbetriebnahme des Lagertanksystems zusammenhängen, und sich auch stärker auf die Spezifikationen der relevanten Ausrüstung konzentrieren und Materialien “.

Um diesen Detaillierungsgrad zu verdeutlichen, forderte Herr Skogan ein „spezifisches Projekt, bei dem wir das Design so anpassen können, dass es den bestimmten Projektanforderungen entspricht“, basierend auf den Bedürfnissen eines bestimmten Kunden.

Aus der Diskussion mit Herrn Skogan und Herrn Brinchmann ging hervor, dass das Interesse an maritimem Wasserstoff in loser Schüttung weiter zunehmen wird, da Regulierungsbehörden weltweit strengere Emissionen für alle Verkehrssektoren fordern. Darüber hinaus ist es klar, dass Norwegen weiterhin eines der globalen Zentren für die Erforschung von maritimem Wasserstoff sein wird.