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Brennstoffzellenbetriebene U-Boote ersetzen Arbeitspferde

Fachbericht | Wörter: 992 | Aufrufe: 14304 | Druckbare Version

HDW und Siemens arbeiten an der Spitze

Warum wurde HDW Fuel Cell Systems aufgelöst? Werden trotzdem noch U-Boote mit Brennstoffzellenantrieb gebaut? Wie viele derartige Unterseeboote gibt es denn eigentlich schon? Und wie weit können sie tauchen? Fragen wie diese bewegen schon seit geraumer Zeit die Gemüter, denn Antworten sind nur schwer zu bekommen. Sven Geitmann von der energieportal24-Redaktion hat sich deswegen nach Kiel zur Howaldtswerke-Deutsche Werft (HDW) aufgemacht, um etwas mehr Licht ins Untersee-Dunkel zu bringen.

Brennstoffzellenbetriebene U-Boote – ein spannendes und auch heikles Thema, weil die überwiegend militärische Nutzung die Weitergabe von Detailinformationen aus strategischen Gründen unmöglich macht. Dennoch lässt sich feststellen, dass die HDW mit ihren BZ-Unterseebooten eine Erfolgsgeschichte schreibt, die noch längst nicht beendet ist.

Aufgelöst, aber nicht beendet

Im Rahmen des Zusammenschlusses der ThyssenKrupp Werften und der HDW Gruppe im Januar 2005 kam es zu einer Reihe von Veränderungen. Die damals eigenständige Überwasser-Brennstoffzellensparte HDW Fuel Cell Systems wurde aufgelöst, was in der Branche zunächst als negatives Signal für die Zukunft der Brennstoffzelle missinterpretiert wurde. Nach Aussage von Dr. Randolf Teppner aus der Entwicklungsabteilung war dieser Schritt jedoch lediglich eine Folge der Neuausrichtung der HDW GmbH, die ihre Aktivitäten fortan gänzlich auf den Unterwassersektor beschränkte. Die ehemaligen Überwasserentwicklungen wurden innerhalb des neuen europäischen Werftenverbundes ThyssenKrupp Marine Systems AG neu geordnet. Die bisherigen Forschungsaktivitäten hinsichtlich eines Brennstoffzelleneinsatzes zur Bordenergieversorgung von Schiffen wurden heruntergefahren.

HDW als Weltmarktführer

An eine Beendigung der Arbeiten an der Unterwasserbrennstoffzelle wurde jedoch nie gedacht, schließlich sind die sauberen und extrem leisen Unterseeboote ein Verkaufsschlager. „In diesem Bereich verfügen wir über einen enormen Entwicklungsvorsprung“, freute sich Teppner. Dieser Vorsprung kommt nicht von ungefähr. Die Howaldtswerke arbeiten bereits seit 1980 an Brennstoffzellenlösungen für Unterseeboote. 1983 entstand die erste Testanlage, damals noch auf Basis einer alkalischen Brennstoffzelle, da die PEM-Technik im geforderten Leistungsbereich noch nicht verfügbar war. Dennoch war zu dieser Zeit schon klar, dass spätere Tauchfahrzeuge mit Membran-Stacks ausgestattet sein würden.

Drei Jahre später, 1986, wurde die zunächst an Land getestete Technik in U1 eingebaut. Parallel zum 100 kW leistenden Brennstoffzellenmodul waren in diesem Hybridsystem auch die konventionellen Techniken installiert: Bleibatterie und Dieselaggregat. Im Jahr 1988 bewies U1 bei Tests auf beziehungsweise unter See die uneingeschränkte Leistungsfähigkeit dieses Konzepts. „U1 war die Vorbereitung des Startschusses“, erklärte Teppner die Bedeutung dieser Versuche, die darin mündeten, dass sich die Deutsche Marine dafür entschied, die nächste U-Boot-Generation mit Brennstoffzellenantrieb ausrüsten zu wollen.

1995 war die Weiterentwicklung schließlich so weit abgeschlossen, dass die Deutsche Marine insgesamt vier Exemplare der Klasse 212A bei der Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH bestellen konnte. Die Seeerprobung erfolgte allerdings erst 2003, bevor dann U31 und U32 im Oktober 2005 in Dienst gestellt werden konnten. U33 kam im Juni 2006 und das vierte, das derzeit noch in der Werft liegt, folgt voraussichtlich im Frühjahr 2007. Und weil bisher alles so gut läuft, wurden erst kürzlich noch zwei weitere geordert (modifizierte 212er Modelle), deren Indienststellung voraussichtlich im Jahr 2012 erfolgen wird; die Planungszeiträume sind nun mal lang in diesem Bereich. Der Kaufpreis soll sich nach Angaben des Verteidigungsministeriums auf rund 860 Mio. Euro belaufen.

Die acht derzeit noch in Betrieb befindlichen „Arbeitspferde“, wie sie der in Eckernförde stationierte Hauptbootsmann Walter Prüß liebevoll bezeichnet, gehören zur Klasse 206A. Sie werden mit einem konventionellen dieselelektrischen System angetrieben und sind bereits über 30 Jahre alt. Sie sollen nach und nach ausgemustert und durch Brennstoffzellenmodelle ersetzt werden, bis die Flotte dann im Jahr 2012 noch aus sechs modernen U-Booten bestehen wird.

Feinste Technik

Die vier neuen Modelle verfügen über die beste Technik, die derzeit zu haben ist. Sie verfügen über insgesamt neun Brennstoffzellenstacks, wovon immer nur acht in Betrieb sind. Einer dient allein der Absicherung, falls Probleme mit einem der Stacks auftreten sollten. Geliefert werden die 34-kW-Stacks von Siemens I&S IP MAS FC aus Erlangen. In eingebautem Zustand erzielen die SiNavy(CIS) BZM 34 Systeme einen Wirkungsgrad von mehr als 60 %. Zudem ist jeder kleinste Elektromotor einzeln abgeschirmt, und selbst die Einstiegsleiter ist aus amagnetischem Edelstahl, um das Boot gegen Magnetminen zu schützen.

Das Energieversorgungssystem arbeitet für lange Zeit autark und ermöglicht weit reichende Unterwasserfahrten, ohne dass Abgas, Wärme oder Strahlung emittiert wird. Es heißt, im April 2006 habe eines der U-Boote einen Entfernungsrekord unter Wasser aufgestellt – von Helgoland bis Südspanien. Das Wärmemanagementsystem ist dafür optimal abgestimmt, indem die Brennstoffzellen (Betriebstemperatur 70 bis 80 °C) nur so viel Wärme abgeben, wie für die Herauslösung des Wasserstoffs aus dem Metallhydridspeicher sowie die Verdampfung des flüssigen Sauerstoffs notwendig ist. Auf diese Weise kann weitestgehend auf eine Fremdkühlung mit Seewasser verzichtet werden und es werden kaum Wärmesignaturen im Wasser hinterlassen.

Das wartungsfreie Speichersystem für den benötigten Wasserstoff auf Metallhydridbasis ist eine Eigenentwicklung. „Die ersten Forschungen begannen mit Systemen in Daumengröße. Jetzt sind die Behälter etwa 50 cm im Durchmesser und fünf bis sechs Meter lang“, erläutert Stefan Krummrich, Entwicklungsingenieur der Submarine Division. Ihr großes Gewicht, das bei vielen anderen Anwendungen eher nachteilig ist, wird bei Unterseebooten zum Vorteil. Sie ersetzen einen Teil der Masse des Kiels, der normalerweise mit Blei künstlich beschwert werden muss. Die Speicherdichte ist daher nur von zweitrangigem Interesse.

Wichtiges Exportgut

Bereits heute sind rund 80 % aller Neubauten Brennstoffzellenmodelle, und der Anteil nimmt weiter zu. Teppner wiegelte jedoch ab, es könne nicht wirklich von einer Serienfertigung gesprochen werden: „Der Markt für diese Produkte ist doch recht eingeschränkt.“ Dennoch kann HDW mittlerweile mehrere Länder zu seinen Kunden zählen. Italien hat 1998 zwei Modelle der Klasse 212A geordert, die nur in Nuancen von den deutschen Modellen abweichen. Griechenland hat vier Boote der neuen, ebenfalls mit Brennstoffzellenantrieb ausgerüsteten Klasse 214 bestellt, von denen das erste – in Kiel gefertigte – kurz vor der Auslieferung steht. Die drei weiteren baut das griechische Schwesterunternehmen Hellenic Shipyards in Athen.

Darüber hinaus werden drei U-Boote in Südkorea gebaut, wobei lediglich die wichtigen Kernelemente (BZ-System, Torpedorohr, E-Motor usw.) aus Kiel angeliefert werden. Der Zusammenbau erfolgt komplett in Asien. Zuletzt traten Portugal und Israel dem illustren Kundenkreis bei und orderten jeweils zwei Boote; Israel mit der Option für ein weiteres. Zudem wird Griechenland noch drei Exemplare der 15 Jahre alten U-Boote der Klasse 209 umrüsten lassen. Die 62 Meter langen Schiffe werden dabei einmal durchgeschnitten, das BZ-Segment – in diesem Fall zwei optimierte Stacks mit jeweils 120 kW – wird eingesetzt und wieder verschweißt. Die derart modifizierten U-Boote erreichen anschließend eine ähnlich gute Unterwasserreichweite und -ausdauer wie die Modelle der Klasse 214.

Es gilt somit als gesichert, dass das 25-köpfige Team, das sich in Kiel vorrangig um die Brennstoffzellentechnik kümmert, auch zukünftig ausgelastet sein wird. Innerhalb der 2000 Mitarbeiter umfassenden HDW GmbH stellen sie zwar nur ein relativ kleines Grüppchen dar, aber ihr Know-how entscheidet mit über den weiteren Werdegang der „Spitze der deutschen U-Boot-Technik“, wie HDW ihre Klasse 212A gerne selbst bezeichnet.

Autor: Sven Geitmann



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