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
