Die wirtschaftliche Herstellung von (grünem) Methanol als Brennstoff für die Schifffahrt war eines der zentralen Themen, dem sich das Maritime Cluster Norddeutschland (MCN) gemeinsam mit dem Kompetenzzentrum GreenShipping Niedersachsen bei einer Fachveranstaltung im August 2019 in Oldenburg widmete. Dort wurde zudem das vor Kurzem gestartete ZIM-Netzwerk zur Nutzung von Methanol als erneuerbarer Energieträger in maritimen Anwendungen „Green Meth“ den rund 70 Teilnehmerinnen und Teilnehmern vorgestellt. Kooperationspartner der Veranstaltung waren BDO Arbicon und embeteco.
Methanol ist eine sehr gute Alternative für kleinere Schiffe
Henning Edlerherr aus der MCN-Geschäftsstelle Niedersachsen und Knut Gerdes, MCN-Vorstand und Geschäftsführer von EMS Maritime Offshore, machten deutlich, warum der Einsatz von Methanol als alternativer Brennstoff für bestimmte Schiffstypen Sinn ergibt, wie zum Beispiel bei Offshore-Schiffen aufgrund der technischen Gegebenheiten. Eine Umrüstung auf LNG ist aufgrund des Platzbedarfs und der Formgebung des isolierten Tanks in diesem Fall in den engen Rümpfen schwierig, sodass ein flüssiger Brennstoff hier große Vorteile aufweist. In der Offshore-Windindustrie ist der Kostendruck jedoch hoch, sodass der Einsatz von alternativen Brennstoffen noch wenig verbreitet ist. Methanol ist als Brennstoff für kleinere Fähr- und Passagierschiffe gut geeignet. Darüber hinaus sind vielfältige Einsatzmöglichkeiten auf Arbeitsschiffen und -booten denkbar, wie zum Beispiel Peilschiffen und kleineren Schwimmbaggern, Schleppern, Inselversorgern und Küstenmotorschiffen.
Bei der Betrachtung der Umweltbilanz jedes alternativen Brennstoffes ist immer die gesamte Wertschöpfungskette zu betrachten. Methanol lässt sich unter Zuführung von CO2 und/oder CO mit Wasserstoff aus zum Beispiel Windstrom oder Geothermie, aber auch aus Synthesegas (industriell hergestelltes Gasgemisch, welches zu großen Teilen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht) regenerativ, regional und dezentral produzieren. Synthesegas kann mit Hilfe der Ultrahochtemperatur-Hydrolyse unter anderem aus Abfällen, Klärschlamm oder sogar Gülle hergestellt werden.
Dr. Jürgen Sorgenfrei von der NBS Northern Business School zeigte auf, dass Methanol als Brennstoff der Zukunft auch für die Welthandelsflotte ein großes Potenzial aufweist. Der größte Nachteil des Brennstoffs – die geringe Energiedichte – wird durch die unkomplizierte Nutzung vorhandener Infrastruktur und die Vorteile in der Logistik aufgehoben. Dennoch sind aktuell synthetische Brennstoffe bei der heutigen Preisstruktur der fossilen Brennstoffe noch nicht konkurrenzfähig.
Grünes Methanol könnte wirtschaftlich aus Abfällen, Klärschlamm oder sogar Gülle gewonnen werden
Eine studentische Projektgruppe der Jade Hochschule hat sich unter der Leitung von Prof. Barbara Brucke und der Schirmherrschaft des MCN mit den Herstellungs- und Logistikkosten für regenerativ produziertes Methanol aus Synthesegas für den Einsatz in maritimen Anwendungen eingehend beschäftigt. Die Ergebnisse sind insofern vielversprechend, da eine Produktion von maritimen Brennstoffen dezentral in der Nähe der Abnehmer stattfinden könnte. Die „Rohstoffe“ Abfall, Klärschlamm oder Gülle sind dort vorhanden, wo sie gebraucht werden. In Wilhelmshaven könnte ein geeigneter Standort für eine Ultrahochtemperatur-Hydrolyse-Anlage sein, da hier ein Entsorgungszentrum und eine Kläranlage in unmittelbarer Hafennähe vorhanden sind. Zudem könnte theoretisch zusätzliches CO2 aus den dort vorhandenen Kohlekraftwerken dem Synthesegas zugeführt werden. Die Logistikkosten für die Verteilung des gewonnenen Brennstoffes entlang der Küste sind sehr gering, insbesondere im Vergleich zum Transport von LNG oder Wasserstoff.
Die Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsberechnung sind vielversprechend. Es sind allerdings die noch recht hohen Kosten für die Methanol-Synthese bislang nicht in die Berechnung eingeflossen. Da davon ausgegangen wurde, dass für die Entsorgung keine Gebühren erhoben werden, ist davon auszugehen, dass dennoch verhältnismäßig kostengünstig grünes Methanol produziert werden könnte. In der Realität wird der Zulieferer von „Problemabfällen“ für die Entsorgung bezahlen müssen. Hier müssten im Einzelfall für jedes Projekt detailliertere Wirtschaftlichkeitsberechnungen durchgeführt werden.
Im Anschluss stellte Thies von Appen von der Firma EXOY Green Systems das benannte Verfahren der Ultrahochtemperatur-Hydrolyse (UHTH) als Möglichkeit der Synthesegasherstellung ausführlich vor. Die Möglichkeit, in einem zweiten Schritt aus dem Synthesegas Wasserstoff oder Methanol als Brennstoff herzustellen, wird von dem Unternehmen als sehr interessant angesehen. Das Maritime Cluster Norddeutschland beabsichtigt, ein bundesländerübergreifendes Projekt zu dem Thema Methanol-Herstellung aus Abfällen zu initiieren.
Großtechnische Methanol-Herstellung aus Elektrolyse-Wasserstoff ist noch sehr teuer
Dr. Jens Schmidt von der DOW in Stade zeigte auf, welche Möglichkeiten es für die Produktion von Methanol in der Chemieindustrie gibt. Der „Grundstoff“ für die Methanol-Produktion ist Wasserstoff. Heute wird Wasserstoff zu 90 Prozent mittels Dampfreformierung aus Erdgas oder Biomasse gewonnen. Bei der Herstellung aus Erdgas werden ca. 5,5 Tonnen CO2 pro Tonne hergestellten Wasserstoffs frei, was die Gewinnung von Wasserstoff aus Erdgas zur Nutzung als Brennstoff nicht sinnvoll erscheinen lässt, da in diesem Fall die direkte Verwendung des Erdgases zielführender ist.
Eine deutlich bessere Alternative ist die Gewinnung von Methanol aus Wasserstoff, der per Elektrolyse gewonnen wird. Mit ca. 7 €/kg zu 2 €/kg bei Wasserstoff aus Dampfreformierung ist Elektrolyse-Wasserstoff aufgrund des hohen Strombedarfes allerdings deutlich teurer.
DOW produziert ca. 50.000 Tonnen Wasserstoff pro Jahr mit Elektrolyse, was einer Kapazität von 230 MW entspricht. Da bereits Elektrolyse-Kapazitäten vorhanden sind, wird bei der DOW darüber nachgedacht, diese für die Wasserstoffproduktion zur Methanol-Herstellung zu nutzen. Die Wasserelektrolyse macht den Hauptbestandteil der Kapitalkosten aus, sodass die Nutzung der vorhandenen Elektrolyse-Kapazitäten einen Wettbewerbsvorteil darstellen würde. Die Stromkosten (in diesem Fall als Großverbraucher EEG-Umlage befreit) sind Hauptbestandteil der Betriebskosten, sodass auch bei Nutzung der vorhandenen Elektrolyseure, die Herstellungskosten für regeneratives Methanol immer noch bei ca. 955 €/t (bei halbem Heizwert) liegen würden.
Dennoch sieht DOW in der Herstellung von grünem Methanol, vornehmlich als Grundstoff für die Chemieindustrie, Potenzial – besonders da der Methanol-Preis im verarbeiteten Endprodukt (zum Beispiel Schuhe) kaum mehr ins Gewicht fällt. Für eine Anlage zur Gewinnung von „Recycle-Methanol“ hat die DOW im Reallabore-Wettbewerb eine gute Platzierung erreicht und ein finaler Antrag ist in Arbeit. Hinzu kommt, dass die Transportfähigkeit von Wasserstoff als sehr schwierig bewertet wird.
Dezentrale Wasserstoffgewinnung als Chance
Das Unternehmen H-TEC-Systems ist ein Hersteller von Elektrolyseuren, welche im Leistungsbereich zwischen 200 KW und 1,4 MW auch für den fluktuierenden Betrieb direkt im Windpark geeignet sind. Die Nutzung für die Wasserstoffherstellung von älteren Windparks, die aus der EEG-Förderung fallen, könnte den Preis für den erzeugten Wasserstoff von ca. 12 €/kg auf 4 €/kg reduzieren. Der Vortragende Jean-Marie Poignon sieht hier großes Potenzial für kleinere, dezentrale Lösungen auch in Verbindung mit der Methanol-Synthese.
Wirtschaft und Forschung arbeiten gemeinsam an Lösungen
Seit im Oktober 2018 die vom MCN beauftragte Studie „Potenzialanalyse Methanol als emissionsneutraler Energieträger für Schifffahrt und Energiewirtschaft“ der Öffentlichkeit vorgestellt wurde, hat sich Einiges getan: Aufbauend auf den Ergebnissen der Studie ist ein ZIM-Netzwerk zur Nutzung von Methanol als erneuerbarer Energieträger in maritimen Anwendungen (Green Meth) entstanden. Green Meth wurde durch das MCN initiiert und durch das Mitgliedsunternehmen embeteco erfolgreich beantragt. Das ZIM-Netzwerk wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Green Meth soll die technischen Voraussetzungen für die Nutzung von Methanol als alternativer Brennstoff für kleinere Schiffe in der Küstenschifffahrt und für küstennah operierende Arbeitsschiffe entlang der Wertschöpfungskette „Well-to-wake“ schaffen. Gemeint ist damit die Wertschöpfungskette von der regenerativen Produktion des Methanols (Well = Quelle/Ursprung), über die Logistik und Verteilung sowie Bunkerung bis zur Umsetzung in Propulsionsenergie (Wake = Kielwasser). Insbesondere im Small-Scale-Bereich ergibt sich ein erhöhter Forschungs- und Entwicklungsbedarf, da überzeugende Lösungen für die Nutzung von alternativen Brennstoffen auf kleineren Schiffseinheiten fehlen.
Weitere Informationen zu den Netzwerkpartnern und zu den Zielen des Netzwerkes finden Sie unter www.green-meth.de.
Ausblick
Methanol wird als Brennstoff für die Schifffahrt großes Potenzial zugesprochen. Insbesondere für kleinere Schiffe ist die Nutzung von Methanol aufgrund der technischen Herausforderungen bei der Nutzung anderer Brennstoffe, wie zum Beispiel LNG, schon jetzt eine interessante Alternative. Das ZIM-Netzwerk Green Meth arbeitet an der Markteinführung von entsprechenden Systemen und Lösungen; Reedereien wie die AG „EMS“ und die EMS Maritime Offshore sind sehr an entsprechenden Lösungen interessiert. Im Small-Scale-Bereich gibt es zudem vielversprechende Ansätze für eine regenerative Herstellung der verhältnismäßig geringen benötigten Methanol-Mengen, wie zum Beispiel das UHTH-Verfahren oder die Nutzung von Windkraft aus Parks ohne Netzanschluss. Das MCN wird hier flankierende Projekte starten.
Im größeren Maßstab hat Methanol großes Potenzial einer der Brennstoffe der Zukunft zu werden, allerdings ist der Preis von konventionell erzeugtem Methanol im Verhältnis zu den fossilen Brennstoffen noch zu hoch und regeneratives Methanol aus großtechnischer Herstellung leider noch nicht zu marktfähigen Preisen verfügbar. Große Chemiekonzerne arbeiten aber bereits an Projekten, welche längerfristig zu einer Senkung der Gestehungskosten führen können. Es bleibt abzuwarten, inwieweit politische Weichenstellungen, wie zum Beispiel die Einführung einer CO2-Besteuerung hier die Situation möglicherweise ändern.
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Fotos
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Von links: Referentinnen und Referenten der Veranstaltung: Knut Gerdes, EMS Maritime Offshore; Henning Edlerherr und Dr. Susanne Neumann, MCN-Geschäftsstelle Niedersachsen; Matthias Brucke, embeteco; Prof. Barbara Brucke, Jade Hochschule; Robert Brückner, BDO Arbicon; Thies von Appen, EXOY Green Systems; Dr. Jens Schmidt, DOW
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Knut Gerdes, Geschäftsführer EMS Maritime Offshore, und Henning Edlerherr, Projektmanager beim Maritimen Cluster Norddeutschland, informierten über alternative Antriebe
Bildrechte: MCN e. V.
Über das Maritime Cluster Norddeutschland
Das Maritime Cluster Norddeutschland (MCN) fördert und stärkt die Zusammenarbeit in der norddeutschen maritimen Branche. Es ermöglicht Plattformen des Dialogs der Akteure untereinander und fördert Innovation und Schnittstellen zu anderen Branchen. Mit Geschäftsstellen in Bremen, Hamburg, Niedersachsen, Mecklenburg-Vorpommern und Schleswig-Holstein ist das MCN präsent und kooperiert mit den Akteuren vor Ort. Es unterstützt unter anderem bei der Suche nach Innovationspartnern, berät zu Fördermitteln und vermittelt Kontakte in die maritime Branche. Mehr als 350 Unternehmen und Institutionen aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik sind Mitglied im MCN. Insgesamt zehn Fachgruppen koordiniert das MCN zu den Themen Innovationsmanagement, Maritime Informations- und Kommunikationstechnologien, Maritimes Recht, Maritime Sicherheit, Maritime Wirtschaft Offshore Wind, Personal und Qualifizierung, Schiffseffizienz, Unterwasserkommunikation, Yacht- und Bootsbau sowie Clusterfunk.
Das Maritime Cluster Norddeutschland wurde 2011 gegründet. Zunächst arbeiteten die Länder Hamburg, Niedersachsen und Schleswig-Holstein in dem länderübergreifenden Cluster zusammen, im September 2014 kamen auch Bremen und Mecklenburg-Vorpommern hinzu. Seit 2017 agiert das MCN als Verein. www.maritimes-cluster.de
Über das Kompetenzzentrum GreenShipping Niedersachsen
Sich verschärfende Ziele zur Reduktion von schädlichen Emissionen und Umwelteinflüssen werden in Zukunft immer stärkeren Einfluss auf das Design, den Bau und den Betrieb von Schiffen nehmen. Das Kompetenzzentrum GreenShipping Niedersachsen hilft dabei den niedersächsischen Unternehmen mit seinen umfangreichen Unterstützungsleistungen, auch unter diesen Bedingungen wettbewerbsfähig zu bleiben und gleichzeitig einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Emissionsreduktionsziele beizutragen. GreenShipping Niedersachsen setzt zunächst primär am Schiff an. Hier bestehen verschiedene Handlungsfelder, um Schiffe umweltschonender und effizienter zu entwickeln. In einem umfassenderen Verständnis zielt GreenShipping Niedersachsen auch auf den Schiffsverkehr insgesamt ab, inklusive logistischer und sicherheitsrelevanter Fragestellungen bis hin zu Rechts- und Finanzierungsfragen. Das Kompetenzzentrum GreenShipping Niedersachsen wird als Projekt durch das Land Niedersachsen finanziert. greenshipping-niedersachsen.de
