Pionierleistung im Bereich effizienter Wasserstofftransport: Kawasaki Heavy Industries treibt Innovationen für eine nachhaltige Zukunft voran

Bei allem Versprechen der Wasserstoffenergie hängt ihre Wirkung immer noch von der Fähigkeit ab, den Brennstoff kostengünstig von Punkt A nach Punkt B zu transportieren. Hier kommt Kawasaki Heavy Industries‘ neue Ladungssicherungssystem (CCS) kommt in[1]. Ausgestattet mit einer doppelschaligen Struktur und fortschrittlicher Wärmedämmung hat das Containment-System das Potenzial, den Transport großer Mengen Wasserstoff wirtschaftlicher zu machen. Das obige Rendering-Bild zeigt die 160.000³ verflüssigter Wasserstoffträger.

Aufbauend auf dem Erfolg der Suiso-Grenze,[2] Kawasaki ist das weltweit erste Schiff, das verflüssigten Wasserstoff transportiert. Mit dieser Leistung wird Massentransport für kommerzielle Zwecke möglich. Es transportiert Wasserstoff in exponentiell größeren Lagertanks als auf dem Demonstrationsschiff – und wenn ein solcher Seetransport möglich wird, könnte er eine wirtschaftliche Massenverteilung ermöglichen und letztlich die Kosten für sauberen Wasserstoff senken.

Der technologische Durchbruch geht auch mit einer digitalen Meisterleistung einher: Kawasakis Weiterentwicklung des Suiso Plattform, das die digitale Verwaltung und Visualisierung der gesamten Lieferkette – von der Produktion bis zur Nutzung – umfasst, um die Rückverfolgbarkeit von Wasserstoff zu gewährleisten. Indem Kawasaki die digitalen und physischen Herausforderungen des Wasserstofftransports in Angriff nimmt, gibt es einen Vorgeschmack darauf, wie ein kostengünstigerer, volumenstärkerer Vertriebskanal aussehen könnte, um die wachsende globale Nachfrage zu decken.

Weitergehende Auswirkungen auf die Wasserstoffwirtschaft

Die Wärmedurchdringung stellt beim Transport von verflüssigtem Wasserstoff eine inhärente Herausforderung dar. Mit abnehmender Behältergröße nimmt die Durchdringung zu, was alles andere als ideal ist, wenn Sie Temperaturen von -253 °C aufrechterhalten müssen, um Wasserstoff in verflüssigtem Zustand zu halten. Daher erfordern relativ kleine Lagervolumina eine hohe thermische Leistung. Vakuumisolierte Membranen helfen dabei, dies zu erreichen, erhöhen jedoch auch die Transportkosten.

Größere Behälter bieten auf Volumenbasis einen besseren Widerstand gegen Wärmedurchdringung und senken so den Leistungs- und Energiebedarf für Isolierung und Kühlung. Mit einem CCS, das keine Vakuumisolierung erfordert, weist Kawasakis Entwicklung auf neues Potenzial für den Transport von verflüssigtem Wasserstoff hin – ein Potenzial, bei dem größere Behälter mit kostengünstigerer Isolierung einen Weg für einen wirtschaftlich tragfähigen Transport schaffen können. Es ebnet den Weg für Energieproduzenten, den emissionsfreien Kraftstoff näher an die Orte zu bringen, an denen er benötigt wird.

Technische Innovationen

Als Demonstrationsschiff, das zwei Jahre lang im Einsatz war, verfügte die Suiso Frontier über einen 1.250 Kubikmeter großen Tank, der Wasserstoff mithilfe einer vakuumversiegelten Membranschicht in verflüssigtem Zustand hielt. Um die gewünschte thermische Leistung aus größeren Volumina zu erzielen, benötigte Kawasaki ein spezielles Strukturkonzept, um Zuverlässigkeit und Sicherheit zu gewährleisten.

Sein neues CCS, genannt CC61H-Typ, verwendet ein sphärisches Design, um die äußere Oberfläche im Verhältnis zur Volumenkapazität zu minimieren. Daher verwendet der CC61H-Typ ein doppelschaliges Isolationssystem, keine vakuumversiegelte Schicht, wodurch Gasaustausch und Abkühlungsleistung sowohl für das interne als auch das externe Zweischichtsystem gewährleistet werden. Dies gewährleistet Sicherheit und reduziert Betriebskosten, was die wirtschaftliche Rentabilität erhöht.

Kawasaki hat den Testtank vom Typ CC61H für große Transportschiffe mit verflüssigtem Wasserstoff konzipiert. Jedes Schiff kann mit vier Tanks von je 40.000 Kubikmetern ausgestattet werden, was eine Gesamtladekapazität von 160.000 Kubikmetern ergibt – das 128-fache des Volumens, das für den Demonstrationstest der Suiso Frontier verwendet wurde. Im Rahmen seiner umfassenden Validierung testete Kawasaki Gasaustausch-, Kühl- und Aufheizzyklen in den Tanks vom Typ CC61H. Außerdem überprüfte es die strukturelle Integrität, einschließlich Montage, Schweißen und Isolierungsverarbeitbarkeit. Schließlich bestätigte es, dass Wasserstoff im großen Tank mithilfe von Inertgas effizient ausgetauscht werden konnte und die Isolierungsleistung wie geplant erreicht wurde.

Neben den Hardware-Entwicklungen ist es wichtig, einen digitalen Rahmen zu schaffen, um zu beweisen, dass Wasserstoff kohlenstoffarm ist. Zu diesem Zweck unterstützt die Suiso-Plattform den Wasserstoffhandel mit einer Reihe von Diensten. Sie ermöglicht Bewertungen von Emissionen und Kohlenstoffintensität, unterstützt Zertifizierungsanträge und bietet Zuordnungsdaten für die Rückverfolgbarkeit von Wasserstoff, um nur einige zu nennen.

Über die Plattform können Benutzer Vertriebskanäle verwalten, um den Handelsprozess zu vereinfachen, nichtfinanzielle Informationen offenzulegen und Zertifikate für kohlenstoffarmen Wasserstoff zu erhalten. Solche Funktionen werden letztendlich sicherstellen, dass Unternehmen die Lieferkette durch digitales Management nachvollziehen und sauberen Wasserstoff vertrauensvoll als Mittel zur Dekarbonisierung ihrer Unternehmen einsetzen können.

Verbleibende Herausforderungen

Aus infrastruktureller Sicht bestehen noch erhebliche Kostenhürden bei der Produktion von Wasserstoff durch Elektrolyse mit erneuerbaren Energien anstelle von konventionellen Kohlenwasserstoffen, der Quelle des Großteils des heutigen Wasserstoffs. Da Kawasaki den kostengünstigen Transport von verflüssigtem Wasserstoff validiert, wird das Unternehmen weiterhin wirtschaftlicher Wasserstoff produzieren. Darüber hinaus wird Kawasaki hocheffiziente Verflüssigungsanlagen und ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit Wasserstoffgas entwickeln.

Rentabilität verbessern, Kosteneffizienz steigern

Um die Kosten zu senken und die Rentabilität des Transports von flüssigem Wasserstoff zu verbessern, entwickelt Kawasaki Tanker, die den unterschiedlichen weltweiten Anforderungen an diesen Stoff gerecht werden – allesamt optimiert hinsichtlich Tankform, Isolierungssysteme und Ladekapazitäten.

Innovationen in der Wasserstofftransporttechnologie sind entscheidend, um neue Formen erneuerbarer Energien praktischer, zugänglicher und wirtschaftlicher zu machen. Tatsächlich bringen diese Bemühungen die Welt einer nachhaltigeren Zukunft näher. Nur dann kann die Gesellschaft die Netto-Null-Emissionsziele erreichen, die für unsere gemeinsame Zukunft so entscheidend sind.

Kawasakis Ziel besteht nun darin, in Demonstrationsprojekten, die bis 2030 laufen werden, weiterhin große Flüssigwasserstofftanker zu entwickeln. Diese Projekte werden die breitere Kommerzialisierung einer maritimen Lieferkette für Flüssigwasserstoff über Grenzen hinweg unterstützen und Kawasaki dabei helfen, Wasserstoffenergie zu fördern und Kohlenstoffneutralität zu erreichen, um letztlich einen grüneren Planeten zu schaffen.

[1] Dieser Artikel des Hydrogen Council basiert auf Kawasakis Pressemitteilung herausgegeben im Juni 2023

[2] „Suiso“ bedeutet auf Japanisch Wasserstoff