Entwicklung einer Ammoniak-betriebenen Cracker- Motor-Einheit als Antriebssystem für Binnenschiffe

Schiffe sind ein wesentlicher Bestandteil der globalen Transportsysteme für Waren und
Menschen. Sie stellen die effizienteste und klimafreundlichste Transportmethode dar.
Dennoch ist eine weitere Reduzierung der Emissionen, insbesondere von CO2, notwendig. Da
eine reine Elektrifizierung durch den Einsatz von Batterien als Energiespeicher aufgrund der
erforderlichen Reichweite in den meisten Fällen nicht in Frage kommt, ist der Einsatz von
alternativen Kraftstoffen auf Basis erneuerbarer Energien sinnvoll. Die CAMPFIREPartnerallianz
arbeitet daher intensiv an der Nutzung von regenerativ erzeugtem Ammoniak
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als maritimen Treibstoff und Energiespeicher von regenerativ erzeugtem Wasserstoff. Wegen
der zukünftig größeren Nachfragen an Wasserstoff wird dieser importiert werden müssen und
für den Transport in Ammoniak gespeichert werden. Damit wird u. a. auch die benötigte
Transportkapazität in der Binnenschifffahrt steigen, um die Energie von den Seehäfen ins
Landesinnere zu verteilen. Vor diesem Hintergrund entwickelt und erprobt ein
Projektkonsortium ein Antriebssystem für Binnenschiffe, das ausschließlich mit Ammoniak
betrieben wird. Das Herzstück dieses Projekts ist eine Cracker-Motor-Einheit. Im Rahmen der
Arbeiten wird der Ammoniak-Cracker entwickelt und gebaut, die Eigenschaften und
Herausforderungen der Ammoniakverbrennung im Motor systematisch untersucht, das
Gesamtsystem ausgelegt, die komplette Motoreinheit mit Generator containerisiert und
schließlich ganzheitlich getestet. Darüber hinaus werden die besonderen Sicherheitsaspekte
beim Einsatz von Ammoniak in der maritimen Umgebung analysiert. Die Kombination der
eingesetzten Technologien soll einen vollständig klimaneutralen Schiffsbetrieb ermöglichen.
Das Manuskript gibt einen Überblick über die laufenden Arbeiten. Dazu gehören Beispiele aus
den Ergebnissen systematischer Verbrennungsstudien zum Einzylindermotor und der
erforderlichen Injektortechnologie. Die verschiedenen Konfigurationen werden hinsichtlich
Leistung und Emissionen für eine maritime Anwendung bewertet und dann als Grundlage für
die vollständige Motorkonfiguration verwendet. Außerdem werden die Entwicklungsarbeiten
am Cracker vorgestellt, der einen Teilstrom von Ammoniak in Wasserstoff und Stickstoff
aufspaltet und damit den Zündbrennstoff für den Motor liefert.

Ships are an essential part of the global transport systems for goods and people. They
represent the most efficient and climate-friendly transport method. However, a further
reduction in emissions, especially CO2, is necessary. Since pure electrification by using
batteries as energy storage is not a solution in most cases due to the required operation range,
the use of alternative fuels based on renewable energies is expedient. The CAMPFIRE partner
alliance is therefore working intensively on the use of regeneratively produced ammonia as a
maritime fuel and energy storage for regeneratively produced hydrogen. ... mehrDue to the higher
demand for hydrogen in the future, it will have to be imported and stored in ammonia for
transportation. This will also increase the transport capacity required for inland shipping to
distribute the energy from the seaports to the domestic market. Against this background, a
project consortium of the CAMPFIRE partner alliance is developing and testing a propulsion
system for inland vessels that runs exclusively on ammonia. The heart of this project is a
cracker-engine-unit. During the work, the ammonia cracker is developed and built, the
characteristics and challenges of ammonia combustion in the engine are systematically
examined, the entire system is designed, the full engine unit with generator is containerized
and finally tested holistically. In addition, the special safety aspects when using ammonia in
the maritime environment are analyzed. The combination of the technologies used is intended
to enable completely climate-neutral ship operations. The paper and presentation deal with an
overview of the current work. This includes examples from the results of systematic combustion
studies on the single-cylinder engine and the required injector technology. The various
configurations are evaluated for performance and emissions for a maritime application and
then used as a basis for the full engine configuration. Furthermore, the development work on
the cracker, which splits a partial stream of ammonia into hydrogen and nitrogen and thus
supplies the ignition fuel for the engine, will be presented.