Rijkert Knoppers
Cruiseschepen zijn drijvende steden, die op de meest vervuilende brandstoffen draaien. Zo schetste een medewerker van de internationale milieuorganisatie Transport & Environment eens het probleem van de vakantieoorden. Ze stoten veel vervuilende stoffen uit en liggen in vergelijking met vrachtschepen ook nog eens langer in havens, waardoor ze het milieu relatief ernstiger belasten.
Het toepassen van hybride brandstofcellen zou een goede aanpak kunnen zijn om de milieuvervuiling van de cruiseschepen te reduceren, blijkt uit een recent rapport van het door de EU gesubsidieerde ‘Nautical Integrated Hybrid Energy System for Long-haul Cruise Ships’ (Nautilus) project, onder leiding van het DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt). Het project hanteert de doelstelling van de Internationale Maritieme Organisatie (IMO) om de uitstoot van CO2 vanaf 2030 met 40% en de uitstoot van fijnstof met 99% te verminderen ten opzichte van 2008.
Dit gebeurt in eerste instantie door de gangbare dieselmotoren te vervangen door gasmotoren. Daarna vindt de overschakeling naar brandstofcellen plaats. ‘Tijdens een overgangsperiode zullen het nieuwe brandstofcelsysteem en conventionele scheepseenheden met een gasmotor tegelijkertijd in bedrijf zijn,’ legt DLR-medewerker Syed Asif Ansar uit. ‘Het brandstofcelsysteem kan dezelfde brandstof gebruiken als de gasmotoren. Hierdoor zijn veel onderdelen van de bestaande energiesystemen opnieuw te gebruiken.’ Dat de brandstofcellen ook kunnen werken op aardgas, of bijvoorbeeld methanol is mogelijk dankzij een reformatieproces, waarbij waterstof ontstaat. Uiteindelijk is het de bedoeling dat de brandstofcellen alle interne verbrandingsmotoren gaan vervangen.
Voor het duurzame energiesysteem lag in eerste instantie de keuze tussen een Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) of een SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), beiden in combinatie met een lithium-ion accu voor piekbelasting. Doordat de stacks van een SOFC gemaakt zijn van metalen en keramische componenten ligt de vermogensdichtheid bij deze brandstofcel lager dan die van PEMFC stacks, die gefabriceerd zijn van polymere membranen. Concreet kunnen de stacks van een SOFC een capaciteit krijgen van 10 kW, terwijl de vermogensdichtheid van een PEMFC 30 kW kan bedragen.
De keuze is op een SOFC systeem gevallen omdat deze een elektrische rendement hebben van meer dan 45-60%, terwijl het rendement van een PEMFC hooguit tussen 35-60% ligt. ‘De vrijkomende restwarmte kunnen we op een ander punt terugvoeren naar het energiesysteem. Op deze manier valt meer dan 85% van de gebruikte energie te gebruiken,’ aldus Ansar. Het concept van de brandstofcellen, zoals uitgewerkt in het Nautilusproject, is volgens het DLR niet alleen geschikt voor cruiseschepen met 1.000 tot 5.000 passagiers, maar ook voor bijvoorbeeld koopvaardijschepen en stationaire industriële sectoren.
