Wassersport: Alternativ unterwegs

Die „grüne“ Brennstofftechnologie kommt in Fahrt.

Hybridantriebe und von Brennstoffzellen gespeiste Elektromotoren zählen zur grünen Technologie der Zukunft. Noch können sie zwar nicht an die Reichweiten von Booten mit Benzin- und Dieselmotoren herankommen, doch immerhin kann man schon mit einem Elektroboot in Gleitfahrt kommen und bis zu 17,5 kn schnell unterwegs sein.

Hybrid 1: Frauscher 686 Lido

Das weltweit erste Sportboot mit Hybrid-Antrieb stellte Frauscher aus Österreich bereits vor 1 1/2 Jahren auf der boot 2008 in Düsseldorf vor.

Boote mit Elektromotoren haben in Österreich eine lange Tradition. Das mag daran liegen, dass dort auf den meisten Seen Boote mit Verbrennungsmotoren nicht zugelassen sind. Oder nur außerhalb der Sommersaison. So lag es für eine österreichische Werft nahe, ihre Boote mit Verbrennungs- und Elektromotoren auszustatten, die sich schnell von dem einen auf das andere Betriebssystem umschalten lassen.

Der weltweit erste Hybridantrieb für Sportboote wurde gemeinsam mit dem österreichischen Dieselmotorenhersteller Steyr auf einer 686 Lido realisiert. Der 48 Volt Elektromotor ist direkt im Kupplungsgehäuse des Dieselmotors eingebaut und an die Schwungscheibe angeflanscht. Umgeschaltet von Elektro auf Dieselbetrieb oder umgekehrt wird mit dem Zündschlüssel. Aber das Hybridsystem kann auch ergänzen: Beim Beschleunigen in Dieselfahrt bis 2.700 U/min kann der Elektromotor als zusätzlicher Booster arbeiten und bringt das Boot rascher auf Trab. Ab 2.700 U/min Dieselfahrt fungiert der Elektromotor als Lichtmaschine und Generator. Das Aufladen der entleerten Batterien erfolgt mit bis zu 90 A innerhalb einer Stunde Fahrzeit. Eine sinnvolle Lösung für kleine Sportboote, auf denen zusätzliche Generatoren keinen Platz haben.

Alternativ lassen sich die Batterien per 220 Volt Landanschluss auch in der Marina über zwölf Stunden nachladen. Für die Reichweite orientiert sich die Werft hinsichtlich Anzahl und Leistung der Batterien an den Kundenwünschen. Mit vier 80 Ah Batterien beträgt die Höchstgeschwindigkeit 5 kn für eine halbe Stunde Fahrzeit, bei 3,5 kn reicht der Saft für eine Stunde. Bei Fahrt mit Dieselmotor ist die 686 Lido bis zu 37 kn schnell. Frauscher bietet die hybride Antriebstechnologie für alle Modelle an – bis hin zur 9,03 m langen 909 Benaco.

Hybrid 2: Mochi Long Range 23 m mit Ferwey Rumpf

Null Emissionen für ein Motorboot, dieses Ziel hat man sich bei Advanced Yacht Technology, dem Konstruktionsteam der Ferretti-Gruppe gesetzt. Die Mochi 23 m Long Rrange23 erhielt als erste der Ferretti Gruppe einen Ferwey Rumpf und Hybridantriebe.

In langsamer Elektrofahrt schlichen wir uns aus dem Porta Lotti von La Spezia, störten dabei die Gäste der Nachbarlieger nicht durch Motorengeräusche. So wie das bereits U-Boote vor 90 Jahren taten. Angenehm leise war nur das Rauschen der Wellen und Klimaanlage zu vernehmen. Zum Aktivieren der Dieselmotoren müssen aus Sicherheitgründen zuvor die Elektrischen abgeschaltet werden. Wir suchten uns dafür ein geschütztes Plätzchen. Denn auf rauem Wasser in engen Passagen sollte man das lieber nicht machen. Insgesamt werden die Motoren über vier Hebel angesteuert, zwei für die MAN Diesel und zwei etwas niedrigere für die ZF Elektros. Beim Nachladen der Batterien während der Dieselfahrt steigt der Durst (für beide Maschinen zusammen) um 20 bis 30 Liter pro Stunde. Bei 14 kn Marschfahrt unter Dieselmotor sind die Batterien,“ so Andrea Frabetti, „innerhalb von nur drei Stunden wieder voll geladen. Solarzellen zum Auftanken der Elektro-Energie kommen derzeit noch nicht in Frage. Es dauert mit der heutigen Technologie einfach zu lange.“ Man hofft aber auf 50 Prozent mehr Reichweiten in Elektrofahrt, wenn eines Tages Lithium Ionen Cobalt Batterien (LiFCoO2) zur Verfügung stehen.

Die beiden je 95 PS starken Elektromotoren steuert ZF aus Friedrichshafen bei. Sie sitzen direkt auf den Antriebswellen der beiden je 860 PS starken MAN-Diesel mit Integralwellen vor dem V Getriebe und werden über eine Kupplung aktiviert. Die Werft spricht bei diesem Konzept von ZEM (Zero Emission Mode), was genau genommen aber nur zutrifft, wenn rein elektrisch gefahren wird und der Strom dafür aus den Lithium Ionen Ferrit Batterien (LiFFePO4) aufgenommen wird. Geladen werden die entweder über die laufenden Dieselmotoren, von einem Generator oder im Hafen liegend über den Landanschluss. Wobei auch eine Elektrofahrt mit gleichzeitigem Batterieladen via Generator möglich ist.

Die Reichweite mit Elektroantrieb variiert geschwindigkeitsabhängig. Am Fahrstand wird auf einem Monitor über die jeweiligen Ladestände der Batterien informiert. Im Schnitt geht die Werft von folgenden Werten aus: eine halbe Stunde Elektrofahren aus dem Hafen. Dann weiter mit den Dieselmotoren. Anschließend noch einmal eine halbe Stunde Fahrt mit Elektroantrieb in eine Ankerbucht und dort mit abgeschalteten Motoren und Generator bis zu acht Stunden liegend, wobei alle Stromverbräuche einschließlich Kühlschränken und Klimaanlage aus den Batterien gespeist werden.

Mit der geruhsamen Mochi Long Range 23 bietet die Ferretti-Gruppe eine Antwort auf steigende Dieselpreise. Seit knapp fünf Jahren haben Andrea Frabetti von der Ferretti Tochter AYT (Advanced Yacht Technology) und Luca Ferrari, Neffe von Norberto, intensiv an der Entwicklung einer Motoryacht mit Hybridtechnologie und Spezialrumpf gearbeitet. Die italienische Klassifikationsgesellschaft RINA hat der Neuen bereits ihr grünes Gütesiegel Green Star verliehen.

Unter dem Arbeitsbegriff Ferwey – steht für Ferretti Wave Efficient Yacht – wurde ein neuartiges Unterwasserschiff konzipiert. Das erinnert mit großen Tunneln für die Propellerwellen ab Bootsmitte bis achtern fast schon an einen Trimaran. Zwei weitere kleine Tunnel vor den Außenkanten machen ihn sogar genau genommen zu einem Fünfmaran – wenn es diesen Begriff über- haupt gibt. Er kann in Tidegewässern sogar ohne Zusatzstützen trocken fallen, ohne sich auf die Backe zu legen. Die gewaltigen Propeller (Durchmesser über 1 m) sind in den Tunneln bestens geschützt sind. Bereits in der Entwicklungsphase mit Testtankversuchen bei der Schiffsbauversuchsanstalt Potsdam hat sich gezeigt, dass sich der Rumpf bei Fahrt durchs Wasser selbst bei einem simuliertem Gewicht von 20 Personen auf einer Seite lediglich um maximal 6,4°zur Seite neigt. Das ist deutlich weniger als bei einem herkömmlichen Rundspant-Verdränger. Bei 15 kn heben Verdränger für gewöhnlich ihren Bug um 3°in die Höhe. Das Ferwey-Modell mit dem Spezialrumpf blieb mit nur 0,75°deutlich darunter. Als Höchsttempo mit Dieselmotoren haben wir 15,2 kn gemessen. Dieses Tempo entspricht eigentlich schon einer unteren Gleitfahrt. Doch das Wellenbild zeigte nicht die typische Form. Verdängerfahrt aber war das auch nicht mehr. Halt so etwas zwischen den Definitionen. Andrea Frabetti hat dafür den Ausdruck Transplaning kreiert.

Die Bezeichnung Long Range gilt in erster Linie unter Fahrt mit zwei 880 PS starken MAN Dieselmotoren: 1.200 sm bei 9 kn. Mit den beiden ZF- Elektros ist die Mochi Long Range 23 eher eine Short Range: rund 6,8 sm Reichweite. In jedem Fall aber ist sie zukunftsweisend, um künftig Energie schonend und umweltfreundlich unterwegs zu sein. Mit dem Hybridantrieb setzt sie dafür in ihrer Klasse eine hohe Messlatte.

Wasserstoff und Brennstoffzelle: Frauscher Riviera 600

Alle großen Entwicklungen haben einmal klein angefangen. So verhält es sich auch mit der Brennstoffzellentechnologie, mit der die österreichische Frauscher Werft weltweit das erste Sportboot ausgerüstet hat.

Wenn Michael und Stefan Frauscher, die beiden Junioren der Werft vom Traunsee, etwas anpacken, dann richtig. Auf ein Sportboot mit Hybrid Antrieb – im Januar 2008 auf der boot vorgestellt – folgt jetzt ein 6 m langes vom Typ Riviera mit Wasserstoff Brennstoffzellen Antrieb für dessen Elektromotor. Richtungsweisend ist Wasserstoff als Treibstoff für die Zukunft alle Mal. Als Sekundärenergie kommt Wasserstoff in Wasser, Erdgas, Öl und anderen Trägern vor, ergibt sich als Nebenprodukt bei der Chlor Elektrolyse. Unternehmen wie Air Products produzieren bereits seit längerem Wasserstoff, der beispielsweise bei städtischen Bussen in Berlin und Hamburg, einem Alster Ausflugsschiff in Hamburg oder auf U-Booten der Bundesmarine deren Brennstoffzellen mit Energie versorgt.

Die Brennstoffzelle ist ein elektrochemischer Stromerzeuger, Gase werden oxidiert und direkt in hochwertige Energie umgewandelt. Eine „gasbetriebene Batterie“ sozusagen. Das Prinzip wurde im 19. Jahrhundert entdeckt. Der erste praktische Einsatz einer alkalischen Brennstoffzelle erfolgte 1963 bei der Gemini-Mission der amerikanischen Raumfahrt. Aufgrund des gestiegenen Umweltbewusstseins wurde die Erforschung dieser emissionsfreien und umweltschonenden Energiegewinnung wieder intensiviert. Eine Entwicklung, die mit der Fronius Energiezelle nun eine neue Dimension erfährt. Die ist mehr als nur eine Brennstoffzelle. Sie ist ein Gesamtsystem regenerativer Energieerzeugung: Beispielsweise kann eine Photovoltaik-Anlage den Strom für die Wasserstoff Erzeugung liefern, mit dem ein Elektrolyseur betrieben wird. Dieser spaltet Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Der Wasserstoff wird gespeichert und schließlich bei Bedarf in der Brennstoffzelle wieder in Energie umgewandelt. Ein ausgeklügeltes Energiemanagement sorgt dabei für höchste Effizienz und Wirtschaftlichkeit.

Nachdem die Fronius Energiezelle bereits seit ein paar Jahren Gabelstapler für Hallen und Großmärkte antreibt, war nunmehr die Zeit reif, sie auch auf dem Wasser zu nutzen. In dem Fall allerdings aus Platzgründen ohne eigene Wasserstofferzeugung. Bitter, Fronius und Frauscher fanden sich dafür zu-sammen, nutzten Fördermittel des EU- Programms Regionale Wettbewerbsfähigkeit 2007-2013, die des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung und Obererösterreichischen Landesmittel, um das Thema Wasserstoff weiter voranzutreiben.

Fronius steuert die vom TÜV Süd abgenommenen Brennstoffzellen bei, Bitter die Tankkartuschen und Frauscher die Elektroboote. Man hat zunächst einmal geschlossene Märkte im Auge – wie Mietbootflotten von Hotels an Seen, die für Verbrennungsmotoren gesperrt sind, oder in der Lagune von Venedig. Denn als einziges Abgas entsteht pures Wasser. In diesen Märkten würden sich Wasserstoff Tankstellen oder Tauschstationen für Kartuschen rechnen. Wasserstoffanbieter denken bereits über ein Vertriebsnetz für Tankkartuschen oder Tankstellen nach, damit sie gerüstet sind, wenn demnächst Pkws mit Brennstoffzellenantrieben über die Straßen rollen. Einer der Hauptvorteile gegenüber der Energiespeicherung in Batterien: Eine Kartusche ist im Handumdrehen gewechselt oder in vier Minuten nachgefüllt, während für das Nachladen von Batterien mehrere Stunden vergehen.

Bei Frauschers Riviera 600 mit Brennstoffzelle lagert der Wasserstoff in 28 kg schweren Kartuschen des Herstellers Bitter. Die bestehen aus mit Karbonfaserlaminat umwickeltem Aluminium. Das Tankvolumen beträgt 26 l, bei inem Fülldruck von 350 bar entspricht das einem Gesamtvolumen von 9,1 cbm. Dies wiederum verschafft der Riviera 600 mit ihrem 4 kW Kräutler Elektromotor ine Reichweite von 80 km bei rund 4 kn Marschfahrt – oder 10 Stunden. Als Maximalfahrt haben wir 5 kn gemessen.

Das entscheidend Neue spielt sich innerhalb der Brennstoffzelle ab: Zwischen zwei durch eine vliesähnliche Membran getrennten Kammern, in der einen Wasserstoff, in der anderen Sauerstoff, baut sich ein elektrisches Spannungsgefälle auf. Derweil die Protonen des Wasserstoffes durch die Membran zum Sauerstoff fließen, müssen die Elektronen hinüberspringen. 90 dieser kleinen 2 Kammer-Zellen bilden die komplexe Fronius Brennstoffzelle. Die entstandene Spannung speist den Kräutler Elektromotor mit Energie. Ein Teil der Energie fließt daneben in die Bordbatterie. Sozusagen in den Reservetank, falls der Wasserstofftank leer sein sollte. Oder für den Fall eines Notstopps der Brennstoffzelle: Denn aus sicherheitstechnischen Gründen schaltet sie bei kleinsten Mengen an Wasserstoff im Bootsraum sofort ab und benötigt vor dem Neustart eine Minute für eine komplette Sicherheitsüberprüfung. Schliesslich ist ein Wasserstoff –Luftgemisch, das man weder sehen noch riechen kann, ein ebenso hochentzündliches Gas wie ein Benzin-Luftgemisch. Das gesamte Sicherheitssystem wurde vom TÜV Austria abgenommen und gewährleistet eine Sicherheit, die höher als die von Benzinmotorbooten zu sehen ist.

Im Instrumentenpanel der Riviera informiert ein vielfältiges Display über Druckzustände, Reichweite und weitere fahrtrelevante Daten. Alarme werden optisch per LED und akustisch per Horn angezeigt.

Frauschers bislang schnellste rein Elektrische, eine 686 Lido mit 50 kW Motor, kommt mühelos ins Gleiten und läuft 17,5 kn.

Mehr Informationen:
Ferretti Gruppe / Mochi Craft
Tel. +39 0543 78 75 11
E-Mail: fulvia.venturi@ferrettigroup.com

Frauscher Bootswerft
Tel. +43 7612 63 65 50,
E-Mail: frauscher@bootswerft.at

Fronius
Tel. +43 7242 241 20 75
E-Mail: rumpl.werner@fronius.com