Mit Abwärme den Passagierbereich von Schiffen kühlen

Nachhaltigkeit Mit Abwärme den Passagierbereich von Schiffen kühlen

22.07.2021Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter |

Im Rahmen des Forschungsprojektes Engimmonia wird die Fahrenheit GmbH eine optimierte Adsorptionskältemaschine speziell für den Einsatz auf Schiffen entwickeln, welche die Abwärme des Schiffmotors für die Kühlung des Passagierbereichs nutzt.

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Der Prototyp einer Adsorptionskältemaschine wird auf einer Fähre der griechischen Reederei ANEK eingebaut, um den Betrieb zu überwachen und zu analysieren.
(Bild: ANEK)

2,5 Prozent der weltweiten CO2-Emmissionen entfallen jährlich auf die Schifffahrt. Die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) will diese Emissionen bis 2030 um mindestens 40 Prozent und bis 2050 um mindestens 50 Prozent senken. Zum Ende des Jahrhunderts soll die internationale Schifffahrt vollständig dekarbonisiert sein. Um das erste Etappenziel erreichen zu können, ist am 1. Mai 2021 das auf vier Jahre angelegte EU-Forschungsprojekt Engimmonia gestartet. Es will die weltweite Einführung alternativer Kraftstoffe wie Ammoniak fördern und bereits an Land bewährte saubere Energietechnologien auf den maritimen Sektor übertragen. Dazu zählen auch Abwärmerückgewinnungslösungen und Adsorptionskältemaschinen für die Erzeugung von Strom beziehungsweise Raumkühlung.

Eine Adsorptionskältemaschine kühlt Wasser ab, das anschließend dazu dient, Räume zu klimatisieren oder beispielsweise Maschinen, Server oder andere Prozesse zu kühlen. Die Besonderheit der Adsorptionskälte ist, dass sie Wärme anstatt Strom als Hauptantriebsenergie nutzt. So spart die Adsorptionskältemaschine rund 80 Prozent der normalerweise bei einer Klimaanlage beziehungsweise Kältemaschine anfallenden Stromkosten ein.

Adsorptionskältemaschine speziell für den Einsatz auf Schiffen

Die aus einer Ausgründung des Fraunhofer ISE hervorgegangene Fahrenheit GmbH entwickelt Adsorptionskältemaschinen und fokussiert sich auf die Technologieentwicklung für spezielle Anwendungsbereiche. Unterstützt von Forschern des Instituts für fortgeschrittene Energietechnologie „Nicola Giordano“ ITAE (CNR) wird Fahrenheit im Rahmen des Engimmonia-Projektes eine Adsorptionskältemaschine speziell für den Einsatz auf Schiffen entwickeln.

So funktioniert die Adsorptionskühlung

Die Fahrenheit-Adsorptionskälteaggregate arbeiten nach dem Prinzip der Feststoffsorption, auch Adsorption genannt. Dabei werden Gase an der Oberfläche eines Festkörpers, dem Adsorber, angereichert. Bei Fahrenheit ist das Gas Wasserdampf und die Oberfläche des Feststoffs ist mit Zeolith oder Silicagel beschichtet. Diese sind sehr porös und verfügen damit über eine außerordentlich große innere Oberfläche. So können sie sehr viele Wassermoleküle „aufsaugen“. In den Kühlsystemen ist zudem ein Vakuum angelegt. Das Wasser verdampft so bereits bei deutlich geringeren Temperaturen, als dies unter normalen Druckverhältnissen möglich wäre. Durch die Anlagerung der Wassermoleküle am Adsorber verdampft das Wasser und kühlt sich ab. Über einen Wärmetauscher wird dadurch das Kühlmedium gekühlt.

Im ersten Schritt geht es darum, das beste Materialpaar aus Sorptions- und Kältemittel für einen Prototyp zu identifizieren. „In dieser Phase werden wir verschiedene Sorptionsmittelkonfigurationen hinsichtlich Sorptionskapazität, erreichbarer Kälteleistung und thermischer Stabilität charakterisieren und die optimale Kombination für die Anwendung definieren“, erklärt Eliza Nowak, verantwortliche Projektleiterin bei Fahrenheit.

Test auf griechischer Fähre

Auf dem Weg zum endgültigen Prototyp wird das ITAE dann verschiedene Konfigurationen von Adsorptionsmodulen und Wärmetauschern testen, die Fahrenheit anschließend optimiert. Der endgültige Prototyp wird anschließend auf dem Demoschiff, einer Fähre der griechischen Reederei ANEK, eingebaut, um den Betrieb zu überwachen und zu analysieren. „Die Demo-Installation auf dem Schiff soll uns als Referenzprojekt dienen, und letztlich wollen wir neue Kooperationen und Kontakte innerhalb der Schiffsindustrie aufbauen“, so Nowak.

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