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Der Ingenieur Joachim Arnheiter, selbst in der Binnenschifffahrt groß geworden, hat im Rahmen einer Arbeit an der Technischen Hochschule Aschaffenburg die alternativen Antriebsarten von Schiffen gegenübergestellt, analysiert und dabei interessante Erkenntnisse gewonnen.

Durch die weitere Reduzierung der Abgaswerte für Großschiffsdieselmotoren, geregelt durch die NRMM (Non-Road Mobile Machinery), steht die Branche der Binnenschifffahrt vor einer großen Herausforderung. Vor allem in der Frachtschifffahrt ist der Altbestand mit einem Durchschnittsalter von ca. 40 Jahren größtenteils noch mit gleichaltrigen Langsamläufer ausgestattet, die zwar noch teilweise Bestandsschutz haben, aber bei weitem die Abgaswerte nicht mehr erfüllen. Darüber hinaus verteuern sich die Hafengebühren in den Seehäfen um bis zu 10 %.

»Wie bei den Kraftfahrzeugen auf der Straße auch, wird sich dabei der Hybridantrieb (eine Technik mit mind. zwei Antriebsarten) früher oder später auf Langstrecken etablieren«, sagt Arnheiter. Dabei werde das Augenmerk verstärkt auf die Kombination Brennstoffzelle und Batterieantrieb in Verbindung mit Antrieb eines Elektromotors hinauslaufen. Auch in der Schifffahrt wurden im Rahmen des e4ships-Projektes bereits der Einsatz von Brennstoffzellen getestet. Allerdings ist die Brennstoffzelle im größeren Leistungsbereich noch in der Entwicklung, so dass z.Zt. lediglich kleinere Brennstoffzellen in Passagier- oder Flusskreuzfahrtschiffen eingesetzt werden. Deswegen werde zumindest für die nächsten zehn Jahre der umstrittene Dieselmotor in der Binnenschifffahrt noch nicht weg zu denken sein, sagt der Ingenieur.

Hybrid-Schiff moinos
Mögliches Hybridkonzept Heck- und Bugantrieb mit Elektromoto, Dieselmotoren zur Stromerzeugung (Quelle: moinos.de)

Mit dem Stand der heutigen Technik zeigt sich Arnheiter zufolge allerdings auch, dass durch die Kombination Dieselmotor mit Elektroantrieb Treibstoffeinsparungen von bis zu 25 % im Vergleich zum reinen Dieselantrieb möglich sind. »Auf das Jahr gerechnet sind dies Einsparungen bei einem durchschnittlichen Güterfrachtschiff mit einer Tragfähigkeit von ca. 1.750 t von ca. 100.000 €«, rechnet er vor. Möglich mache dies hauptsächlich das Energiemanagement und damit die optimierte Steuerung des Stromverbrauchs. Ergänzend dazu kann auch ein Batteriespeichersystem eingesetzt werden, das vor allem im unterem Drehzahlbereich, wo der Wirkungsgrad von einem Verbrennungsmotor deutlich schlechter als bei einem Elektromotor ist. So könnte z.B. der reine Elektroantrieb bei einer Ein- und Ausfahrt von Schleusen deutlich effektiver eingesetzt werden. In dem ganzen Antriebssystem geht es vorwiegend darum, den besseren Wirkungsgrad des Elektromotors im Vergleich zum Verbrennungsmotor deutlich besser auszunutzen, um Treibstoff und somit auch Abgaswerte zu reduzieren.

Motortausch ohne nennenswerte Treibstoffeinsparungen

»Steht man nun vor der Alternative eines Retrofits, wird zwar der klassische Austausch eines Dieselmotors in der Anschaffung günstiger sein, aber es wird keine nennenswerte Treibstoffeinsparungen bewirken. Rein wirtschaftlich gesehen, bedeutet dies auch keine nennenswerte Reinvestition«, so der Ingenieur. Setze man allerdings eine Treibstoffeinsparung durch eine Diesel-elektrische Kombination von ca. 15-20 % an, so könne sich die ganze Investition in fünf bis siegen Jahren amortisieren. »Und die Wirtschaftlichkeitsberechnung wurde zunächst noch ohne mögliche Unterstützung durch den Staat berechnet. Nutzt man die vorhandenen Fördermöglichkeiten in Deutschland ist der Hybridantrieb noch deutlich interessanter«, sagt Arnheiter.

Mit seinem Ingenieurbüro Moinos Engineering bietet Arnheiter die Energieberatung für Binnenschiffe und das Energiemanagement an, was auch durch die BAFA gefördert wird. Damit werden weitere effiziente Maßnahmen zur Energieeinsparung analysiert und optimiert. Für die Umbaumaßnahmen wurde ein Projektmanagementtools konzipiert, dass zu kurze Umbauzeiten an der Werft und somit Einsparungen in der Liegezeit führt.

Aufgewachsen in einer alteingessenen Schifferfamilie mit über 200 jähriger Tradition aus dem Schifferstädtchen Wörth am Main studierte Arnheiter Maschinenbau an der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt. Nach dem Studium folgte dann die Tätigkeit bei einem Versicherungskonzern als Spezialist und Direktionsbeauftragter für Firmenversicherungen, wobei es auch um Schiffe und Gutachten zu Maschinen- und Kaskoschäden ging. Im Zeichen der Veränderungen durch Klimawandel und der bevorstehenden Energiewende erfolgte dann die weitere Motivation noch einmal ein Studium an der Technischen Hochschule Aschaffenburg in der Fachrichtung Erneuerbare Energien und Energiemanagement (E³) anzugehen. Mit der Bachelorarbeit zum Thema »Entwicklung und Auslegung eines Konzeptes für alternative Antriebssysteme für Binnenschiffe« wurde damit der Grundstein für die weitere Tätigkeit als selbständiges Ingenieurbüro gelegt um weitere innovative Akzente in der Schifffahrt zu setzen. Während des Studiums wurde dann noch eine Ausbildung zum Energieberater, eine Auditorenausbildung für das Energiemanagementsystem nach DIN ISO 50001 und eine Qualifikation zum Projektmanager nach (IPMA/GPM) mit Zertifikat absolviert.

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