So funktioniert die Energie der Zukunft

Leseprobe Wasserstoff ist Energieträger und Speichermedium zugleich. Mit ihm können wir auf Erdöl, Kohle und Erdgas verzichten. Monika Rößiger beschreibt die revolutionäre Technologie und ist überzeugt: Die nächsten Jahre stellen die Weichen für die Zukunft...
Im Mai dieses Jahres präsentierte Siemens den ersten Zug, der nur mit Wasserstoff fährt
Im Mai dieses Jahres präsentierte Siemens den ersten Zug, der nur mit Wasserstoff fährt

Foto: INA FASSBENDER/AFP via Getty Images

Von Hamburg in die Welt: Der Hafen auf dem Weg in die Klimaneutralität

Hamburger Hafen, 16. Februar 2022. Der Himmel wie Blei, das Wasser wie Blei. Windböen treiben Regenschauer durch die Luft. Von der Nordsee rauscht das Sturmtief Ylenia heran. Ich stehe mit Karin Debacher auf einer Brücke über der Elbe und blicke auf Hamburgs größten Containerterminal, den Burchardkai im Waltershofer Hafen. Vor uns liegt eineWelt aus Stahl, in der sich ein bizarres Treiben entfaltet. »Das ist der Terminal, den wir im laufenden Betrieb von manuell auf automatisiert umstellen«, erklärt Karin Debacher, die bei der HHLA die Wasserstoff-Projekte leitet. »Das wird sehr aufwendig. Denn so ein Terminal ist an 360 Tagen im Jahr rund um die Uhr im Betrieb.« Nur an fünf Tagen, den sogenannten Hafenfeiertagen, ruht die Arbeit. Und im Gegensatz zum bereits klimaneutralen Terminal Altenwerder – er erhielt weltweit als Erster diese Zertifizierung – lassen sich die anderen Terminals nicht elektrifizieren. Hier muss also Wasserstoff zum Einsatz kommen.

Im Hamburger Hafen wurden im Jahr 2020 rund 126 Millionen Tonnen an Gütern umgeschlagen; knapp die Hälfte davon für den Export. Allein die HHLA, die mehrheitlich im Besitz der Stadt Hamburg ist, setzte im Jahr 2021 an der Elbe beinahe sieben Millionen Standardcontainer um. Als wichtiges Zentrum des Waren- und Güterumschlags für die deutsche und europäische Wirtschaft ist der Hafen zugleich ein Knotenpunkt, in dem alle Verkehrsmittel und ihre jeweilige Infrastruktur zusammentreffen: Schiffe, Züge, Lkw – und, nicht zu vergessen, auch die Luftfracht ist hier angesiedelt. Auf der Elbe flottieren Binnenschiffe ebenso wie die Containerriesen aus Übersee. Die großen Pötte, wie man hier sagt, und die kleineren, Feeder genannten, Zubringerschiffe, welche die Container zum Beispiel nach Skandinavien oder ins Baltikum bringen. Mehr als 8000 Schiffe im Jahr laufen den Hamburger Hafen an, und über 200 Güterzüge pro Tag kommen hier an oder fahren ab.

Anhand der Abläufe, die wir von der Straßenbrücke über dem Hafen sehen können, erklärt mir Karin Debacher, warum an vielen Containerterminals im In- und Ausland künftig auch Wasserstoff eingesetzt werden soll. An der beinahe drei Kilometer langen Kaikante des Burchardkais liegen Schiffe mit turmhoch gestapelten Containern. Ihre Ladung soll schnellstmöglich gelöscht werden; in diesem Geschäft zählen buchstäblich Sekunden. Überragt werden die Schiffe von stählernen Containerbrücken, auch STS-Kräne genannt. Die heben jeden einzelnen der Container vom Schiff und stellen ihn auf dem Kai ab. Damit bilden die Kräne den Anfang eines überwiegend maschinellen Löschvorgangs, der bis in die 1960er Jahre hinein noch von Tausenden von Hafenarbeitern bewältigt wurde.

Als Nächstes fahren zehn Meter hohe, blau lackierte Stahlungetüme geschwind an die Kaikante heran, reihen sich kurz zu einer Warteschlange auf und rollen dann fix nacheinander unter die Containerbrücken. Das sind die Van Carrier. Für mich sehen sie aus wie sehr hochbeinige Baldachine auf Rädern. An der Oberseite ist eine gläserne Gondel angebracht, in der ein Mensch sitzt und das Gefährt aus der Vogelperspektive steuert. Er bugsiert es über den Container, nimmt den mit Hilfe eines Greifarms (Spreader genannt) auf und transportiert ihn an seinen vorgesehenen Standort. Beispielsweise an einen der 16 000 Stellplätze am Burchardkai.

»Van Carrier stemmen massive Lasten«, sagt Karin Debacher. »Sie heben und senken bis zu 30 Tonnen schwere 20-Fuß-Container. Sie fahren mit ihnen über die Kaianlage und senken sie wieder ab. Entweder auf den Boden oder auf einen anderen Container oder auf einen Lkw. Horizontal transportieren sie bis zu 60 Tonnen.« Und bis zu vier Container kann so ein Van Carrier inzwischen übereinanderstapeln. Wer in Physik aufgepasst hat, könnte jetzt leicht berechnen, was für ein Energieaufwand nötig ist, um solche Lasten in die entsprechende Höhe zu hieven. Mir reicht allein schon die Vorstellung. Und klar ist auf jeden Fall: Viel Energie geht auch hier mit einem hohen Schadstoff- und CO2-Ausstoß einher. Denn die Maschinenkraft dieser riesigen Lastenträger ist dieselbefeuert.

Seit 1980 sind Van Carrier, auf Deutsch auch Portalhubwagen genannt, auf den Containerterminals der Hansestadt im Einsatz. Kurioserweise ist das Wort Van Carrier vor allem in Hamburg üblich. International spricht man von Straddle Carrier, und die haben sich in den letzten 40 Jahren erheblich weiterentwickelt. Anfangs erhielten die Fahrer ihre Anweisungen noch per Sprechfunk. Seit 1984 haben sie eine kleine Bildschirmkonsole an Bord und werden per Datenfunk instruiert, welche Container sie als Nächstes ansteuern sollen und auf welchem Weg. 1995 gab es im Hafen dann einen Technologiesprung: Weltweit erstmals konnten mit Hilfe eines satellitengestützten GPS-Systems (DGPS) und eines laserbasierten Ortungssystems (LADAR) die Stellplätze der Container exakter bestimmt werden. Die Anweisungen an die Fahrer der Van Carrier und deren Wege wurden damit effizienter.

Alles in allem führte die stetige Optimierung der Van Carrier und ihrer Motoren zu einem sinkenden Treibstoffverbrauch: von bis zu 38 Liter Diesel pro Betriebsstunde auf 23 Liter im Jahr 2019. Seit Mitte desselben Jahres fahren drei Van Carrier im Testbetrieb mit Hybridmotoren. Das verringerte den Lärm und senkte den CO2-Ausstoß um etwa 30 bis 50 Tonnen pro Jahr und Fahrzeug.193 Aber auch das reicht nicht aus, erklärt die H2-Projekt-Verantwortliche. Um bis 2040 klimaneutral zu sein, will die HHLA im Rahmen ihrer Nachhaltigkeitsstrategie Van Carrier ebenso wie die anderen Terminalfahrzeuge auf Wasserstoff umstellen. Dazu gehören Reachstacker, also eine Art große Gabelstapler, die sehr schwere Lasten heben müssen, und Leercontainerstapler. Außerdem normale Gabelstapler, Terminal-Zugmaschinen, Rangierloks sowie die eigene Lkw-Flotte. Alles muss auf den neuen Energieträger umgestellt werden. Das soll im Rahmen des Projektes H2LOAD (Hydrogen Logistics Application and Distribution) geschehen.

»Der Bereich der Schwerlastfahrzeuge am Terminal und der schweren Lkw auf der Straße ist schwieriger zu elektrifizieren als etwa der von Pkw«, sagt Karin Debacher. »Deshalb sollen hier Brennstoffzellen zum Einsatz kommen, angetrieben mit grünem Wasserstoff.« Der Containerterminal Altenwerder konnte schneller klimaneutral werden, weil die schweren Lasten von den strombetriebenen automatischen Containertransportern nicht gehoben und gesenkt, sondern lediglich in der Horizontalen transportiert werden. Das ist weniger energieaufwendig, weshalb die Prozesse in Altenwerder größtenteils elektrifiziert ablaufen können. Bei den anderen Terminals ist das nur schwer möglich, daher sind für den Terminalbetreiber HHLA mit Brennstoffzellen angetriebene Schwerlastfahrzeuge ein wichtiger Baustein auf dem Weg zur Klimaneutralität. Allerdings müssen diese Versionen für viele Fahrzeuge erst entwickelt und erprobt werden. Dafür plant das Unternehmen im Rahmen eines Innovationsclusters, in den kommenden Jahren unter anderem mit den Herstellern von Spezial- und Schwerlastfahrzeugen zu kooperieren. »Wir hoffen, dass wir bis Ende 2022 einen ersten Wasserstoff-Lkw testen können«, sagt Debacher. »Außerdem ein bis zwei Terminalfahrzeuge als Prototypen.« Der Truck soll ein neu gebauter 40-Tonner sein, der ebenso wie weitere, ab 2023 geplante Umschlagsvehikel in einem Testcenter, das eigens für diesen Zweck am Containerterminal Tollerort errichtet wird, erprobt werden soll.

Der Umstieg auf Wasserstoff führt zwangsläufig zu Änderungen in den Betriebsabläufen, allein schon was die Betankung angeht, die viel kurztaktiger erfolgen muss als bei Dieselfahrzeugen. »Wir müssen also herausfinden, wie wir das in Prozesse integrieren, die über Jahre oder auch schon Jahrzehnte optimiert worden sind«, erklärt Debacher. Die studierte Volkswirtin ist seit 2015 beim Hamburger Hafenkonzern. Erst war sie als Beraterin weltweit unterwegs, im Rahmen verschiedener Hafen- und Logistikprojekte, bevor sie in die Geschäftsentwicklung wechselte. Das Thema Nachhaltigkeit lag ihr schon früher am Herzen, als sie noch in der internationalen Entwicklungszusammenarbeit tätig war. Nun ist sie froh, in ihrer Arbeit konkret etwas gegen den Klimawandel tun zu können.

In der folgenden Phase von H2LOAD sollen mehr als 100 Brennstoffzellenfahrzeuge verschiedenen Typs in Betrieb genommen werden. Damit die Fahrzeuge Wasserstoff tanken können, ist die Einrichtung entsprechender Zapfsäulen an mehreren HHLA-Terminals geplant, die auch für Fahrzeuge von außerhalb zugänglich sein sollen. Die Infrastruktur soll später zudem an das Hamburger Wasserstoffnetz angebunden werden.

Inzwischen sitzen wir wieder im Auto, um zum nächsten Terminal zu fahren. Gerade rechtzeitig vor dem nächsten Platzregen. Nachdem wir auf der Hinfahrt fast eineinhalb Stunden im Stau gesteckt haben, geht es jetzt etwas flotter voran. Aber immer noch herrscht hier viel Verkehr, obwohl es mitten in der Woche am Nachmittag ist. Mit dem kleinen silbergrauen Elektroflitzer ihrer Firma manövriert sich die gebürtige Hamburgerin mit den lebhaften dunklen Augen mit bewundernswerter Gelassenheit durch eine nicht enden wollende Blechlawine. Heute ist die Lage besonders schlimm, weil mitten im Hafen, im dicht besiedelten Stadtteil Wilhelmsburg, eine 1000-Pfund-Bombe aus dem Zweiten Weltkrieg entdeckt wurde. Die Polizei hat das Gebiet weiträumig abgesperrt. Und bevor die Entschärfung beginnen kann, müssen Tausende Bewohner evakuiert werden. Unter Corona-Bedingungen ist das noch schwieriger als sonst. Kein Wunder also, dass sich Autos überall dicht an dicht drängen und Sattelschlepper lange Kolonnen bilden. Die allerdings gehören zum normalen Straßenbild. »Jeden Tag fahren rund 17 000 Lastkraftwagen durch den Hamburger Hafen«, sagt Debacher. Auch das bedeutet viele Schadstoffe, viel Kohlendioxid und viel Lärm.

Wir fahren an Halden von Steinkohle vorbei und an Zügen mit offenen Waggons, die Kohle abtransportieren – Zeichen dafür, wie sehr wir noch dem fossilen Zeitalter verhaftet sind. Den Umschlag von Kohle und Erzen am Hansaport-Terminal betreibt die HHLA mit der Salzgitter AG. »Das läuft hier alles voll automatisiert ab«, erklärt Debacher. »Ein Kran saugt das Schüttgut aus dem Schiff heraus und verfrachtet es ins Lager. Von dort geht die Verladung auf die Züge ebenso automatisch.«

Auch mit Containern beladene Güterzüge sehen wir, endlos lang ziehen sie an uns vorbei. Der Warentransport auf der Schiene ist ein entscheidender Standortvorteil für die Hafenlogistik der Hansestadt. »Hamburg hat den besten Intermodal-Anschluss in Europa, weil die Container hier direkt vom Schiff auf den Zug geladen werden können. Rund ein Drittel der Waren geht per Bahn aus dem Hafen nach Süddeutschland, Osteuropa und Südosteuropa«, erläutert Debacher.

»Intermodal« bedeutet die Verknüpfung unterschiedlicher Verkehrsträger wie Schiff, Zug und Lkw. Je nach Terminal stehen bis zu zehn Gleise für dieses Umladen zur Verfügung, und ein Gleis kann bis zu 750 Meter lang sein. Die Oberleitungen für die Züge reichen zwar bis in den Hafen hinein, aber nicht bis auf die Terminals. Das letzte Stück übernehmen daher Rangierloks, die derzeit noch im Dieselbetrieb verkehren, in Zukunft aber ebenfalls auf Wasserstoff umgestellt werden sollen.
[…]

Von unserer nächsten Station blicken wir auf den Containerterminal Tollerort, den kleinsten der drei HHLA-Terminals. Hier soll das geplante Testcenter für Schwerlastfahrzeuge gebaut werden sowie eine H2-Tankstelle. Und hier sollen auch Prototypen diverser Schwerlastfahrzeuge getestet werden. diverser Schwerlastfahrzeuge getestet werden. In Frage kommen hierfür neben den Van Carriern und Lkw auch die auf eher kurze Strecken angelegten Reachstacker und die Leercontainerstapler, die bis zu zehn der großen Stahlkästen aufeinandertürmen können.

»In unserer Wasserstoff-Strategie verbinden wir die eigene Schwergutlogistik mit dem Import von grünem Wasserstoff und dessen Verteilung«, sagt Debacher. Alles in allem ist das eine komplexe Aufgabe, welche die Zusammenarbeit verschiedenster Unternehmen und Wissenschaftler erfordert. Darum kooperiert die HHLA mit Erzeugern und Transporteuren von Wasserstoff, mit Netzbetreibern sowie Abnehmern des grünen Gases, wie zum Beispiel dem Flugzeugbauer Airbus. Um den Import von grünem Wasserstoff und dessen Weitertransport zu anderen Abnehmern zu organisieren, untersucht der Konzern, auf welchen Flächen der Energieträger gelagert werden kann. Außerdem soll er »in geeigneter Form« an Kunden geliefert werden. Wie diese geeignete Form aussehen wird, ist momentan noch offen bzw. wird intensiv untersucht. In Frage kommen zum einen lange bekannte Stoffe wie Ammoniak und Methanol, jeweils in ihrer »grünen« Variante. Und zum anderen Kryowasserstoff, also tiefgekühlt und flüssig.199 Auch der Umgang mit Flüssiggas ist ja bekannt. Hinzu kommt die noch relativ neue Möglichkeit, Wasserstoff an organische Trägeröle (LOHC) zu binden. Bei all diesen Formen gibt es Vor- und Nachteile, weshalb es je nach Einsatzgebiet und Bedarf unterschiedliche Lösungen braucht, erläutert Debacher. Zum Beispiel lohnt sich der Aufwand für die Verflüssigung des gasförmigen Wasserstoffs für den Transport am ehesten, wenn dieser beim Kunden dann auch in flüssiger Form gebraucht oder weiterverarbeitet wird. Das wäre etwa beim Luftverkehr der Fall.

Die Bindung an organische Trägeröle ist derzeit noch teuer, scheint aber technisch besonders verlockend. Denn wenndie Wasserstoffwirtschaft erst mal hochgelaufen ist und LOHC durch weitere Skalierungsschritte absehbar günstiger wird, dann könnte man ein globales »Pfandflaschensystem« für das klimaneutrale Gas einrichten. Deshalb kooperiert die HHLA auch mit der Firma Hydrogenious LOHC Technologies in Erlangen und dem Helgoländer AquaPortus-Projekt. Gemeinsam entwickeln sie eine Offshore-Lieferkette für grünen Wasserstoff. »Der organische Wasserstoffträger LOHC bringt viele Vorteile für die Logistik mit sich. Das könnte eine vielversprechende Lösung für den Aufbau von internationalen Transportverbindungen sein«, sagt Karin Debacher, die innerhalb der HHLA auch das vom Bundesforschungsministerium unterstützte Wasserstoffprojekt TransHyDE leitet. Im Rahmen dieser Projekte geht es darum, praktische Erfahrungen mit dem Transport mittels LOHC und der Dehydrierung, also der Wiederfreisetzung, von Wasserstoff zu sammeln. An einem noch zu lokalisierenden HHLA-Terminal könnte deshalb sowohl eine Dehydrieranlage als auch ein Importterminal für Wasserstoff errichtet werden. Voraussichtlich Ende 2025 oder Anfang 2026 könnte der erste organisch gebundene Wasserstoff aus Helgoland hier ankommen, so die Planung. Dann sollen auch die dieselbetriebenen Rangierloks im Hafen auf das klimaneutrale Gas umgestellt werden.

Letzte Station auf unserer Tour ist der O’Swaldkai. »Ein typischer Misch- und Mehrzweck-Terminal«, sagt Debacher. »Container, Fahrzeuge und Früchte. Jetzt ist hier zwar auch ein Großteil containerisiert, aber bis vor ein paar Jahren kamen die Bananen noch direkt aus dem Kühlschiff.« In Zukunft sollen auch am O’Swaldkai wasserstoffbetriebene Fahrzeuge zum Einsatz kommen.

Unsere Terminal-Tour neigt sich dem Ende zu. Über die Köhlbrandbrücke
verlassen wir das Hafengebiet und fahren zurück ins Stadtzentrum, in die Speicherstadt, wo der Firmensitz der HHLA ist. Als wir die Köhlbrandbrücke passieren, ein elegant geschwungenes Bauwerk, das seit Mitte der 1970er Jahre ein Wahrzeichen von Hamburg ist, wird mir etwas wehmütig ums Herz. Die gut 50 Meter hohe Brücke soll bis 2030 abgerissen und durch einen Tunnel ersetzt werden. Nicht nur, weil sie marode ist, sondern vor allem, weil die Megafrachter aus Asien mit ihren riesigen Containerstapeln nicht mehr unter ihr hindurch passen. Als der Altenwerder-Terminal im Jahr 2002 eröffnet wurde, transportierten die Schiffe bis zu 8000 Standardcontainer (TEU), erklärt Debacher. Heute sind es 24 000 TEU. »Doch bei der Inbetriebnahme von Altenwerder hat sich wohl niemand vorstellen können, dass die Köhlbrandbrücke eines Tages dem Containertransport im Weg stehen würde.« Der Gigantismus des internationalen Seeverkehrs wird vermutlich erst einmal nicht verschwinden, wobei es Möglichkeiten es gibt, um seine klimaschädlichen Auswirkungen zumindest zu reduzieren.

08:36 21.07.2022

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