DE102012216669A1

DE102012216669A1 - Anordnung und Verfahren zur Energieversorgung von Schiffen

Info

Publication number: DE102012216669A1
Application number: DE102012216669.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Stusch
Original assignee: H2 IND AG; H2-Industries AG
Current assignee: Stusch Michael Ch
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-03-20
Also published as: WO2014044706A1

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Anordnung zur Energieversorgung von Schiffen, insbesondere zum Antrieb von Schiffen, umfassend mindestens eine energieerzeugende Anlage (1) in Form einer erneuerbaren Energiequelle, insbesondere eine photovoltaische Anlage und/oder eine windbetriebene Anlage, zur Bereitstellung eines elektrischen Stroms, mindestens einen Elektrolyseur (2) zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser unter Verwendung des elektrischen Stroms aus der energieerzeugenden Anlage (1), mindestens einen ersten chemischen Reaktor (3) zur mindestens teilweisen Hydrierung von mindestens einem Substrat in Form eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC), insbesondere einem Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System, unter Verwendung des in dem Elektrolyseur (2) gebildeten Wasserstoffs, mindestens einen ersten Speichertank (4) zur Speicherung des zumindest teilweise hydrierten Substrates, mindestens einen zweiten chemischen Reaktor (5) zur mindestens teilweisen Dehydrierung des in dem ersten chemischen Reaktor (3) hergestellten und im Speichertank (4) gespeicherten zumindest teilweise hydrierten Substrates unter Freisetzung von Wasserstoff, und mindestens eine Brennstoffzelle (6) zur Oxidation des in dem zweiten chemischen Reaktor (4) freigesetzten Wasserstoffs unter Freisetzung von Energie. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Energieversorgung von Schiffen unter Verwendung dieser Anordnung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Energieversorgung von Schiffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Energieversorgung nach Anspruch 17.
Die Verwendung von Brennstoffzellen zur Gewinnung von elektrischem Strom durch Oxidation von Wasserstoff ist weitgehend bekannt und findet in den verschiedensten Bereichen Anwendung. Ein wesentlicher und kritischer Aspekt bei der Verwendung von Brennstoffzellen ist die Lagerung bzw. Speicherung von Wasserstoff, der bekanntlich in Gegenwart von Sauerstoff extrem explosiv ist.
Bisher sind eine Reihe von Wasserstoffspeicherverfahren untersucht worden: adsorptiv, absorptiv, als Flüssigkeit, als hochverdichtetes Gas. Der Nachteil aller Verfahren ist deren niedrige Energiedichte pro Volumen und die zum Teil hohen Kosten des Trägers.
Die bisher gängigen Verfahren der Lagerung von Wasserstoff als Flüssigkeit bei sehr niedrigen Temperaturen und unter hohem Druck repräsentieren technische Lösungen, die so nur schwer in Wasserfahrzeuge eingebaut werden können.
So sind Behälter mit komprimiertem Wasserstoff schwer zu dichten und Wasserstoff explodiert oder detoniert mit Druckwellen > 1000 m/s in fast jeder Mischung von 4–75% mit Luft. Zudem ist die Mindestzündenergie niedriger als bei anderen gasförmigen Stoffen. Wasserstoff ist als hochentzündlich (F+) eingestuft und kann sich bei hohen Austrittsgeschwindigkeiten, wie auch im Fall von anderen Gasen, selbst entzünden. Der Formelumsatz bei der Explosion mit Luft ist mit 286 kJ/mol sehr hoch. Entsprechend könnten bereits kleinste Funken den Tankinhalt zur Explosion bringen.
Flüssiger Wasserstoff braucht Temperaturen bis zum Tripelpunkt des Wasserstoffs. Diese sehr niedrigen Temperaturen bewirken trotz bester Isolation eine Wärmezufuhr und damit die Bildung von gasförmigem Wasserstoff, der abgelassen oder verbrannt werden muss, wenn der Wasserstoff nicht gebraucht wird.
Wird der Energievorrat eines z.B. mit Diesel betriebenen Schiffes aus unterschiedlichsten Gründen beschädigt, schwimmt Diesel aufgrund seiner Dichte und geringen Wasserlöslichkeit sofort an die Oberfläche.
Wird der Energievorrat eines mit flüssigem Wasserstoff betriebenen Schiffes beschädigt, steigt der Wasserstoff aufgrund seiner extrem geringen Dichte und Löslichkeit sofort an die Oberfläche. Das gleiche gilt für ein Schiff mit Druckwasserstoff-Energiespeicher.
Wird der Energievorrat eines mit Wasserstoff aus Metallhydriden betriebenen Schiffes beschädigt, kommt es zu einer heftigen chemischen Reaktion unter Bildung von Wasserstoff.
Alle Szenarien würden zu einer massiven Beeinträchtigung des Schiffbetriebes führen.
Gegenwärtig wird z.B. in den U-Booten der Marine der Wasserstoff mittels Metallhydriden gespeichert. Beispiele hierfür sind Aluminium, Magnesium, Palladium, LaNi5 und TiNi-Ti2Ni. Die Metalle, auch wenn sie als Schäume ausgebildet sind, erhöhen das Gewicht des Speichers beträchtlich. Die sogenannten Niedertemperatur-Metall-Hydride weisen nur relativ geringe Plateau-Breiten (Beladung bei konstantem Druck) und niedrige Speicherdichten von etwa 1.5 MJ/kg (1,2 Ma%) auf. Mit Hochtemperatur-Metallhydriden können höhere Speicherdichten von etwa 3,3 bis 3,4 Ma% bezogen auf das Systemgewicht (4 MJ/kg) erzielt werden, diese lassen sich jedoch in einem regelmäßig beengten Unterwasserfahrzeug schwer gegen die Umgebung isolieren. Steht ein Metall mit dem Wasserstoffgas im Gleichgewicht, so wird anfänglich Wasserstoff im Metall auf Zwischengitterplätzen gelöst (Festkörperlösung). In dieser Lösungsphase (alpha-Phase) steigt bei kleiner Konzentration der Wasserstoffdruck an. Erreicht die Konzentration einen bestimmten Wert (ungefähr 0,1 Wasserstoffatom pro Metallatom), beginnt sich die Hydridphase (beta-Phase) aus der Lösungsphase zu bilden. Im Bereich der Koexistenz von Lösungsphase und Hydridphase wächst die Konzentration bei konstantem äusserem Druck (Plateau). Nachdem die Hydridphase vollständig ausgebildet ist, kann weiter Wasserstoff in der Hydridphase gelöst werden. Der Gleichgewichtsdruck steigt jetzt wieder mit der Konzentration an. Der Plateaudruck und die Plateaulänge in den Druck-Konzentrations-Isothermen sind temperaturabhängig und erlauben somit das Be- und Entladen. Die Wasserstoff-Absorption und -Desorption verlaufen nicht beliebig schnell; die Reaktion beinhaltet mehrere aufeinanderfolgende Schritte: Diffusion im Gas, Chemisorption und Dissoziation des Moleküls, Diffusion im Metallgitter, Nukleation und Wachstum der Hydridphase. Der langsamste Schritt bestimmt die Kinetik der Wasserstoff-Absorption und -Desorption. Das Wasserstoffatom ist zwar klein und wird durch die chemische Bindung an das Metall noch kleiner, dennoch verspannt und verzerrt der Einbau des Wasserstoffatoms das Metallgitter gewaltig. Das Kristallgitter des Metallhydrids ist im Vergleich zum Gitter des reinen Metalls um 10 bis 20 Vol.-% gedehnt. Die Dehnung erfolgt oft anisotrop, das heißt, das Metall dehnt sich in die verschiedenen Kristallrichtungen unterschiedlich stark aus. Dies führt zum Bruch der Partikel. Bisherige Metallhydridspeicher besitzen daher häufig Feinfilter zur Zurückhaltung feiner Partikel, die bei der Entladung des Speichers ausgetragen würden. Das macht Metallhydridspeicher teuer und nicht beliebig oft beladbar.
Zur Vermeidung der Nachteile der gegenwärtig genutzten Metallhydrid-Speicher, Flüssig-Speicher und Druckgasspeicher für Wasserstoff ist daher wünschenswert ein System zu entwickeln, das

• Weitgehend autark arbeitet,
• Weitgehend drucklos arbeitet,
• Keine hohe Wärmeentwicklung wie Metallhydride hat, so dass der Wirkungsgrad Ladung/Entladung hoch ist,
• Schädigungen des Tanks toleriert,
• Eine hohe Speicherdichte bei niedrigem Druck hat,
• Sehr häufig be- und entladbar ist ohne Feinststaubbildung, und
• In einer nicht-explosiven Form im Speicher vorliegt.

Es ist daher wünschenswert, eine Technologie für die Energieversorgung von Schiffen unter Verwendung von Brennstoffzellen bereitzustellen, die die Risiken des reinen Wasserstoffs bei niedrigen Temperaturen oder unter Druck bzw. die Verwendung von Metallhydriden vermeidet.
Alternative Speicherungsformen für Wasserstoff zu den oben beschriebenen sind bekannt. Sie werden z.B. in der EP 1475349 A1 verschiedene aromatische Verbindungen, insbesondere kondensierte polycyclische Kohlenwasserstoffe beschrieben, die zur Verwendung als Wasserstoffspeicher einsetzbar sind. Die beschriebenen Substanzen werden hier insbesondere in mobilen Landfahrzeugen oder stationär an Land eingesetzt.
Grundlage der Wirkungsweise von kondensierten polycyclischen Kohlenwasserstoffen, die über ein ausgedehntes π-konjugiertes Elektronensystem verfügen, ist deren Eigenschaft, bei moderaten Temperaturen in Gegenwart eines geeigneten Katalysators einer Hydrierungsreaktion zu unterliegen. Dabei wird Wasserstoff unter Sättigung der ungesättigten Doppelbindungen in die Substanz eingebaut (hydriert).
Der mittels Hydrierung eingebaute Wasserstoff kann im Folgenden in der Rückreaktion lediglich durch Temperaturerhöhung und/oder Reduzierung des Wasserstoffdruckes wieder aus dem hydrierten Produkt unter Regenerierung der aromatischen Substanz gewonnen werden.
Beispielhaft sei hier auf die Hydrierung / Dehydrierung von N-Ethylcarbazol (NEC) hingewiesen. Dabei wird N-Ethylcarbazol (NEC) als Edukt zur Perhydro-Form (H12-NEC) gemäß dem folgenden Reaktionsschema umgesetzt.
Die energiereiche Form (beispielsweise H12-NEC) und die energiearme Form (beispielsweise NEC) werden gemeinschaftlich auch als LOHC (Flüssiger Organischer Wasserstoffträger) bezeichnet.
Die Speicherdichte für Wasserstoff ist dieser Reaktion volumenmäßig etwa doppelt so hoch wie in einem mit Wasserstoff gefüllten 700 bar Tank.
Die Energieversorgung durch Solarzellen und/oder Windräder ist zurzeit die attraktivste Möglichkeit für die regenerative Energieversorgung für Schiffe. Obwohl Solarzellen und/oder Windräder die attraktivste Form der erneuerbaren Stromerzeugung im Schiffsverkehr sind, hat diese Technologie den Nachteil, dass der produzierte Strom nicht sinnvoll zwischengespeichert werden kann, sondern direkt verbraucht werden muss. Eine kostengünstige Möglichkeit photovoltaischen Strom kurz- oder mittelfristig zu speichern ist daher ein essentieller Schritt, um einen autarken Betrieb eines Schiffes unabhängig von fossilen Brennstoffen zu ermöglichen.
Es ist demnach wünschenswert, eine Technologie für die Energieversorgung von Schiffen unter Verwendung von Brennstoffzellen bereitzustellen, die eine sichere und zudem autarke Versorgung des Schiffes mit Energie ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.
Demnach umfasst die Anordnung zur Energieversorgung von Schiffen, insbesondere zum Antrieb von Schiffen,

– mindestens eine energieerzeugende Anlage in Form einer erneuerbaren Energiequelle, insbesondere eine photovoltaische Anlage und/oder eine windbetriebene Anlage, zur Bereitstellung eines elektrischen Stroms,
– mindestens einen Elektrolyseur zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser unter Verwendung des elektrischen Stroms aus der energieerzeugenden Anlage,
– mindestens einen ersten chemischen Reaktor zur mindestens teilweisen Hydrierung von mindestens einem Substrat in Form eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC), insbesondere einem Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System, unter Verwendung des in dem Elektrolyseur gebildeten Wasserstoffs,
– mindestens einen Speichertank zur Speicherung des zumindest teilweise hydrierten Substrates,
– mindestens einen zweiten chemischen Reaktor zur mindestens teilweisen Dehydrierung des in dem ersten chemischen Reaktor hergestellten und im Speichertank gespeicherten zumindest teilweise hydrierten Substrates unter Freisetzung von Wasserstoff, und
– mindestens eine Brennstoffzelle zur Oxidation des in dem zweiten chemischen Reaktor freigesetzten Wasserstoffs unter Freisetzung von Energie.

Es werden somit folgende Funktionselemente für den Antrieb von Schiffen gekoppelt bzw. kombiniert:

– Speicherung des Wasserstoffs drucklos in einer schwer entflammbaren Flüssigkeit, der energiereichen Form,
– Brennstoffzelle zur Verstromung des Wasserstoffes,
– hohe Energiedichte im Speicher,
– autarke Energieversorgung.

Der Vorteil der vorliegenden Anordnung und des im Weiteren beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass der relativ geringe Raum in einem Schiff durch drucklose Tanks bei hoher Energiedichte optimal genutzt wird. Diese Tanks können jede gewünschte Form annehmen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der für die Energieerzeugung wesentliche Faktor Wasserstoff im Gegensatz zu vielen bisher bekannten Verfahren und Modellen nicht in großen Mengen vorhanden sein muss, sondern in einer chemischen Substanz sicher und drucklos in einer vorhandenen Infrastruktur zeitlich unlimitiert gespeichert werden kann.
Als Energiequelle bzw. energieerzeugende Anlage kann eine photovoltaische Anlage bevorzugt mit mehreren auf dem Schiff angeordneten Solarzellenpaneelen verwendet werden. Diese Solarpaneele sollten bevorzugt so angeordnet sein, dass eine größtmögliche Ausbeute der Sonneneinstrahlung gewährleistet ist. So können die Solarpaneele z.B. jeweils auf den verschiedenen Schiffsdecks, seitlich aufklappbar an der Schiffseite oder in Form einer ausziehbaren Plane u.ä. angeordnet werden. Dabei ist eine Anordnung der Solarpaneele in einem Winkel zur Sonne zwischen 45° und 135°, insbesondere 90° bevorzugt.
Da sowohl das hydrierte als auch das dehydrierte Substrat bevorzugt in flüssiger Form vorliegt, ist es vorteilhaft die Substrate nicht nur zur Wasserstoff- und somit zur Energieverwendung einzusetzen. Vielmehr bietet die vorliegende, autark arbeitende Anordnung die Möglichkeit das flüssige Substrat auch zur Stabilisierung des Schiffes einzusetzen.
So werden die Speichertanks für das flüssige Substrat bevorzugt an der Stelle im Schiff angeordnet, wo das Gewicht zur Gewährleistung einer stabilen Fahrweise benötigt wird. Bevorzugt werden die Speichertanks so niedrig wie möglich im Schiff eingebaut, da der Schwerpunkt des Schiffes idealerweise so niedrig wie möglich liegen sollte. Ebenso müssen die Tanks „ausbalanziert“ werden, damit die Längsstabilität gewährleistet ist.
In einer Ausführungsform weist die vorliegende Anordnung mindestens einen Vorratstank für Wasser, insbesondere destilliertes und/oder entionisiertes Wasser, zur Bereitstellung von Wasser für den Elektrolyseur auf.
In einer weiteren Ausführungsform kann die vorliegende Anordnung mindestens einen weiteren Vorratstank für Sauerstoff oder Luft zur Bereitstellung von Sauerstoff oder Luft für die Brennstoffzelle aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die vorliegende Anordnung neben dem Speichertank zur Speicherung des im ersten chemischen Reaktor zumindest teilweise hydrierten Substrates mindestens einen weiteren Speichertank zur Speicherung des im zweiten chemischen Reaktor zumindest teilweise dehydrierten Substrates auf. Der mindestens eine weitere Speichertank zur Speicherung des im zweiten chemischen Reaktor zumindest teilweise dehydrierten Substrates ist so angeordnet, dass dieser den zweiten chemischen Reaktor mit dem ersten chemischen Reaktor über eine Leitung verbindet. d.h. das im zweiten chemischen Reaktor dehydrierte Substrat wird in den Speichertank geleitet, dort zwischengespeichert und bei Bedarf in den ersten chemischen Reaktor zur Hydrierung eingeleitet.
Auch können in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Speichertank für die Speicherung des hydrierten Substrates und der Speichertank für die Speicherung des dehydrierten Substrates in einem Tank kombiniert sein, in dem z.B. die jeweiligen Speicherräume mittels einer beweglichen Wand voneinander trennbar sind. Somit kann lediglich ein LOHC-Tank vorliegen, der zu einer weiteren Platzeinsparung führt.
Denkbar ist auch, dass der bevorzugt zum Einsatz kommende gemeinsame Speichertank für die Zwischenspeicherung der energiereichen und ggf. energiearmen Form des verwendeten Kohlenwasserstoffs die Konfiguration und Aufbau von üblicherweise zum Einsatz kommenden konventionellen Dieseltanks aufweisen kann.
Es ist auch möglich, dass mehrere Tanks auf dem Schiff angeordnet werden, die über ein Rohrsystem miteinander verbunden sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Elektrolyseur mit der mindestens einen Brennstoffzelle über den ersten chemischen Reaktor, den ersten Speichertank für das hydrierte Substrat und den zweiten chemischen Reaktor verbunden. Somit bilden die einzelnen Komponenten bzw. Bestandteile der vorliegenden Anordnung ein in sich verbundenes System zur Energieerzeugung und -speicherung. Die einzelnen Zellen und Reaktoren der vorliegenden Anordnung sind mit geeigneten Verbindungsleitungen zur Überführung von Wasserstoff sowie der energiearmen bzw. energiereichen Form des Substrates wie z.B. eines aromatischen Kohlenwasserstoffes verbunden. Die Leitungen für den Wasserstofftransport sind bevorzugt aus gasdichten und druckfesten Materialien hergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform können der erste chemische Reaktor zur mindestens teilweisen Hydrierung (Hydrierreaktor) und der zweite chemische Reaktor zur mindestens teilweisen Dehydrierung (Dehydrierreaktor) des flüssigen LOHC-Systems als eine Einheit ausgebildet sein. So können z.B. beide Reaktoren in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sei, wobei die Reaktionskammern ggf. voneinander getrennt sind.
Es ist auch denkbar, dass es nur einen chemischen Reaktor für beide Reaktionen, also Hydrierung und Dehydrierung gibt, der nach Bedarf entsprechend geschaltet wird.
Bevorzugterweise ist die vorliegende Anordnung mit mindestens einem elektrischen Motor oder Generator zur Umsetzung der in der Brennstoffzelle freigesetzten Energie in eine mechanische Bewegung des Schiffes verbunden. Auch ist es denkbar, einen Wasserstoffmotor für den Schiffsantrieb zu verwenden, wobei der Wasserstoff aus dem LOHC System stammt.
Die in Form eines Gleichstroms erzeugte Energie kann jedoch selbstverständlich auch für andere Zwecke auf dem Schiff wie z.B. Licht, Unterhaltungstechnik etc. verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Generator für Elektrizität über eine Elektrolysezelle und einen weiteren chemischen Reaktor mit den Tanks für die energiearme und energiereiche Form verbunden. Somit bilden die einzelnen Komponenten bzw. Bestandteile der vorliegenden Anordnung ein in sich verbundenes System zur Energiespeicherung und ermöglichen das „Nachtanken“.
Es ist bevorzugt, dass das mindestens eine Substrat des LOHC mit einem ausgedehnten π-konjugierten System ausgewählt ist aus einer Gruppe enthaltend polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, polycyclische heteroaromatische Kohlenwasserstoffe, π-konjugierte organische Polymere oder eine Kombination davon.
In einer Ausführungsform ist das mindestens eine energiearme Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend kondensierte heteroaromatische Kohlenwasserstoffe mit N, S oder O als Heteroatom, wobei die Heteroatome substituiert oder unsubstituiert vorliegen. Dabei sind die kondensierten heteroaromatischen Kohlenwasserstoffe bevorzugterweise Ringsysteme mit C6 bis C30, bevorzugt C8 bis C20, insbesondere C12.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Heteroatome der kondensierten Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer Alkylgruppe, mindestens einer Arylgruppe, mindestens einer Alkenylgruppe, mindestens einer Alkinylgruppe, mindestens einer Cycloalkylgruppe und/oder mindestens einer Cycloalkenylgruppe substituiert, wobei Substitutionen der Heteroatome mit C₁-C₃₀-Alkyl, bevorzugt C₁-C₁₀-Alkyl, insbesondere mit C₂-C₅-Alkyl vorteilhaft sind und weitere Heteroatome enthalten sein können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als energiearmes Substrat geeignet zur Speicherung von Wasserstoff N-Ethylcarbazol, N-n-Propylcarbazol oder N-iso-propylcarbazol verwendet.
Der Begriff „substituiert“, in Verwendung mit „Alkyl“, „Alkenyl“, „Aryl“, etc., bezeichnet die Substitution eines oder mehrerer Atome, in der Regel H-Atome, durch einen oder mehrere der folgenden Substituenten, bevorzugt durch einen oder zwei der folgenden Substituenten: Halogen, Hydroxy, geschütztes Hydroxy, Oxo, geschütztes Oxo, C₃-C₇-Cycloalkyl, bicyclisches Alkyl, Phenyl, Naphtyl, Amino, geschütztes Amino, monosubstituiertes Amino, geschütztes monosubstituiertes Amino, disubstituiertes Amino, Guanidino, geschütztes Guanidino, ein heterozyklischer Ring, ein substituierter heterozyklischer Ring, Imidazolyl, Indolyl, Pyrrolidinyl, C₁-C₁₂-Alkoxy, C₁-C₁₂-Acyl, C₁-C₁₂-Acyloxy, Acryloyloxy, Nitro, Carboxy, geschütztes Carboxy, Carbamoyl, Cyano, Methylsulfonylamino, Thiol, C₁-C₁₀-Alkylthio und C₁-C₁₀-Alkylsulfonyl. Die substituierten Alkygruppen, Arylgruppen, Alkenylgruppen, können einmal oder mehrfach substituiert sein und bevorzugt 1- oder 2-mal, mit denselben oder unterschiedlichen Substituenten.
Der Begriff „Alkinyl“, wie hier verwendet, bezeichnet einen Rest der Formel R-C≡C-, insbesondere ein „C₂-C₆-Alkinyl“. Beispiele für C₂-C₆-Alkinyle schließen ein: Ethinyl, Propinyl, 2-Butinyl, 2-Pentinyl, 3-Pentinyl, 2-Hexinyl, 3-Hexinyl, 4-Hexinyl, Vinyl sowie Di- und Tri-ine von geraden und verzweigten Alkylketten.
Der Begriff „Aryl“, wie hierin verwendet, bezeichnet aromatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Phenyl, Benzyl, Naphthyl, oder Anthryl. Substituierte Arylgruppen sind Arylgruppen, die, wie oben definiert, mit einem oder mehreren Substituenten, wie oben definiert, substituiert sind.
Der Begriff „Cycloalkyl“ umfasst die Gruppen Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptyl.
Der Begriff "Cycloalkenyl" umfasst die Gruppen Cyclopentenyl, Cyclohexenyl, Cycloheptenyl und Cyclooctenyl.
Vorteilhafterweise wird dem Substrat ein Zusatzstoff zugegeben, der die Dichte des Substrates auf über 1 g/mL erhöht. Dieser Stoff muss selbst eine Dichte größer 1 haben.
Es ist von Vorteil, wenn das energiearme Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System in dem ersten chemischen Reaktor bei einer Temperatur zwischen 50 und 180°C, bevorzugt 80 und 150°C und einem Druck zwischen 2 und 200 bar, bevorzugt 10 bis 100 bar in Gegenwart eines geeigneten Edelmetallkatalysators zumindest teilweise hydriert wird. Besonders geeignete Katalysatoren für die Hydrierung des energiearmen Substrats enthalten das Element Ruthenium.
Es ist von Vorteil, wenn das energiereiche Substrat in dem zweiten chemischen Reaktor bei einer Temperatur zwischen 120 und 250°C und bei Normaldruck in Gegenwart eines geeigneten Katalysators zumindest teilweise dehydriert wird. Besonders geeignete Katalysatoren für die Dehydrierung enthalten das Element Platin.
In einer weiteren Ausführungsform wird als Brennstoffzelle eine Niedertemperatur-Polymer-Elektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEM) verwendet. Diese Brennstoffzellen können nicht nur in ihrer eigentlichen Funktion zur Wasserstoffoxidation verwendet werden, sondern können in umgekehrter Funktion ebenfalls als Elektrolyseur betrieben werden, wobei das für die Elektrolyse benötigte Wasser z.B. aus dem vorgesehene Wasserspeichertank bezogen werden kann.
Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn bei oder in dem mindestens einen Elektrolyseur mindestens ein wasserspeicherndes Medium angeordnet ist.
Die vorliegende Anordnung ermöglicht die Bereitstellung von Energie zur Energieversorgung von Schiffen, insbesondere zum Antrieb von Schiffen, in dem folgenden Verfahren umfassend die Schritte

– Bereitstellen eines elektrischen Stroms, bevorzugt eines Gleichstroms, aus mindestens einer erneuerbaren Energiequelle, insbesondere einer photovoltaischen Anlage und/oder einer windbetriebenen Anlage,
– Herstellen von Wasserstoff aus Wasser in mindestens einem Elektrolyseur unter Verwendung des elektrischen Stroms aus der mindestens einen erneuerbaren Energiequelle,
– Überführen des gebildeten Wasserstoffes aus dem mindestens einen Elektrolyseur in einen ersten chemischen Reaktor enthaltend mindestens ein Substrat in Form eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC), insbesondere mindestens ein Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System, und mindestens teilweise Hydrierung des Substrates in dem ersten chemischen Reaktor,
– Überführen des zumindest teilweise hydrierten Substrates aus dem ersten chemischen Reaktor in mindestens einen Speichertank und ggf. Speicherung des zumindest teilweise hydrierten Substrates in dem Speichertank,
– Überführen des zumindest teilweise hydrierten Substrates aus dem Speichertank in mindestens einen zweiten chemischen Reaktor und Dehydrierung des zumindest teilweise hydrierten Substrates in dem zweiten chemischen Reaktor unter Freisetzung von Wasserstoff,
– Rückführen des dehydrierten Substrates in den ersten chemischen Reaktor, und
– Überführen des freigesetzten Wasserstoffs aus dem zweiten chemischen Reaktor in mindestens eine Brennstoffzelle und Oxidation des Wasserstoffs in Gegenwart des in der Brennstoffzelle vorhandenen Sauerstoffs zu Wasser bei gleichzeitiger Freisetzung von Energie in Form von elektrischen Strom und ggf. Wärme.

In einer Ausführungsform wird das im zweiten chemischen Reaktor dehydrierte Substrat aus dem zweiten chemischen Reaktor über den Speichertank zur Speicherung des dehydrierten Substrates in den ersten chemischen Reaktor rückgeführt.
Bevorzugterweise stammt das im Elektrolyseur benötigte Wasser aus dem Speichertank zur Speicherung von Wasser und/oder wird das in der Brennstoffzelle während der Wasserstoffoxidation gebildete Wasser in den Elektrolyse überführt.
Bevorzugterweise wird der zur Wasserstoffoxidation in der Brennstoffzelle benötigte Sauerstoff in die Brennstoffzelle aus einem Speichertank zur Speicherung von Sauerstoff oder in Form von (Außen) Luft zugeführt wird.
Mit dem vorliegenden Verfahren erfolgt also ein vollständiges Recycling der verwendeten LOHC-Substrate. Da das verwendete Substrat nicht verbraucht wird, können sehr lange Gebrauchszeiten bzw. eine große Anzahl von Recycling-Zyklen angestrebt werden.
In einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird der in dem Elektrolyseur erzeugte Wasserstoff ohne Zwischenspeicherung zur zumindest teilweisen Hydrierung des mindestens einen Substrates mit einem ausgedehnten π-konjugierten System im ersten chemischen Reaktor verwendet. Der zumindest teilweise zu hydrierende Kohlenwasserstoff liegt im ersten chemischen Reaktor bevorzugt in flüssiger Form vor. Es wäre jedoch auch denkbar, Kohlenwasserstoffe in festem Aggregatzustand zu verwenden.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die bei der zumindest teilweisen Hydrierung des mindestens einen Substrates mit einem ausgedehnten π-konjugierten System im ersten chemischen Reaktor entstehende Wärme in ein Heizsystem des Schiffes eingeschleust wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird das zumindest teilweise hydrierte Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System im zweiten chemischen Reaktor unter Wärmezufuhr dehydriert. Die für die Dehydrierung notwendige Wärme stammt bevorzugt aus einer externen Quelle wie z.B. direkte Sonneneinstrahlung.
Anschließend wird in einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens das im zweiten chemischen Reaktor dehydrierte Substrat aus dem zweiten chemischen Reaktor über den zweiten Speichertank oder den gemeinsamen Speichertank in den ersten chemischen Reaktor rückgeführt. Es erfolgt also ein vollständiges Recycling der verwendeten Substanzen. Da der verwendete Kohlenwasserstoff nicht verbraucht wird, können sehr lange Gebrauchszeiten bzw. eine große Anzahl von Recycling-Zyklen angestrebt werden.
Auch ist es von Vorteil, wenn das in der Brennstoffzelle während der Wasserstoffoxidation gebildete Wasser in den Elektrolyseur überführt wird. Es ist ebenfalls vorstellbar, dass das in der Brennstoffzelle gebildete Wasser lediglich teilweise recycelt wird.
Die in der Brennstoffzelle und in dem als Hydrierreaktor fungierenden ersten chemischen Reaktor freigesetzte Wärme wird bevorzugt in das Heizsystem und der freigesetzte elektrische Strom in das elektrische Netz des Schiffes eingeleitet. Es wird also eine gleichmäßige und konstante Wärme- und Stromversorgung auch bei schwankenden äußeren Bedingungen wie unterschiedliche Sonneneinstrahlung mit dem vorliegenden Verfahren gewährleistet. Es ist ebenfalls denkbar, die erzeugte Energie z.B. den elektrischen Strom nach außen an externe Stromnetze zur Stabilisierung der Stromnetze abzugeben. Es kann zudem lukrativ sein, zu Zeiten, wo Elektrizität billig ist oder gar zu negativen Preisen angeboten wird, diese in das System aufzunehmen, und zu Zeiten, wo Elektrizität sehr teuer ist, diese abzugeben. Es ist natürlich auch denkbar, die freigesetzte Wärme mittels Umkehrprozess auch für die Kühlung der Kühlräume und der Klimanalageeinzusetzen.
Der für die Wasserstoffoxidation in der Brennstoffzelle benötigte Sauerstoff wird bevorzugt von außen, d.h. außerhalb aus der Außenluft in die Brennstoffzelle in Form von Luft oder reinem Sauerstoff zugeführt. Somit ist die Installation von sauerstofferzeugenden Geräten nicht notwendig. Es ist aber auch denkbar, den im Elektrolyseur während der Wasserhydrolyse gebildeten Sauerstoff in die Brennstoffzelle einzuleiten.
Generell ist es auch denkbar, dass bei Bedarf zusätzlicher elektrischer Strom von einer weiteren Energiequelle in das elektrische Netz des Schiffes eingespeist wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung; und
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
In 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung schematisch dargestellt.
Als Energiequelle bzw. energieerzeugende Anlage 1 wird eine photovoltaische Anlage bevorzugt mit mehreren auf dem Schiff angeordneten Solarzellenpaneelen verwendet. Diese Paneele sollten bevorzugt so angeordnet sein, dass eine größtmögliche Ausbeute der Sonneneinstrahlung gewährleistet ist. So können die Solarpaneele z.B. jeweils auf den verschiedenen Schiffsdecks, seitlich aufklappbar an der Schiffseite oder in Form einer ausziehbaren Plane u.ä. angeordnet werden. Die photovoltaische Anlage 1 ermöglicht die Erzeugung von Gleichstrom, mit dem risikolos Wasserstoff im folgenden Elektrolyseur 2 produziert werden kann.
Der produzierte Gleichstrom wird in einen Elektrolyseur 2 z.B. einen PEM-Elektrolyseur eingeführt, der in Form einer rückwärts als Elektrolysezelle arbeitenden PEM-Brennstoffzelle ausgeführt ist. Diese Doppelfunktion der Brennstoffzelle vereinfacht und verbilligt die Anlage. Ebenfalls ist es möglich anstatt eines PEM-Elektrolyseurs eine käufliche Elektrolysezelle in Kombination mit einer separaten Brennstoffzelle einzusetzen.
Die Elektrolyse verläuft exotherm und die während der Elektrolyse entstandene Wärme kann sofort z.B. für die Warmwasserversorgung oder Heizung des Schiffes verwendet werden. Insofern ist der Wirkungsgrad der verwendeten Elektrolysezellen nicht entscheidend.
Das für den Elektrolyseur 2 benötigte Wasser H₂O wird in einem Speichertank 7 gelagert, kann aber auch unmittelbar aus der Brennstoffzelle 6 stammen.
Der erzeugte Wasserstoff wird sofort ohne Zwischenspeicherung zur Hydrierung des Substrates S z.B. N-Ethylcarbazol bzw. seinen teilhydrierten energiereicheren Pendants benutzt. Dazu wird der Tankinhalt durch einen chemischen Reaktor 3 gepumpt und teilhydriert. Eine Vollhydrierung ist nicht notwendig. Im chemischen Reaktor 3 findet entsprechend die Bildung eines zumindest teilhydrierten Substrates SH₂ statt.
Bei der Energieentnahme wird der (teil)-hydrierte Inhalt SH₂ des Speichertankes 4 z.B. in Form von N-Ethyl-perhydrocarbazol durch einen endotherm arbeitenden Dehydrierreaktor 5 geführt und dabei Wasserstoff H₂ freigesetzt und das dehydrierte Substrat S wiedergewonnen.
Der Wasserstoff H₂ wird in der Brennstoffzelle 6 z.B. einer PEM-Brennstoffzelle in Elektrizität, Wasser und Wärme gewandelt. Das Wasser steht ggf. zur Elektrolyse bereit, die Wärme dient zur Heizung des Dehydrierreaktors und zur Hauswärmeversorgung.
Der für die Wasserstoffoxidation in der Brennstoffzelle 6 notwendige Sauerstoff O2 ist in einem Speichertank 8 gelagert, kann aber auch unmittelbar aus der Umgebungsluft gewonnen werden.
Die in Form von elektrischem Strom in der Brennstoffzelle 6 freigesetzte Energie wird zum Antrieb des Schiffes oder auch für andere Zwecke verwendet.
Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das im Dehydrierreaktor 5 dehydrierte Substrat S z.B. N-Ethylcarbazol in den Speichertank 4 rückgeführt und vom Speichertank 4 in den ersten chemischen Reaktor 3 zur erneuten Hydrierung geleitet.
Der Speichertank 4 dient insofern sowohl der Speicherung des hydrierten als auch des dehydrierten Substrates.
Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der 1 insofern darin, dass eine getrennte Speicherung von hydrierten und dehydrierten Substrat erfolgt.
So wird gemäß der Ausführungsform der 2 das dehydrierte Substrat in einen zweiten, separaten Speichertank 9 zur Zwischenspeicherung geleitet, bevor es von dort dem ersten chemischen Reaktor 3 wieder zur Verfügung gestellt wird.
Aus der 3 ist eine weitere Variante der Anordnung zu entnehmen, in welcher der im Elektrolyseur 2 freigesetzte Sauerstoff über den Speichertank 8 in die Brennstoffzelle 9 einführbar ist. Entsprechend ist es auch möglich, dass das in der Brennstoffzelle 6 entstandene Wasser über den Speichertank 7 in den Elektrolyseur 2 eingeleitet wird.
1. Ausführungsbeispiel
Die Grundlage des Beispiels bildet die Bauform der U-Bootreihe U212A, die mit einer PEM-Brennstoffzellenanordnung mit einer Gesamtleistung von 306 kW elektrisch ausgerüstet ist. Der Wirkungsgrad beträgt 65%, die der Brennstoffzelle zugeführte Energie ist somit 471 kW thermisch. Die Versorgung erfolgt mit LOHC System H12-NEC/NEC n. Die Dichte beider Stoffe wird zu 1 g/mL angenommen, was mit ausreichender Genauigkeit den wirklichen Verhältnissen entspricht.
Theoretisch sind in einem kg/Liter H12-NEC 58 g Wasserstoff gespeichert, nutzbar sind jedoch nur 52 g, damit ist in einem Liter H12-NEC 1,9 kWh thermische Energie gespeichert, um die Leistung von 471 kW zu erreichen, müssen also pro Stunde 471/1,9 = 248 kg/Liter H12-NEC umgesetzt werden. Soll das Unterwasserschiff mit maximaler Leistung 24h unter Wasser fahren, ist ein Vorratsspeicher an energiereicher Form von 5952 Litern gleich 5952 kg notwendig.
2. Ausführungsbeispiel
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind an Bord einer Jacht 120.000 l des LOHC-Systems vorhanden. Dies ermöglicht eine Fahrzeit von ca. 600 Stunden bei einer Antriebsleistung von 400 kW. Mit einer Antriebsleistung von 400 kW können wiederum 10kn realisiert werden, was 6.000 sm entspricht.
Vergleichsbeispiel
Die Grundlage ist die gleiche wie im 1. Ausführungsbeispiel, jedoch soll der Metallhydridspeicher TiNi-Ti2Ni mit einer Speicherdichte von 1kWh/Liter Volumen genutzt werden, was etwa 2 kg entspricht. Um die thermische Leistung von 471 kW abzubilden, muss ein Volumen von 471 Litern bereitstehen. Für eine 24h Fahrt ist somit das Volumen von 11.304 Litern oder 22.608 kg bereitzuhalten.
Gewichtsbezogen muss also fast 4 mal mehr Gewicht bereitgehalten werden. Selbst eine Optimierung des Metallhydridspeichers um den Faktor 2 macht das System weniger effizient als die vorliegende Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1475349 A1 [0014]

Claims

Anordnung zur Energieversorgung von Schiffen, insbesondere zum Antrieb von Schiffen, umfassend – mindestens eine energieerzeugende Anlage (1) in Form einer erneuerbaren Energiequelle, insbesondere eine photovoltaische Anlage und/oder eine windbetriebene Anlage, zur Bereitstellung eines elektrischen Stroms, – mindestens einen Elektrolyseur (2) zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser unter Verwendung des elektrischen Stroms aus der energieerzeugenden Anlage (1), – mindestens einen ersten chemischen Reaktor (3) zur mindestens teilweisen Hydrierung von mindestens einem Substrat S in Form eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC), insbesondere einem Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System, unter Verwendung des in dem Elektrolyseur (2) gebildeten Wasserstoffs, – mindestens einen ersten Speichertank (4) zur Speicherung des zumindest teilweise hydrierten Substrates SH₂, – mindestens einen zweiten chemischen Reaktor (5) zur mindestens teilweisen Dehydrierung des in dem ersten chemischen Reaktor (3) hergestellten und im Speichertank (4) gespeicherten zumindest teilweise hydrierten Substrates SH₂ unter Freisetzung von Wasserstoff, und – mindestens eine Brennstoffzelle (6) zur Oxidation des in dem zweiten chemischen Reaktor (4) freigesetzten Wasserstoffs unter Freisetzung von Energie.
Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen Vorratstank (7) für Wasser, insbesondere destilliertes und/oder entionisiertes Wasser, zur Bereitstellung von Wasser für den Elektrolyseur (2).
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens einen Vorratstank (8) für Sauerstoff oder Luft zur Bereitstellung von Sauerstoff oder Luft für die Brennstoffzelle (6).
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch mindestens einen zweiten Speichertank (9) zur Speicherung des im zweiten chemischen Reaktor (5) zumindest teilweise dehydrierten Substrates.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch mindestens einen elektrischen Motor zur Umsetzung der in der Brennstoffzelle (6) freigesetzten Energie in eine mechanische Bewegung des Schiffes.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Elektrolyseur (2) mit der mindestens einen Brennstoffzelle (6) über den ersten chemischen Reaktor (3), den ersten Speichertank (4) und den zweiten chemischen Reaktor (5) verbunden ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Speichertank (9) zur Speicherung des im zweiten chemischen Reaktor (5) zumindest teilweise dehydrierten Substrates den zweiten chemischen Reaktor (5) mit dem ersten chemischen Reaktor (3) über eine Leitung verbindet.
Anordnung nach eine einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System ausgewählt ist aus einer Gruppe enthaltend polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, polycyclische heteroaromatische Kohlenwasserstoffe, π-konjugierte organische Polymere oder einer Kombination davon.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System ausgewählt ist aus einer Gruppe enthaltend kondensierte heteroaromatische Kohlenwasserstoffe mit N, S oder als O Heteroatom, wobei die Heteroatome substituiert oder unsubstituiert vorliegen.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die kondensierten heteroaromatischen Kohlenwasserstoffe Ringsysteme mit C6 bis C30, bevorzugt C8 bis C20, insbesondere C12 sind.
Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heteroatome mit mindestens einer Alkylgruppe, mindestens einer Arylgruppe, mindestens einer Alkenylgruppe, mindestens einer Alkinylgruppe, mindestens einer Cycloalkylgruppe und/oder mindestens einer Cycloalkylengruppe substituiert sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heteroatome mit C₁-C₃₀-Alkyl, bevorzugt C₁-C₁₀-Alkyl, insbesondere mit C₂-C₅-Alkyl substituiert sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System N-Ethylcarbazol, N-n-Propylcarbazol, N-iso-propylcarbazol verwendet werden.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Substrat einen Zusatzstoff enthält, der die Dichte des Substrates auf über 1 g/mL erhöht.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System in dem ersten chemischen Reaktor (3) bei einer Temperatur zwischen 50 und 180°C und einem Druck zwischen 2 und 200 bar in Gegenwart eines geeigneten Katalysators zumindest teilweise hydriert wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrierte Substrat in dem zweiten chemischen Reaktor (5) bei einer Temperatur zwischen 120 und 250°C und bei Normaldruck in Gegenwart eines geeigneten Katalysators zumindest teilweise dehydriert wird.
Verfahren zur Energieversorgung von Schiffen, insbesondere zum Antrieb von Schiffen unter Verwendung einer Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend die Schritte – Bereitstellen eines elektrischen Stroms, bevorzugt eines Gleichstroms, aus mindestens einer erneuerbaren Energiequelle (1), insbesondere einer photovoltaischen Anlage und/oder einer windbetriebenen Anlage, – Herstellen von Wasserstoff aus Wasser in mindestens einem Elektrolyseur (2) unter Verwendung des elektrischen Stroms aus der mindestens einen erneuerbaren Energiequelle (1), – Überführen des gebildeten Wasserstoffes aus dem mindestens einen Elektrolyseur (2) in einen ersten chemischen Reaktor (3) enthaltend mindestens ein Substrat S in Form eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC), insbesondere mindestens ein Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System und mindestens teilweise Hydrierung des Substrates in dem ersten chemischen Reaktor (3), – Überführen des zumindest teilweise hydrierten Substrates SH₂ aus dem ersten chemischen Reaktor (3) in mindestens einen Speichertank (4) und ggf. Speicherung des zumindest teilweise hydrierten Substrates in dem Speichertank (4), – Überführen des zumindest teilweise hydrierten Substrates SH₂ aus dem Speichertank (4) in mindestens einen zweiten chemischen Reaktor (5) und Dehydrierung des zumindest teilweise hydrierten Substrates SH₂ in dem zweiten chemischen Reaktor (5) unter Freisetzung von Wasserstoff, – Rückführen des dehydrierten Substrates S in den ersten chemischen Reaktor (3), und – Überführen des freigesetzten Wasserstoffs aus dem zweiten chemischen Reaktor (5) in mindestens eine Brennstoffzelle (6) und Oxidation des Wasserstoffs in Gegenwart des in der Brennstoffzelle vorhandenen Sauerstoffs zu Wasser bei gleichzeitiger Freisetzung von Energie in Form von elektrischen Strom und ggf. Wärme.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das im zweiten chemischen Reaktor (5) dehydrierte Substrat aus dem zweiten chemischen Reaktor (5) über den ersten Speichertank (4) und/oder den zweiten Speichertank (9) in den ersten chemischen Reaktor (3) rückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das im Elektrolyseur (2) benötigte Wasser aus dem Speichertank (7) zur Speicherung von Wasser stammt und/oder das in der Brennstoffzelle (6) während der Wasserstoffoxidation gebildete Wasser in den Elektrolyseur (2) überführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Wasserstoffoxidation in der Brennstoffzelle (6) benötigte Sauerstoff in die Brennstoffzelle (6) aus einem Speichertank (8) zur Speicherung von Sauerstoff oder in Form von Luft zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bedarf zusätzlicher elektrischer Strom von einer weiteren Energiequelle in das elektrische Netz des Schiffes eingespeist wird.