Elektrische Fähren: Reichweite und Nachhaltigkeit, erklärt

Die Seeverkehrsbranche, die lange Zeit auf die zuverlässigen, aber umweltbelastenden Fähren mit Verbrennungsmotor angewiesen war, steht an einem entscheidenden Punkt. Während sich die Branche auf die Forderungen nach Nachhaltigkeit einstellt, werden Elektroschiffe zu vielversprechenden Alternativen

Sie sind weltweit beispielgebend, von den belebten Häfen des Staates Washington bis zu den malerischen Küsten Skandinaviens. Sie reduzieren nicht nur die Emissionen, sondern definieren gleichzeitig den öffentlichen Verkehr auf dem Wasser im 21. Jahrhundert neu.

Die Umstellung auf batteriebetriebene Fähren wird durch die Herausforderungen, die konventionelle Schiffe darstellen, vorangetrieben. Dieselmotoren, die seit langem den Fährverkehr antreiben, sind für ihre erheblichen Treibhausgasemissionen berüchtigt, darunter CO2, Methan und Distickstoffoxid. Diese Emissionen tragen nicht nur zur globalen Erwärmung bei, sondern auch zur lokalen Luftverschmutzung, wobei Stick- und Schwefeloxide besonders gesundheitsschädlich sind.

Außerdem führt die Ineffizienz dieser herkömmlichen Motoren zu einem hohen Kraftstoffverbrauch und hohen Betriebskosten. Die Komplexität der Emissionskontrolle stellt eine weitere Schwierigkeit dar und erfordert häufig den Einsatz fortschrittlicher Nachbehandlungstechnologien, um die gesetzlichen Normen zu erfüllen. Infolgedessen steigt der Bedarf an neuen, saubereren und kosteneffizienteren Alternativen, die den Anforderungen moderner Transport- und Verkehrssysteme gerecht werden, für bestehende Fahrgastschiffe.

Inmitten der Herausforderungen der maritimen Industrie stellt der elektrische Antrieb von Schiffen eine vielversprechende Innovation dar. Die Vorteile sind mannigfaltig. Elektrofähren haben geringere Betriebs- und Wartungskosten, da die Motoren einfacher konstruiert sind und weniger mechanischer Verschleiß auftritt. Diese Einsparungen wirken sich auf die gesamte Flotte aus, da E-Schiffe im Vergleich zu ihren Pendants mit Verbrennungsmotor seltener und weniger kostspielig gewartet werden müssen.

Ein weiterer Vorteil ist die Ruhe, die der elektrische Antrieb in die Meeresumwelt bringt. Diese Schiffe gleiten mit einem Flüstern durch das Wasser, das in starkem Kontrast zum Dröhnen der Dieselmotoren steht. Dadurch wird die Lärmbelästigung reduziert und das Reiseerlebnis verbessert. Darüber hinaus bietet die Redundanz elektrischer Systeme ein Sicherheitsnetz der Zuverlässigkeit, das sicherstellt, dass die Boote auch dann betriebsbereit bleiben, wenn ein Teil des Systems ausfällt.

Elektrofähren bieten offensichtliche Vorteile für die Umwelt, so klar wie die unberührten Gewässer, die sie zu schützen versuchen. Durch die Umstellung auf einen elektrischen Antrieb können Fahrgastschiffe den Ausstoß schädlicher Gase wie NOx und CO sowie von CO2 und Ruß erheblich reduzieren und damit einen wesentlichen Beitrag zum Umweltschutz leisten.

Nehmen wir den Puget Sound, wo die Elektrofähre nur 25 % der Abgase ihres dieselbetriebenen Gegenstücks verursachte. In Regionen mit sauberen Stromnetzen können elektrische Fahrgastschiffe im Vergleich zu Dieselmotoren deutlich geringere Treibhausgasemissionen aufweisen. Dies unterstreicht die tiefgreifenden Umweltvorteile, die diese Schiffe bieten können.

Darüber hinaus tragen Elektrofähren dazu bei, Verkehrsstaus und die damit verbundenen Umweltauswirkungen zu verringern, indem sie den Bedarf an Pendlerfahrzeugen auf kurzen Strecken reduzieren.

Neben den Vorteilen für die Umwelt sind die Kosteneffizienz und die wirtschaftlichen Auswirkungen von Elektrofähren ebenso überzeugend. Nehmen wir das Beispiel eines vollelektrischen Katamarans, der in Bezug auf die Energieeinheitskosten 21 % günstiger über das Wasser gleitet als eine herkömmliche Dieselfähre. Dies ist kein Einzelphänomen; in den meisten europäischen Ländern haben elektrische Fahrgastschiffe im Vergleich zu ihren Diesel-Pendants deutlich niedrigere Betriebskosten aufzuweisen. Obwohl der Anschaffungspreis einer batteriebetriebenen Fähre höher sein mag, sind die langfristigen Betriebs- und Wartungskosten eindeutig niedriger.

Das Herzstück einer Elektrofähre ist ihre Batterie, die sowohl als Energiequelle als auch als Symbol für Energieeffizienz dient. Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund ihrer Fähigkeit, große Mengen an Strom effizient zu speichern und zu liefern, der Standard. Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien gewinnen aufgrund ihrer Sicherheit und Langlebigkeit in maritimen Anwendungen an Bedeutung. Dies markiert einen Wandel hin zu langlebigeren und zuverlässigeren Energiequellen für batteriebetriebene Boote.

Das Management dieser Kraftwerke wird von hochentwickelten Batteriemanagementsystemen (BMS) überwacht, die eine optimale Leistung, Sicherheit und Langlebigkeit der Batterien gewährleisten. Verbesserungen bei der Schnellladefähigkeit sind ein entscheidender Faktor. Sie werden es den batteriebetriebenen Fähren ermöglichen, ihre Betriebsbereitschaft aufrechtzuerhalten und ihre Fahrten über das bisher für möglich gehaltene Maß hinaus zu verlängern.

Um die Möglichkeiten und Grenzen einer Elektrofähre einschätzen zu können, muss man ihre Reichweite kennen. Zwar haben diese Fähren in der Regel eine geringere Reichweite als ihre Pendants mit Verbrennungsmotor, doch die Fortschritte bei der Batteriespeicherung erweitern ihren Horizont stetig. Kleine (wenn auch langsam fahrende) Elektrofähren, die oft durch Häfen oder auf Kurzstrecken gleiten, haben in der Regel eine Reichweite von 5 bis 30 Seemeilen. Sie verfügen über Batteriekapazitäten von 1 bis 2 MWh und sind damit ideal für häufige Anlege- und Auflademöglichkeiten.

Bei mittelgroßen und größeren Schiffen (ebenfalls überwiegend langsam fahrend), die z. B. Inseln verbinden oder auf längeren Strecken eingesetzt werden, kann die Reichweite von 20 bis über 100 Seemeilen reichen. Diese Schiffe verfügen in der Regel über Batteriekapazitäten von 2 MWh bis zu mehr als 10 MWh.

Die schnelle Elektro-Tragflächenfähre Candela P-12 hingegen kann bei einer Dienstgeschwindigkeit von 25 Knoten eine Reichweite von bis zu 50 Seemeilen erreichen. Dies zeigt das beeindruckende Potenzial der modernen Fährtechnologie. Indem sie den Rumpf aus dem Wasser hebt, nutzt die P-12 ihre Energie, um sich vorwärts zu bewegen, anstatt durch das Wasser zu pflügen, was die Energieeffizienz im Vergleich zu Schiffen ohne Tragflächen um über 80 % verbessert.

Trotz der zunehmenden Dynamik bei der Elektrifizierung der Fährflotten gibt es noch erhebliche Herausforderungen. Eine der größten Hürden ist die Einrichtung einer robusten Ladeinfrastruktur in den Häfen, die für den reibungslosen Betrieb batteriebetriebener Fähren entscheidend ist. Die Ladeinfrastruktur kann von einfachen Haushaltsstromkreisen bis hin zu komplexeren Schnellladegeräten reichen. Darüber hinaus sind der Zugang zu sauberem Strom und ein leistungsfähiges Netz von entscheidender Bedeutung, um die wachsende Flotte von Elektroschiffen zu unterstützen.

Häfen und Kais verfügen oft nur über begrenzte Stromkapazitäten, insbesondere in abgelegenen Inselgemeinden. Dies stellt eine große Herausforderung für die breite Einführung von elektrischen Passagierschiffen dar. Darüber hinaus ist es für die Aufrechterhaltung von Effizienz und Leistung entscheidend, das richtige Gleichgewicht zwischen Batteriegröße und Schiffsgewicht zu finden. Nichtsdestotrotz zeichnen sich mögliche Lösungen ab. Dazu gehören die Entwicklung von stärkeren Netzen, Hybridsystemen und innovativen Batterietechnologien. Zusammen ebnen sie den Weg für einen sanfteren Übergang zu Elektroflotten. Je energieeffizienter ein Schiff jedoch ist und Kilowattstunden-Batterien (kWh) statt Megawattstunden-Batterien (MWh) verwendet, desto einfacher wird die Elektrifizierung.

Eine weitere große Herausforderung sind die hohen Anschaffungskosten für Elektrofähren und die damit verbundene Aufrüstung der Infrastruktur. Trotz der langfristigen Einsparungen bei Kraftstoff und Wartung können die Anfangsinvestitionen für viele Betreiber entmutigend sein. Staatliche Anreize und Subventionen können eine entscheidende Rolle dabei spielen, diese Kosten auszugleichen und die Einführung von Elektrofähren zu fördern. Darüber hinaus kommt es im Seeverkehrssektor zu Kooperationen zwischen dem öffentlichen und dem privaten Sektor. Diese Partnerschaften finanzieren Forschung und Entwicklung von elektrischen Antriebstechnologien. Diese Partnerschaften sind entscheidend für die Beschleunigung von Innovationen, die Senkung von Kosten und die Schaffung eines nachhaltigen Weges für die Elektrifizierung von Fährflotten.

Mit jedem neuen Schiff, das in Dienst gestellt wird, kommt der Wassertransportsektor einer nachhaltigen Zukunft einen Schritt näher. Die norwegische MV Ampere, ein Pionier unter den batteriebetriebenen Fähren, nahm 2015 ihre Fahrt auf. Sie wurde zum Präzedenzfall für nachfolgende Elektrofährenprojekte im ganzen Land. In der Zwischenzeit plant Wightlink im Vereinigten Königreich, innerhalb der nächsten fünf Jahre die erste vollelektrische Fracht- und Passagierfähre auf dem Solent einzusetzen.

Diese Entwicklungen stellen die neuesten Fortschritte in der maritimen Technologie dar, wobei Fähren wie die Candela P-12 Shuttle den Weg weisen. Mit der Aufnahme dieser Schiffe in die Flotte werden die Grenzen des Fährdienstes erweitert. Sie sind auch ein Zeichen für das Engagement der Schifffahrtsindustrie für den Übergang zu einer saubereren und kosteneffizienteren Ära.

In einer Zeit, in der Umweltverträglichkeit und Kosteneffizienz an erster Stelle stehen, ist unser Candela P-12 Shuttle die erste elektrische Tragflächenfähre der Welt und hat sich zum Ziel gesetzt, den Seeverkehr zu revolutionieren.

Herkömmliche Fähren sind in einem Teufelskreis der Ineffizienz gefangen, der sich sowohl auf die Betriebskosten als auch auf die Umweltbelastung auswirkt. Ein hoher Kraftstoffverbrauch führt zu höheren Betriebskosten und höheren Fahrpreisen, was die Fahrgäste abschreckt und die Einnahmen schmälert. Dieser Teufelskreis wird durch die mit komplexen Verbrennungsmotoren verbundenen Wartungskosten und die durch Kohlenstoffemissionen verursachten Umweltschäden noch verschärft. Infolgedessen stecken die Betreiber oft in einem Kreislauf aus hohen Kosten und geringen Erträgen fest und haben Mühe, Nachhaltigkeit und Rentabilität in Einklang zu bringen.

Das Candela P-12 Shuttle bietet eine bahnbrechende Lösung für diese Herausforderungen. Als elektrische Tragflächenfähre kombiniert der P-12 Shuttle die Vorteile des Elektroantriebs mit der Tragflächentechnologie. Tragflächen heben den Rumpf aus dem Wasser und verringern so den Luftwiderstand erheblich. Dadurch gleitet die P-12 Shuttle sanft und effizient, was den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Fähren um bis zu 80 % senkt. Dies führt zu niedrigeren Betriebskosten und einer drastischen Reduzierung der Treibhausgasemissionen.

Das Antriebssystem der P-12 macht den Einsatz fossiler Brennstoffe überflüssig. Dies senkt die Treibstoffkosten drastisch und reduziert den CO2-Fußabdruck des Fährbetriebs. Die P-12 kann mit einer einzigen Ladung größere Entfernungen zurücklegen, was die Bedenken hinsichtlich der Reichweite ausräumt, die elektrische Fahrgastschiffe normalerweise einschränken. Darüber hinaus führen der geringere Luftwiderstand und die geringere Abnutzung der Komponenten zu niedrigeren Unterhaltskosten und einer längeren Betriebslebensdauer. Somit ist die P-12 eine umweltfreundliche und kosteneffiziente Wahl für Fährbetreiber.

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Die Passagiere an Bord des P-12 Shuttle genießen eine leisere, sanftere Fahrt ohne den Lärm und die Vibrationen herkömmlicher Verbrennungsmotoren. Das fortschrittliche Design der Fähre ermöglicht außerdem höhere Geschwindigkeiten und kürzere Fahrzeiten. Dies macht die Fähre sowohl für Pendler als auch für Touristen zu einer attraktiven Option.

Lebenszyklusanalysen zeigen, dass elektrische Tragflächenboote deutlich geringere Umweltauswirkungen haben als mit fossilen Brennstoffen betriebene Alternativen. Eine Studie der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) in Schweden bestätigt diese Vorteile und weist auf eine erhebliche Verringerung der CO2-Emissionen hin. Dennis Olson und Felix Gluunsinger von der KTH fanden heraus, dass das elektrische Tragflächenboot Candela C-8 in Bezug auf das Treibhauspotenzial und den kumulativen Energiebedarf eine wesentlich geringere Umweltbelastung aufweist als seine benzinbetriebenen Pendants. Außerdem verglichen sie die Candela P-12 mit dieselbetriebenen Fähren, die im Stockholmer Nahverkehrssystem eingesetzt werden, und stellten fest, dass das Elektromodell die Umweltbelastung um 1.670 Tonnen CO2-Äquivalent pro Jahr verringern könnte.

Diese Ergebnisse unterstreichen die erheblichen Vorteile, die elektrische Tragflächenboote gegenüber herkömmlichen Schiffen bieten. Indem sie dem Elektroantrieb den Vorzug geben, können Schiffsbetreiber ihren ökologischen Fußabdruck erheblich verringern. Dieser Ansatz ebnet den Weg für eine sauberere, grünere Zukunft auf dem Wasser.

Sie können die vollständige Studie unter diesem Link lesen: Vergleichende Ökobilanz von Elektro-Tragflächenbooten und fossil angetriebenen Alternativen

Die maritime Industrie stellt die Weichen für eine Zukunft der Innovation und Nachhaltigkeit. Das Potenzial für Elektrofähren ist immens. Die nächste Generation der E-Flexer-Schiffe von Stena Line zum Beispiel wird ein Methanol-Hybrid mit zwei Kraftstoffen sein. Dies zeigt, wie anpassungsfähig die Branche ist und wie sehr sie sich für die Reduzierung von Emissionen einsetzt. Auf der anderen Seite des Atlantiks bereitet sich San Francisco darauf vor, den landesweit ersten emissionsfreien Hochgeschwindigkeits-Fährdienst mit hoher Kapazität in Betrieb zu nehmen. Dieser Schritt wird einen neuen Standard für den Stadtverkehr setzen.

Die Entwicklung von Hybridschiffen durch Unternehmen wie Brittany Ferries und Isle of Man Steam Packet Company veranschaulicht die verschiedenen Ansätze zur Elektrifizierung. Diese Fortschritte deuten auf eine Zukunft hin, in der batteriebetriebene Fähren eine entscheidende Rolle beim weltweiten Vorstoß für emissionsfreie Seeverkehrsdienste spielen werden.

Elektrofähren stellen einen grundlegenden Wandel im Seeverkehr dar, da sie die Umweltbelastung und die Betriebskosten senken. Mit den laufenden Fortschritten in der Batterietechnologie und der Ladeinfrastruktur werden diese Schiffe immer rentabler. Das macht sie zu einer attraktiven Option für Fährbetreiber und Passagiere gleichermaßen.

Sind Elektrofähren im Betrieb teurer als Dieselfähren?

Nein, sie sind in der Regel billiger zu betreiben, weil sie weniger Energie verbrauchen, weniger Wartungsaufwand erfordern und möglicherweise staatlich subventioniert werden.

Welche Auswirkungen haben Elektrofähren auf lokale Gemeinden und Häfen?

Elektrofähren können sich positiv auf lokale Gemeinden und Häfen auswirken, indem sie die Luft- und Lärmbelastung verringern, die Lebensqualität verbessern und den Fahrgastkomfort erhöhen.

Welche Art von Batterietechnologie wird in Elektrofähren verwendet?

In Elektrofähren werden in der Regel Lithium-Ionen- und Lithium-Eisenphosphat-Batterien eingesetzt, die sich durch eine hohe Energiedichte, Effizienz und Sicherheit auszeichnen und von ausgeklügelten Systemen für eine optimale Leistung gesteuert werden.

Welche Fortschritte werden gemacht, um die Reichweite von Elektrofähren zu erhöhen?

Fortschritte bei der Batteriespeicherung, der Effizienz und der Schnellladeinfrastruktur in den Häfen tragen dazu bei, die Betriebsreichweite von Elektrofähren zu erhöhen. Hybridsysteme mit Hilfsstromquellen werden ebenfalls erforscht, um die Reichweite und Flexibilität zu erhöhen.

Wie tragen Elektrofähren zur Verringerung der Treibhausgasemissionen bei?

Dies hängt weitgehend davon ab, wie "grün" ein Netz ist. Schwedens Strom stammt größtenteils aus erneuerbaren Energien, aber das ist nicht in allen Ländern der Fall. Dennoch stoßen Elektrofähren vor Ort keine Abgase aus und vermeiden somit schädliche Emissionen, die normalerweise mit Dieselmotoren verbunden sind.

Können Elektrofähren ohne Aufladen genauso weit fahren wie dieselbetriebene Fähren? 

Zwar ist die Reichweite von Elektrofähren in der Regel geringer als die von dieselbetriebenen Fähren, doch die Fortschritte in der Batterietechnologie vergrößern die Reichweite zunehmend, und es wird eine Schnellladeinfrastruktur entwickelt, die ein schnelleres Aufladen der Elektrofahrzeuge ermöglicht.

Was sind die größten Herausforderungen für die breite Einführung von Elektrofähren? 

Hohe Anfangsinvestitionskosten und das Fehlen einer Schnellladeinfrastruktur sind die größten Herausforderungen für das Wachstum des Marktes für Elektrofähren. Darüber hinaus stellt die begrenzte Reichweite im Vergleich zu konventionellen Fähren eine Herausforderung für die wirtschaftliche Rentabilität dar.

Was sind die wichtigsten Faktoren, die die Einführung von Elektrofähren vorantreiben?

Staatliche Initiativen und Subventionen gehören zu den wichtigsten Triebkräften für die Einführung von Elektrofähren und fördern den Übergang zu nachhaltigeren Seeverkehrslösungen.