Flüssigwasserstoff-Kraftstoffsysteme in der maritimen Innovation

Der Übergang zu nachhaltiger Energie im maritimen Sektor erfordert mehr als Ehrgeiz, er erfordert Präzision. Deshalb ist Alicat Scientific stolz darauf, das Hydro Motion Team der TU Delft als Bronze-Partner bei ihrem bahnbrechenden Projekt 2025 zu unterstützen. Ihr Ziel ist die Entwicklung, der Bau, das Testen und das Rennen Miraein wasserstoffbetriebenes Foiling-Boot, das mit einem dualen Wasserstoffsystem ausgestattet ist, d. h. mit einem Tank für gasförmigen Wasserstoff und einem voll integrierten Tank für flüssigen Wasserstoff, das an der Monaco Energy Boat Challenge teilnimmt.

Die Ausstattung dieses innovativen Kraftstoffsystems mit unserem MCRQ Massendurchflussregler ermöglicht es dem Team, die Wasserstoffzufuhr sicher und genau zu steuern und so zu beweisen, dass flüssiger Wasserstoff die nächste Generation sauberer Schiffsantriebe antreiben kann.

Das Ziel der TU Delft Hydro Motion Team ist ebenso ehrgeizig wie inspirierend. Sie planen, innerhalb eines Jahres ein voll funktionsfähiges, mit einem dualen Wasserstoffsystem ausgestattetes Boot zu entwerfen, zu bauen, zu testen und im Rennen zu fahren, um an der Monaco Energy Boat Challenge 2025 teilzunehmen.

Doch die Mission des Teams geht über den eigentlichen Wettbewerb hinaus. Indem sie beweisen, dass ein Boot erfolgreich mit flüssigem Wasserstoff betrieben werden kann, wollen sie eine breitere Innovation im gesamten maritimen Sektor anstoßen. Diese Arbeit zeigt das Potenzial von Wasserstoff als saubere, skalierbare Alternative zu fossilen Brennstoffen.

Dieses Projekt baut auf den bisherigen Erfolgen des Teams mit komprimiertem Wasserstoff auf, der sich bereits als emissionsfreier Schiffskraftstoff bewährt hat. Jetzt, da das Team auf eine größere Reichweite und Effizienz an Bord drängt, sind Speichervolumen und Energiedichte die nächsten großen Herausforderungen.

Um dieses Problem zu lösen, entschied sich das Team für die Verwendung von flüssigem Wasserstoff. Seine volumetrische Energiedichte ist dreimal höher als die von komprimiertem Wasserstoff bei 350 bar. Das macht ihn zu einem leistungsfähigen Mittel, um Platz zu sparen und die Lebensdauer zu verlängern - wichtige Anforderungen an Hochleistungsschiffe.

Die Lagerung und Verwendung von Flüssigwasserstoff stellt jedoch eine Herausforderung dar. Der Kraftstoff muss bei -253 °C gelagert werden, was isolierte Tieftemperaturtanks erfordert. Das Team löst dieses Problem mit einem maßgeschneiderten doppelwandigen, vakuumisolierten Kohlefasertanksystem. Dadurch wird die Wärmezufuhr auf nur 7 Watt begrenzt, was einer kleinen LED-Glühbirne entspricht. Um Energieverschwendung zu vermeiden, wird die Abwärme der Brennstoffzelle genutzt, um den Wasserstoff auf die erforderliche Betriebstemperatur von etwa 20 °C zu bringen, bevor er die Brennstoffzelle erreicht.

Die Kompromisse (Abdampfrate, Tankvolumen, Speichergewicht und Verdampfung an Bord) sind genau die Art von Sachzwängen, die mit diesem Projekt untersucht werden sollen. Und während Mira ein kompaktes Foiling-Boot ist, stellt sich die Frage, ob ein solches System auch für größere Schiffe, wie z. B. Fähren, geeignet ist. Alicat freut sich darauf, solche Überlegungen mit Partnern zu unterstützen, die die Grenzen des Möglichen erweitern.

Unter MiraWasserstoffsystem wird Wasserstoff als kryogene Flüssigkeit gespeichert. Bevor er die BrennstoffzelleIn dieser Phase durchläuft das Gas einen Verdampfer und wird bei Umgebungstemperatur in Gas umgewandelt. Diese Phase ist entscheidend: Die Bereitstellung von Gas mit dem richtigen Druck und Durchfluss erfordert eine stabile Regelung, schnelle Rückmeldung und präzise Steuerung.

Um diesem Bedarf gerecht zu werden, integrierte das Team das Alicat MCRQ Massendurchflussregler unmittelbar hinter dem Verdampfer. Diese Vorrichtung steuert den Massenstrom von Wasserstoffgas in die Brennstoffzelle und ermöglicht:

• Liefert einen stabilen und präzisen Speisedruck für die Brennstoffzelle.
• Messung des Wasserstoffverbrauchs durch Überwachung des Massendurchflusses in Echtzeit
• Überwacht Druck und Temperatur, um Probleme mit der Brennstoffzelle wie Dehydrierung oder Kraftstoffmangel zu vermeiden.
• Unterstützt die Testvalidierung und die Leistungsoptimierung in der Praxis.

Der MCRQ ist kompakt, für die ATEX-Zone 2 zertifiziert und für eine schnelle Systemreaktion ausgelegt. Es lässt sich problemlos in die engen Vorgaben eines rennfertigen Schiffes integrieren. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Systementwicklung, indem es dem Team hilft, Daten zu sammeln, Parameter abzustimmen und sich auf die Leistung am Renntag vorzubereiten. Kurz gesagt, es hilft dabei, kühnes Wasserstoff-Engineering in betriebliche Zuverlässigkeit umzusetzen.

Das Hydro Motion Team und unsere Anwendungsingenieure haben sich für die Alicat MCRQ-Serie entschieden, weil sie sich bei niedrigen Durchflussmengen bewährt hat. Wasserstoffgas-Anwendungenund bietet eine leistungsstarke Kombination aus Präzision, Geschwindigkeit und Sicherheit. Zu den wichtigsten Merkmalen, die die Entscheidung beeinflusst haben, gehören:

• Durchflussbereich von 0 - 1,5 g/s, was bei einem nominalen Durchfluss von 1 g/s einer Unsicherheit von ± 0,01 g/s entspricht und klein genug ist, um eine konstante Brennstoffzellenleistung zu gewährleisten.
• 4 - 20 mA Analogausgang, speziell ausgewählt für seine hohe Aktualisierungsraten (kHz-Bereich)
• ATEX-Zone 2 IIC-Zertifizierungund erfordert nur eine minimale zusätzliche Sicherheitsinfrastruktur.
• Vorgeschaltete VentilstellungDies ermöglicht eine präzise Regulierung des Drucks in der Abwärtsströmung und unterstützt Zielwerte wie die ~2,5 bar, die in Brennstoffzellenstapeln üblich sind.
• ± 1,0% Ablesegenauigkeit (oder ± 0,2% vom Skalenendwert)

Zusammengenommen bieten diese Merkmale dem Team eine robuste, kompakte und reaktionsschnelle Lösung, die einen wichtigen Beitrag zur Erprobung in der Praxis leistet und einen Schritt in Richtung eines skalierbaren, sauberen Wasserstoffantriebs darstellt.

Das Team der TU Delft enthüllte Mira Anfang dieses Jahres wurde sie bei der Monaco Energy Boat Challenge 2025 in der SeaLab-Klasse getestet, der Meisterklasse, die Innovationen im Bereich alternativer Antriebe für die maritime Industrie vorantreibt.

Die ganze Woche hindurch, Mira zeigte, was mit Wasserstoff möglich ist. Das Team segelte hauptsächlich mit seinem Tank für gasförmigen Wasserstoff. Das Flüssigwasserstoffsystem wurde vollständig gebaut, an Land getestet und in das Boot integriert, so dass es für zukünftige Rennen bereit ist. Die Verwirklichung dieses dualen Systems ist ein wichtiger Meilenstein, der die Grundlage für künftige Fortschritte bildet.

Im Wettbewerb lieferte die Mira beeindruckende Ergebnisse: Platz 3 in der Manövrierfähigkeit und im 16-Seemeilen-Geschwindigkeitsrennen, Platz 2 im Geschwindigkeitsrekord mit einer Höchstgeschwindigkeit von 50 km/h und Platz 1 im Ausdauerrennen, bei dem sie ihre Zuverlässigkeit über drei Stunden hinweg unter Beweis stellte. Diese starken Leistungen sicherten dem Team einen beeindruckenden 2. Platz in der Gesamtwertung der SeaLab-Klasse, ein Beweis für die Widerstandsfähigkeit des Bootes und die Hingabe, die dahinter steckt.

Die Messgeräte von Alicat spielten eine entscheidende Rolle, indem sie einen stabilen, präzisen Wasserstofffluss sicherstellten, den sicheren Betrieb der Brennstoffzelle unterstützten und wertvolle Leistungsdaten unter realen Rennbedingungen lieferten. Diese Partnerschaft bedeutet mehr als nur die Bereitstellung eines Durchflussreglers. Sie zeigt, wie nachhaltige Innovationen entstehen, wenn Bildung, Technik und Praxistests zusammenkommen. Durch die Unterstützung des Hydro Motion Teams und seiner Arbeit an Miraträgt Alicat dazu bei:

• Fortschritte bei Flüssigwasserstoff-Kraftstoffsystemen im Seeverkehr
• Förderung einer praxisnahen Ingenieurausbildung
• Förderung praktischer emissionsarmer Antriebstechnologien

Wir fühlen uns geehrt, Teil dieses Projekts zu sein, und sind stolz darauf, dass unsere Instrumente dazu beitragen, die Zukunft der sauberen Meeresenergie zu lenken, und wir freuen uns darauf zu sehen, wie das nächste Team diesen Durchbruch noch weiter vorantreibt.

Gemeinsam messen wir nicht nur Wasserstoff. Wir helfen, die Zukunft zu befeuern.