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Revolutionäre Technik der Uboot-Klasse 212 A

Mit der Indienststellung der Uboote beginnt ein neuer Abschnitt in der Uboottechnologie. Die neuen Uboote der Klasse 212 A setzen auf den Hybridantrieb mit der Brennstoffzelle, was eine Premiere in der Antriebsart von Ubooten ist.

Während bisher Atom- und Dieselantrieb für die Fortbewegung auf und in den Weltmeeren sorgten, wird mit dem Betrieb über die Brennstoffzelle eine neue Ära eingeläutet. Aufgrund dieser Neuheit stehen die neuen Uboote weltweit besonders im öffentlichen Interesse. Doch was genau bedeutet eigentlich „Hybridantrieb“ und wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

Was bedeutet „Hybridantrieb“?

Zunächst muss man sagen, dass die neuen Uboote der Klasse 212 A genau wie alle anderen Uboote durch einen Elektromotor angetrieben werden. Der nötige elektrische Strom dazu wird bei herkömmlichen Ubooten durch Dieselgeneratoren oder beim Atomantrieb durch Kernspaltung zur Dampferzeugung für eine Turbine gewonnen.

Bei der neuen Klasse 212 A geschieht dies mit Hilfe des Hybridantriebs. „Hybridantrieb“ bedeutet, dass man auf zwei verschiedene Antriebsarten setzt. In den neuen Ubooten kommt neben dem herkömmlichen Dieselgenerator die Brennstoffzelle zum Einsatz.

Umkehrung der Elektrolyse liefert Strom

In der Brennstoffzelle läuft der umgekehrte Prozess wie bei der Elektrolyse ab. Bei der Elektrolyse werden zwei Elektroden (Kathode und Anode) in Wasser getaucht und eine Spannung angelegt. Dabei entsteht mit Hilfe der elektrischen Energie aus Wasser (H2O) an der einen Elektrode Wasserstoffgas (H 2) und an der anderen Sauerstoffgas (O2).

Die Brennstoffzelle kehrt diesen Prozess um und gewinnt aus der Reaktion von Sauer- und Wasserstoff zu Wasser elektrische Energie.

Wie ist eine Brennstoffzelle aufgebaut?

Brennstoffzellen sind sehr einfach aufgebaut. Die eigentliche Zelle besteht aus drei aufeinander liegenden Schichten. Die beiden äußeren (Anode und Kathode) sind die gasführenden Schichten, in denen sich der Wasserstoff bzw. der Sauerstoff befinden. Sie bestehen aus einem Stoff mit Katalysator-Eigenschaften, z.B. Platin. Das bedeutet, dass dieser Stoff die abzulaufenden Reaktionen begünstigt. Die mittlere Schicht besteht aus einem geeigneten Elektrolyten. Dieser hat die Eigenschaft nur Protonen (H+-Ionen), nicht aber Elektronen oder die H2- und O2-Moleküle durchzulassen.

So arbeitet die Brennstoffzelle

An der Anodenseite befindet sich das Wasserstoffgas. Mit Hilfe des Katalysators werden die H2-Moleküle dort in H+-Ionen aufgespalten. Diese positiv geladenen Teilchen wandern durch den Elektrolyten auf die Kathodenseite. Die bei diesem Prozess frei werdenden negativ geladenen Elektronen wandern in die Anode.

So entsteht zwischen der Anoden- und Kathodenseite eine elektrische Spannung. Die Elektronen fließen, wenn ein Stromkreis zwischen Kathoden- und Anodenseite geschlossen wird, aufgrund der entstandenen Spannung, ebenfalls auf die Kathodenseite. Dies ist der nutzbare elektrische Stromfluss.

Dort treten die negativ geladenen Elektronen mit den O2-Molekülen in Verbindung, die sich hier befinden.
Da diese so auch negativ geladen werden, ermöglicht dies nun eine Wechselwirkung mit den positiven H+-Ionen und eine Verbindung zu reinem Wasser (H2O).

Diese Reaktionen laufen so ab, weil es sich hierbei um ein physikalisch-chemisches System handelt, welches bestrebt ist, den Gleichgewichtszustand zu erreichen.

Die „Kalte Verbrennung“

Man spricht bei diesem Prozess auch von einer „Kalten Verbrennung“. Wasserstoff wird durch Sauerstoff zu Wasser oxidiert. Dabei wird die so entstehende Energie nicht wie bei der „normalen“ Verbrennung in Form von Wärme frei, sondern als elektrische Energie. Ein gewisser Wärmeanteil tritt jedoch aufgrund von Reibung und Verlusten auf.

Leistungsvergleich mit einem Dieselantrieb

Der Wirkungsgrad dieser Brennstoffzellen ist im Vergleich zum Dieselgenerator sehr hoch. Er beträgt ca. 65%. Das bedeutet, dass 65% der aufgewandten Energie, die im Wasserstoff steckt, in Strom umgewandelt werden kann! Die Verluste, z.B. durch Reibung/Wärme betragen also nur 35%. Gute Dieselgeneratoren haben bestenfalls einen Wirkungsgrad von ca. 30%.

Da die Spannung, die eine einzelne Brennstoffzelle erreichen kann, begrenzt ist, werden mehrere Brennstoffzellen hintereinander geschaltet. Ein solches Modul kann dann die erforderliche Spannung erzeugen und mehrere Module parallel geschaltet die gewünschte Strommenge.

Welche Vorzüge hat dieser Antrieb für Uboote?

Diese Art der Energiegewinnung für den Antrieb bietet große Vorteile in der Uboottechnologie. Im Gegensatz zum Dieselgenerator ist der Geräuschpegel erheblich verringert sowie auch die Wärmeabstrahlung, die sonst durch Dieselgeneratoren entsteht, so dass die Ortung eines solchen Ubootes um ein Vielfaches schwieriger wird. Hierzu trägt auch bei, dass bei dieser Art der Energiegewinnung als einziges Abfallprodukt reines Wasser entsteht und keine feststellbaren Rückstände.

Des Weiteren bietet der Hybridantrieb den Vorteil, dass die Tauchzeiten sehr viel länger ausfallen können als bei Ubooten mit Dieselgenerator. Dieselmotoren benötigen Luftsauerstoff zum Betrieb, so dass diese Uboote öfters zu sogenannten „Schnorchelzeiten“ näher an die Oberfläche kommen müssen, um diesen aufzunehmen. Die neuen Uboote der Klasse 212 führen reinen Sauerstoff und Wasserstoff für die Brennstoffzellen in Tanks mit, mit dem sie von der Außenluftzufuhr unabhängig sind. Da als einziges Abfallprodukt in der Brennstoffzelle reines Wasser anfällt, ist dieser Antrieb besonders umweltfreundlich.

Dies gilt besonders dem Atomantrieb gegenüber, bei dem radioaktiver Abfall entsteht und der hohen sicherheitstechnischen Aufwand in der Entsorgung und im Betrieb erfordert. Hinzu kommen der hohe Platzbedarf sowie die erhebliche Geräuschabstrahlung bei der Kühlung der Reaktoren. Durch die Wärme- und Geräuschabstrahlung und ihre Größe aufgrund des Platzbedarfes sind Atom-Uboote zudem sehr viel leichter zu orten als die neuen Brennstoffzellen-Uboote.

Um die Leistungsfähigkeit der neuen Uboote der Klasse 212 voll auszunutzen, sind sie für einen eventuellen Spurt bei Überwasser- bzw. Schnorchelfahrt zusätzlich mit einem Dieselgenerator ausgestattet, der die Fahrbatterie speist und bei Bedarf wieder auflädt.

Darüber hinaus verfügt die Klasse 212 A über viele weitere technische Verbesserungen, die diese
Boote leistungs-, durchsetzungs- und einsatzfähiger sowie auch für ihre Besatzungen komfortabler machen.

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Stand vom: 23.06.16 | Autor: 


http://www.marine.de/portal/poc/marine?uri=ci%3Abw.mar.waffenun.uboote.212a.technik