Hybrid- und Elektroboote: Leitfaden für 2020
Da Hybridautos mit Gas- und Elektroantrieb wie Tesla und Prius immer beliebter werden und für den Normalverbraucher immer praktischer werden, haben die Bootshersteller begonnen, diesem Beispiel zu folgen. Erfahrene Bootsfahrer wissen die natürliche aquatische Umwelt und das Ökosystem um sie herum zu schätzen. Ob es darum geht, den Gezeiten zu folgen oder mit der Tierwelt zusammenzuleben – umweltbewusstes Verhalten ist ein fester Bestandteil des Lebensstils von Bootsfahrern. Neue, technologisch fortschrittliche Bootsmodelle machen den hybriden Gas-/Elektroantrieb nicht nur möglich, sondern auch angenehm.
In diesem Leitfaden werfen wir einen Blick auf einige der Bootsmarken, Modelle, Motoren, Hersteller und Antriebssysteme, die 2019 den Markt für Solar-, Elektro-/Gas- und alternative Energien anheizen und die Nachhaltigkeit in den Vordergrund der Bootsbranche rücken.
Wie funktioniert ein Hybrid-Elektroboot?
Ein Hybrid-Antriebssystem ist eine Kombination aus einem Verbrennungs- und einem Elektromotor. Der Strom kann durch einen oder eine Kombination der folgenden Elemente erzeugt werden: einen Verbrennungsmotorgenerator, einen Windgenerator, einen Schleppwassergenerator oder Solarzellen. Eine rein elektrische Lösung mit Solarpaneelen ist aufgrund ihrer CO2-freien Bilanz und der niedrigen Betriebskosten beneidenswert, und verschiedene Varianten dieser Systeme haben auf Schiffen mit alternativen Energien an Bedeutung gewonnen. Fortschritte in der Energiespeicher- und Solarmodultechnologie haben die Kosten und den Platzbedarf gesenkt, so dass Solarantriebe für Boote besser geeignet sind.
Welche Vorteile bieten Hybrid- und Elektroboote?
Der Antrieb mit Elektromotoren hat zahlreiche Vorteile, unter anderem ist er leiser, bei niedrigeren Geschwindigkeiten effizienter und stinkt weniger. Es wird auch erwartet, dass er die Gesamtbetriebskosten senkt, da weniger oder gar keine Öl- und Getriebeölwechsel, kein Austausch von Filtern und Impellern und keine Anlasserprobleme erforderlich sind. Es muss auch weniger winterfest gemacht werden. Außerdem stellen Elektromotoren im Gegensatz zu Diesel- oder Gasmotoren sofort das volle Drehmoment zur Verfügung, so dass die Boote schneller in Fahrt kommen. Bei Nachrüstungen (die derzeit den Löwenanteil des Marktes ausmachen) können vorhandene Antriebswellen und Komponenten verwendet werden, so dass bei der Umrüstung Kosten eingespart werden können.
Hybrid- und Elektroboote und der derzeitige Bootsmarkt
Wie bereits erwähnt, gewinnen Hybrid- und reine Elektroantriebe in der Automobilindustrie immer mehr an Bedeutung, so auch Hybrid- und Elektroboote. Dennoch handelt es sich bei der Schifffahrt um einen relativ kleinen Nischenmarkt, der in Bezug auf Innovationen eher anderen Branchen folgt als sie anzuführen. Derzeit sind nur weniger als 2 Prozent der Boote mit einem Elektro- oder Hybridantrieb ausgestattet. Diese langsame Anpassung ist zum Teil auf die besonderen Probleme der Schifffahrt zurückzuführen. Boote werden anders genutzt als Autos, und der Markt hat viele Segmente (Fähren, Segelboote, kleine Hochgeschwindigkeitssegler, große Fahrtenyachten usw.), in denen Boote unterschiedlich genutzt werden, so dass es schwierig ist, eine Lösung für alle Anwendungen zu entwickeln. Einige Unternehmen versuchen jedoch, dies zu ändern.
Motor- und Hilfssegelboote werden in der Regel von Innen- oder Außenbordmotoren angetrieben, die mit Diesel- oder Benzinkraftstoff betrieben werden. Für diese Zwecke werden zunehmend Elektromotoren eingesetzt, d.h. reine Elektromotoren, die von großen Batteriebänken angetrieben werden.
Wie bei jeder neuen Technologie gibt es eine Akzeptanzkurve. Die Early Adopters sind die Technologen, Visionäre und Tüftler, und sie machen nur etwa 15 % des Marktes aus. In der Schifffahrt sind dies Fernsegler, die effiziente Nachhaltigkeit und Autonomie benötigen, aber auch Fähren und Wassertaxis, die auf Gewässern fahren, auf denen Verbrennungsmotoren nicht erlaubt sind. Hinzu kommen trailerbare Schleppboote, Beiboote und Fischerboote sowie Charterboote, die den Markt für Boote der mittleren Leistungsklasse zwischen 25 und 75 Fuß ausfüllen.
Welche Probleme gibt es bei Hybrid- und Elektrobooten in der Schifffahrt?
Da der E-Antrieb in der Schifffahrt noch in den Kinderschuhen steckt, gibt es nur wenige Lösungen, und die sind teuer. Bislang waren die meisten Elektroboote langsam und klein und hatten eine sehr begrenzte Reichweite, aber das ändert sich jetzt. Außerdem gibt es ein Problem mit der Infrastruktur, das auch für Autos gilt: Wie groß ist die Reichweite dieser neuen Boote und wo kann man sie aufladen? Genau wie bei einem Tesla, den man wahrscheinlich nicht auf eine Reise quer durchs Land mitnehmen würde, braucht ein Boot möglicherweise Ladestationen, die nahe beieinander liegen, um schnell „tanken“ zu können.
Die Technologie hinter Elektro- und Hybridbooten
Die Verwendung von bürstenlosen Permanentmagnet-Elektromotoren und die Fortschritte in der Lithium-Ionen-Batterietechnologie haben es ermöglicht, dass bei der Umstellung auf Elektroboote ein großer Sprung gemacht werden konnte. Lithium-Ionen-Batterien sind nur halb so schwer wie Blei-Säure-Batterien und halten dreimal so lange, und die Fortschritte bei ihrer Effektivität und Stabilität sind beträchtlich.
Der deutsche Elektromotorenhersteller Torqeedo hat sich mit BMW zusammengetan und die Batterien der i3- und i8-Serie des Automobilherstellers für den Einsatz in einer Vielzahl von Booten „marinisiert“. Sie fügten einen robusten Dämpfungsrahmen hinzu, um Stöße zu minimieren, ein Entlüftungssystem, um Gase sicher abzuleiten, und eine Wasserdichtigkeit nach IP67-Standard. Die neuen Batterien bieten eine um 31 % höhere Kapazität (Energiedichte) als das Vorgängermodell ähnlicher Größe, und ihre Grundfläche (ca. 5′ x 3′ x 6″) passt selbst in die kompaktesten Motorräume.
Serielle und parallele Hybridboote
Aktuell kämpfen zwei Ansätze auf dem Wasser um die Vorherrschaft – serielle und parallele Hybride. Beim seriellen Hybridsystem wird ein Generator zur Reichweitenverlängerung integriert. Der Motor treibt den Generator an, der wiederum einen Elektromotor antreibt, der mit der Antriebswelle verbunden ist – es gibt keine mechanische Verbindung zwischen Motor und Antriebswelle. Ein paralleles System hat eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Motor und der Antriebswelle, treibt aber auch einen zusätzlichen Elektromotor an, der als Generator arbeitet – auf derselben Welle.
Eine reichweitenerweiternde Energierückgewinnung kann durch einen freidrehenden Propeller erreicht werden, was auf einem fahrenden Segelboot leicht zu bewerkstelligen ist und auf einem Motorboot durch den gleichzeitigen Einsatz nur eines Motors erreicht werden kann. Der britische Motorenhersteller Hybrid Marine bietet eine dritte Option an: ein Multimodus-System, das das Beste aus seriellen und parallelen Ansätzen mit einer Anordnung von Kupplungen und Getrieben kombiniert.
Vollelektrische Schiffsantriebssysteme
Der Motor Deep Blue 100i von Torqeedo ist das erste voll integrierte elektrische Innenbord-Antriebssystem, das in zwei Versionen erhältlich ist – 2400 U/min für schnellere Gleitboote und 900 U/min für schwerere Verdrängerschiffe bis zu 120 Fuß. Der Schwerpunkt des gesamten Systems, vom Steuerstand bis zur Schraube, liegt auf der Sicherheit, und es hat den Zielmarkt in Bezug auf Größe, Geschwindigkeit und typische Nutzung des Schiffes erweitert.
Ein umfassendes Antriebssystem ist eine komplexe Kombination von Spannungen und das macht die Dinge auf dem Wasser kompliziert. Eine Innenbordmotor-Installation kann beispielsweise Folgendes umfassen:
400 VDC für den Antrieb unter Verwendung von Autobatterietechnologie
110/240 VAC für Hotellasten mit Wechselstrom
24 VDC für die Bordelektrik
12 VDC zum „Aufwecken“ der größeren Batterien und des Generators/Range Extenders
bidirektionale Umschaltung zwischen 24- und 400-V-Netzen
Das ist eine Menge Technologie, die in platzsparende Schiffsrümpfe gepackt werden muss. Das erhöht auch die Komplexität und die Kosten.
Hersteller von elektrischen und hybriden Schiffsmotoren
Zu den Herstellern, die sich auf diesen Markt konzentriert haben, gehört Torqeedo mit Sitz in Deutschland, das die Elektromotorenforschung subventioniert. Ein weiterer Anwärter ist Elco aus Athens, New York, das wie Torqueedo sowohl Innen- als auch Außenbord-Elektromotoren anbietet. Nicht zu vergessen sind die klassischen Minn Kota Trolling-Motoren, die Angler seit Jahrzehnten emissionsfrei halten.
Zu den weiteren Akteuren auf dem Motorenmarkt gehören die finnische OceanVolt, das italienische Diesel Center, American Electric Yacht und British Hybrid Marine. Das in Kalifornien ansässige Unternehmen Electroprop verkauft vorgefertigte 6- und 21-kW-Systeme, die Bootsbauer in ihre vorhandenen Motorräume einbauen können. Der schwedische Dieselmotorengigant Volvo Penta verspricht für 2021 die Einführung von Elektromotoren, die in Reihe zwischen seinen Dieselmotoren und IPS-Gehäusen eingebaut werden, und arbeitet mit dem französischen Katamaranbauer Fountaine Pajot an einer Lucia 40 mit Hybridantrieb.
Es gibt viele Akteure, die alle auf der Suche nach der „Killerapplikation“ im Bereich der alternativen Energieantriebe für Schiffe sind. Es ist wahrscheinlich, dass einige wenige überleben werden, während andere aufgekauft werden oder in einem immer stärker umkämpften Markt verschwinden.
Schnellste Konzeptentwürfe in der Solarschifffahrt
Vollelektrische Boote machen große Fortschritte, aber sie sind immer noch ein kleiner Teil des Bootsmarktes. Einer dieser Verfechter ist Touranor SolarPlanet, ein 102-Fuß-Katamaran mit wellenbrechenden Rümpfen. Der futuristische Schweizer SolarPlanet kostete 15 Millionen Euro, als er 2010 vom Stapel lief, und umrundete die Welt in 585 Tagen ausschließlich mit Strom, der von den 500 Solarzellen auf seinem Oberdeck erzeugt wurde. Obwohl die Höchstgeschwindigkeit der Konstruktion 14 Knoten betrug, lag die Durchschnittsgeschwindigkeit rund um den Globus bei 5 Knoten.
Nach dieser beeindruckenden Leistung wurde das Boot für die Forschung gespendet. Boote wie dieses mögen einmalig sein, aber sie tragen dazu bei, die Möglichkeiten alternativer Energieantriebe und die Richtung, in die sich der Bootssport entwickelt, aufzuzeigen.
Beispiele für Elektro- und Hybridboote
Dank der Fortschritte bei der Konstruktion von Motoren und der Batterietechnologie erreicht der Elektroantrieb verschiedene Segmente des Bootsmarktes, von kleinen Gleitbooten bis hin zu großen Fahrtenyachten, sowohl mit Motor als auch mit Segel. Einige bekannte Bootsbauer haben bereits ihre Zehen in diese alternativen Antriebsgewässer getaucht.
Hinckley Dasher Elektroboot
Die Hinckley Dasher ist eine elegante und stilvolle, vollelektrische Luxusyacht. Die 28 Fuß lange Hinckely Dasher wurde von Michael Peters entworfen und von Grund auf für den elektrischen Antrieb gebaut. Die harzgetränkte Konstruktion besteht aus einer Mischung aus Epoxid- und Kohlefasern mit einem Kunststoffkern, so dass das Design nur 6.500 Pfund wiegt. Der Dasher wird von zwei 40 kWh Lithium-Ionen-Batterien des BMW i3 angetrieben, die zwei 80 PS starke Innenbordmotoren mit gerader Welle antreiben. Es handelt sich um dieselben Batterien, die auch im BMW i3 verwendet werden, und sie sollen 9 Jahre oder 9.000 Zyklen halten. Die Höchstgeschwindigkeit liegt bei 23 Knoten, die Reisegeschwindigkeit bei 8,5 Knoten. Die maximale Reichweite bei 20 Knoten beträgt 40 Meilen. Das Aufladen von Null auf volle Kapazität dauert nur vier Stunden und ist damit etwas schneller als bei einem Tesla.
Greenline Hybrid Yachts
Greenline ist seit Jahren führend auf dem Gebiet der diesel-elektrischen Hybrid- und Solarjachten. Als ökologischer Meilenstein unter den Yachtbauern kombiniert Greenline in seinen Hybrid-Antriebssystemen sowohl traditionelle als auch innovative Technologien. Die Greenline-Hybrid-Yachtlinie ist derzeit in acht verschiedenen Modellen erhältlich, darunter das schnittige NEO-Sportboot, die Familien-Kabinenboote 33, 39 und 40 sowie die 45 Fly, 48 Fly, 48 Coupe und die 65 OC. Alle diese Modelle erreichen eine branchenführende Kraftstoffeffizienz.
SILENT-YACHTS
SILENT-YACHTS baut die ersten und einzigen vollständig solarbetriebenen, hochseetauglichen Serienyachten der Welt. Diese innovativen Boote sind so konzipiert, dass sie ausschließlich durch Solarenergie angetrieben werden und eine revolutionäre alternative saubere Energielösung bieten. Das Unternehmen behauptet, dass die spezielle Konfiguration der Komponenten garantiert, dass die Solarpaneele an einem durchschnittlichen Tag mehr Strom erzeugen als der Gesamtverbrauch für den Antrieb bei Reisegeschwindigkeit. Der Bootsbauer wirbt auch damit, dass alle Haushaltsgeräte mit den Solarzellen betrieben werden können und kein zusätzlicher Diesel oder Generator benötigt wird.
Solarbetriebene Boote von Soel Yachts
Soel Yachts, ein niederländisches Unternehmen, baut Solar- und Hybridschiffe, darunter auch Marine-Shuttles. Das Soel Cat 12 aus Neuseeland sieht aus wie ein Pontonboot mit einer Solaranlage auf dem Hardtop und kann bis zu 16 Passagiere befördern. Angetrieben von zwei 30-kW-Elektromotoren kann das Modell bei einer Geschwindigkeit von acht Knoten sechs Stunden lang allein mit der gespeicherten Energie fahren. Bei Sonnenschein erhöht sich die Reichweite auf 7,5 Stunden bei acht Knoten. Bei sechs Knoten erhöht sich die Reichweite auf 24 Stunden (und etwa 150 Seemeilen), so dass das Boot auch nachts fahren kann, wenn keine Energie erzeugt oder gespeichert wird. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 14 Knoten.
Frascher Mirage 740
Das österreichische Frauscher Mirage 740 Air war bisher mit einem Mercury 350-PS-Motor mit Heckantrieb erhältlich, kann aber jetzt auch mit dem Deep Blue-System von Torqeedo geliefert werden, das einen bürstenlosen Innenbordmotor mit hoher Drehzahl von 100 kW mit zwei 40-kW-Batterien der BMW i3-Serie kombiniert. Die leistungsstarken Lithium-Batterien sind im hinteren Motorraum übereinander gestapelt. Der Frauscher ist ideal für Gebiete, in denen eine Aufladung (mit normalem Landstrom) möglich ist, und sein System kann in weniger als 1,5 Stunden bis zu 75 Prozent der Kapazität aufladen. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 24 mph bei 2200 U/min. Die Reichweite beträgt etwa 20 Meilen. (Gegenwärtig erhöht das Strompaket den Grundpreis des Frauscher um 120.000 Dollar.)
Andere Solar- und Elektroboote
Andere Elektroboote (einige mit Solaranlagen) sind der Q Yachts Q30 Tender und das Secret 33 Wassertaxi. Duffy Boats baut seit 50 Jahren eine Reihe von elektrischen Freizeitbooten. Viele dieser Boote werden in Touristengebieten auf Cocktailfahrten vermietet, ebenso wie der Hauptkonkurrent Lear.
ElectraCraft stellt eine Reihe von elektrischen Pontonbooten her, und Greenline Yachts aus Slowenien hat eine große Auswahl an Modellen mit Hybrid- oder Elektroantrieb von 30 bis 65 Fuß. Das Greenline Hybrid 33 fährt mit sechs 1,3-kW-Paneelen auf dem Hardtop und einer Lithium-Ionen-Batteriebank bis zu 6 Knoten elektrisch oder mit einem 150-PS-Diesel bis zu 15 Knoten schnell.
Kraftstoffeffizienz bei Hybrid-Bootsmotoren
Kraftstoffsparende Verbrennungsmotoren für Boote, die Hybridantriebslösungen unterstützen
Bei einer Hybridlösung wird immer noch eine Form von Verbrennungsmotor benötigt (für den Primärantrieb oder als Generator). Die traditionellen Dieselmotorenhersteller haben sich zunehmend auf die Verbesserung der Kraftstoffeffizienz ihrer Motoren sowohl für Innen- als auch für Außenbordanwendungen konzentriert und sind so zu einem idealen Partner für Hybridlösungen geworden.
Volvo Penta hat gerade seine D4- und D6-Dieselmotoren vorgestellt, die für eine geringere Größe (zur Gewichtseinsparung), geringere Emissionen (für die Umwelt) und eine bessere Wirtschaftlichkeit (für die Kraftstoffeffizienz) umgestaltet wurden. In der Zwischenzeit haben Außenbordmotorenhersteller wie Evinrude und Yamaha größere Motoren mit mehr Drehmoment, aber besserer Laufleistung gebaut. Es scheint, dass die ganze Welt versucht, ihren Kohlenstoff-Fußabdruck zu verringern, auch wenn sie ihn nicht ganz beseitigt.
Hybridlösungen für Segelboote
Große Segelboote werden oft mit Hilfsenergie betrieben, besonders wenn sie anlegen, ankern oder auf langen windstillen Passagen unterwegs sind. Langstreckensegelboote haben Pionierarbeit bei der Nutzung von Solarenergie zur Deckung des Energiebedarfs an Bord geleistet, z. B. für Kühlung, Klimaanlage und Beleuchtung. Der Antrieb stellt jedoch eine Herausforderung dar. Im Jahr 2010 experimentierte der Hersteller von Produktionskatamaranen, Lagoon, mit einer dieselelektrischen Konstruktion, die jedoch vor allem aufgrund unzureichender Energiespeicherkapazitäten (Batterien) zu diesem Zeitpunkt Probleme bereitete. Lagoon baut den Löwenanteil der Segelkatamarane, die an exotischen Orten gechartert werden, wo der Treibstoff sehr teuer ist, und eine Hybridlösung wäre für die Charterbranche ein Wendepunkt.
Der Hersteller von Innenbordmotoren, OceanVolt, treibt alle Arten von Segelbooten an, darunter die Segelrenner von JBoats, die luxuriösen Daysailer von Alerion und Boote, die häufig gechartert werden, wie die Dufour 382 und das Mehrrumpfboot Voyage 480. Die Cruise-Außenbordserie von Torqeedo umfasst Modelle mit einem Gashebel und einem GPS-basierten Batteriemanagementsystem, das kontinuierlich die verbleibende Reichweite bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten anzeigt und nur zwei 24-Volt-Lithium-Ionen-Batterien benötigt. Diese Außenbordmotoren eignen sich gut für kleinere, leichtere Segelboote zum Manövrieren im Nahbereich und für kurze Strecken, aber auch Motorboote haben davon profitiert.
Auf der Höhe der Zeit hat der Hersteller von Segelkatamaranen der gehobenen Klasse, Gunboat, das Unternehmen Moonwave auf den Markt gebracht, das ein Hybrid-Elektrokraftwerk mit einem Dieselgenerator als Backup testet. Mit den Batterien des BMW i8 nutzt Moonwave den Strom nicht nur für den Antrieb, sondern auch für den großen Hotelbedarf, was es schwierig macht, über längere Zeiträume rein elektrisch zu fahren.
Die Zukunft des Hybrid- und Elektrobootsports
Die Technologie mag kompliziert sein und die Akzeptanzrate mag immer noch unter 2 % liegen, aber der Wandel vollzieht sich in einem immer schnelleren Tempo, da Durchbrüche in der Batterietechnik, der Motorenkonstruktion und bei den Leichtbaumaterialien für den Rumpf erzielt werden. Schnelle, saubere, leise und preisgünstige Elektro-, Hybrid- und Solarboote werden bald überall in Reichweite der Bootsfahrer sein.
Geschrieben von: Zuzana Prochazka
Zuzana Prochazka ist Autorin und Fotografin und arbeitet als freie Mitarbeiterin für ein Dutzend Bootszeitschriften und Websites. Als USCG 100-Tonnen-Masterin hat Zuzana Prochazka Flottillen in vielen Teilen der Welt bereist, gechartert und als Skipperin geführt und hält Vorträge über Charterziele und -themen. Sie ist Vorsitzende des New Product Awards Committee, das auf den NMMA- und NMEA-Messen innovative Boote und Ausrüstungen bewertet, und ist derzeit Präsidentin von Boating Writers International. Sie schreibt für Boats.com und YachtWorld.com und bloggt regelmäßig auf ihrer Website TalkoftheDock.com.
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