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6. November 2023

Die Reduzierung von Emissionen und der Kampf gegen Umweltverschmutzung sind die am meisten diskutierten Themen in der Schifffahrtsindustrie aufgrund des stetig steigenden Bedarfs, die Umwelt zu schützen.

Frühere Untersuchungen haben einige mögliche Lösungen für dieses Problem vorgestellt, darunter alternative Kraftstoffe (Methanol, Flüssigerdgas, Wasserstoff) und nukleare Lösungen. Jedoch sollte die Suche nach einer alternativen Lösung viele Aspekte berücksichtigen und nicht nur die Emissionen aus ihrem Einsatz an Bord.

Es ist notwendig, den gesamten Produktionszyklus zu bewerten, um die während der Produktion, des Transports und gegebenenfalls der Entsorgung erzeugten Emissionen zu berücksichtigen, nicht nur die während des Einsatzes an Bord entstehenden. Dies erfolgt mithilfe dessen, was als Lebenszyklusanalyse (LCA) bekannt ist, einer strukturierten und international standardisierten Methode zur Quantifizierung der potenziellen Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit im Zusammenhang mit einem Gut oder einer Dienstleistung aufgrund des jeweiligen Ressourcenverbrauchs und der Emissionen.

Ein solches Werkzeug ist besonders in einer Zeit notwendig, in der es üblich ist, “grüne” Produkte und Lösungen zu bewerben, die jedoch oft nur auf den ersten Blick grün sind. Ein klassisches Beispiel betrifft die beste Art von Küchenutensilien. Durch eine LCA-Studie aus dem Jahr 2015, die den gesamten Lebenszyklus analysierte, stellte sich heraus, dass die Verwendung von Porzellangeschirr die geringsten Umweltauswirkungen hat (unter Berücksichtigung eines Lebenszyklus von 1000 Spülgängen).

Im Vergleich zu Einwegprodukten wurde festgestellt, dass die zweitbeste Lösung die Verwendung von Polypropylen- und Polystyrolprodukten (übliche Plastikgeschirr) ist, gefolgt von PLA-Produkten und schließlich Produkten aus Zellulose mit signifikant höheren Werten in Bezug auf Verschmutzung. Dieses scheinbar überraschende Ergebnis zeigt klar, wie wichtig diese Art von Studie ist, um eine Lösung nicht als “grün” zu verkaufen, wenn sie sich in diesem Fall als die umweltschädlichste Lösung herausstellt.

Die LCA-Studie kann daher für jedes Produkt und folglich auch für Kraftstoffe durchgeführt werden. Natürlich muss jedes Analyseverfahren eine Vielzahl von Bedingungen berücksichtigen und universell anwendbar sein, um falsche Ergebnisse zu vermeiden.

Daher wurde im maritimen Bereich beschlossen, dass das beste System darin besteht, die CO2-Emissionen der aktuellen Kraftstoffe mit den “zukünftigen” Kraftstoffen zu vergleichen. Die in der Initialen Strategie zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen (GHG) der IMO vorgeschlagene Maßnahme bezieht sich auf die Entwicklung von Leitlinien zur CO2-Intensität während des gesamten Lebenszyklus für alle Arten von Kraftstoffen, unter Berücksichtigung der Bewertung der GHG-Emissionen von der Kraftstoffproduktion bis zur Verwendung an Bord des Schiffes. Dies ist notwendig, da zukünftige kohlenstoffarme und kohlenstofffreie Kraftstoffe unterschiedliche Produktionswege (z. B. verschiedene Generationen von Biokraftstoffen, Wasserstoffkraftstoffe usw.) haben, die zu erheblichen Unterschieden in ihrer Gesamtbilanz führen.

Um diesen Bedarf angemessen zu decken, werden die Analysen durchgeführt, indem die CO2-Äquivalent-Emissionen im gesamten Well-to-Wake-Prozess bewertet werden (vom Brunnen bis zur Verwendung), als Summe der “upstream”-Emissionen (vom Brunnen bis zum Tank, von der Produktion bis zu den Tanks), dann die Förderung, Verarbeitung, den Transport und die “downstream”-Emissionen (Tank-to-Wake, von den Tanks bis zur Verwendung), dann das Bunkern, die Lagerung an Bord und den Verbrauch. Neben Kohlendioxid (CO2) selbst umfasst das CO2-Äquivalent auch Treibhausgase wie Methan und Distickstoffoxid.

Dies liegt daran, dass sich die alleinige Konzentration auf CO2 und die Vernachlässigung anderer Schadstoffe signifikant dazu neigen würde, die Klimaverschmutzung, die durch die Schifffahrt verursacht wird, erheblich zu unterschätzen, was die Erreichung des Ziels des Pariser Abkommens zur Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius über das vorindustrielle Niveau behindern würde.

Der Bewertungsprozess basiert auf dem Dokument 5213/22 vom 11. Januar 2022, das vom Rat der Europäischen Union herausgegeben wurde und die Berechnung der GHG-Emissionsfaktoren sowohl für Kraftstoffe als auch für andere Energiequellen entlang der gesamten Lieferkette als Summe von zwei verschiedenen Beiträgen ermöglicht: GHG WtT (Well-to-Tank) und GHG TtW (Tank-to-Wake). Diese Faktoren werden durch die Berechnung von GHG-CO2e-Emissionen ermittelt, bewertet anhand der Werte des globalen Erwärmungspotenzials über einen Zeitraum von 100 Jahren (GWP100), das die von jedem Treibhausgas in der Atmosphäre absorbierte Wärme als Vielfaches der Wärme identifiziert, die von der gleichen Masse Kohlendioxid absorbiert würde.

 

Bei Betrachtung eines Kreuzfahrtschiffs und seiner Energieanforderungen (hauptsächlich unterteilt in 3 Hauptbereiche: Antrieb, Klimatisierung und verschiedene Dienstleistungen) wurden die folgenden möglichen alternativen Lösungen analysiert:

– Traditionelle Kraftstoffe: Schweröl (HFO) und Marine-Dieselöl (sowohl MGO als auch MDO);

– Methanol in “grünen” Versionen (hergestellt durch pflanzliche Fermentationsprozesse) und “braun” (die verschmutzendsten);

– Ammoniak;

– Wasserstoff (durch die Verwendung von Brennstoffzellen);

– Verflüssigtes Erdgas (LNG);

– Lithium-Ionen-Batterien.

Nach Durchführung einer Well-to-Wake-LCA-Studie wurden die folgenden Schlussfolgerungen gezogen:

Basierend auf den CO2e-Werten, die von den verschiedenen Kraftstoffen emittiert werden, scheint die beste Lösung die Verwendung von Methanol (grün) zu sein, was die besten Umweltleistungen bei einem Reichweitenverlust von etwa 50% bietet (für dieselbe Menge an verfügbarem Platz an Bord im Vergleich zur Verwendung traditioneller Kraftstoffe HFO/MGO/MDO);

Diese Lösung ist jedoch derzeit nur für neugebaute Schiffe oder durch erhebliche Investitionen umsetzbar, da aggressive Nachrüstungen erforderlich sind, die mindestens 2-3 Monate Arbeit erfordern, sowie eine Neugestaltung zahlreicher Systeme an Bord (mit erheblichen Kosten für Design und Bau). Eine Umstellung auf Methanol erfordert auch erhebliche Änderungen in der Gewichtsverteilung an Bord, was für einige Schiffe eine Bedingung sein kann, die es unmöglich macht.

In jedem Fall erweist sich Methanol nur dann als die beste Lösung, wenn es in seiner “grünen” Variante verwendet wird, da die Verwendung von nicht-grünem Methanol mehr Emissionen als jeder andere Kraftstoff erzeugt. Derzeit ist es jedoch nicht möglich, grünen Methanol aufgrund seiner immer noch begrenzten Produktion, hoher Kosten und äußerst begrenzter Lieferkette zu verwenden.

Die alternative Lösung, obwohl umweltschädlicher als Methanol, aber erheblich weniger umweltschädlich als herkömmliche Kraftstoffe, besteht in der Verwendung von verflüssigtem Erdgas (LNG). Diese Lösung erfordert jedoch die Verwendung spezieller Tanks an Bord, deren Platzierung stark durch Sicherheitsvorschriften eingeschränkt ist und daher nicht auf bereits gebaute Schiffe, sondern nur auf Neubauten anwendbar ist, da im Grunde genommen das Schiff um die Tanks herum gebaut werden muss. Darüber hinaus müssen einige Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung von LNG berücksichtigt werden, für die jedoch der Markt bereits Lösungen angeboten hat, von denen viele bereits im Einsatz sind.

Die Verwendung von Batterien ist aus Sicht der LCA die am wenigsten effektive Lösung aufgrund des hohen Umweltverschmutzungsfaktors aufgrund der Batterieproduktion und -entsorgung in Kombination mit dem Faktor der geringen Leistungsdichte. Aktuelle Batterien (Lithium) erfordern die Mitnahme großer Gewichte an Bord und bieten vergleichsweise wenig Leistung (etwa 6 Tonnen pro 1 MW). Sie bleiben jedoch eine praktikable Lösung für “intelligente” Anwendungen, wie beispielsweise während der Hafenzeiten an Bord von Fähren. Auf heutigen Kreuzfahrtschiffen, die selbst bei geringer Belastung nicht weniger als 2 bis 3 MW benötigen, wäre die Menge (und damit das Gewicht) zu groß, um ihre Verwendung zu ermöglichen.

Schließlich, basierend auf den von den heutigen Technologien gezeigten Grenzen, besteht eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung von Emissionen in der Verwendung von nicht-fossilen Kraftstoffen wie HVO, FAME und Biokraftstoffen, die tatsächlich die Emissionsmenge verringern können und möglicherweise sogar mit herkömmlichen Kraftstoffen gemischt werden können.

Wie zu sehen ist, wurden Wasserstoff sowie Ammoniak bisher nicht berücksichtigt, da deren Produktion derzeit umweltschädlich ist. Im Fall von Wasserstoff gibt es derzeit keine Brennstoffzellen, die den Leistungsbedarf von Schiffen decken können. Viele Unternehmen arbeiten jedoch an der Entwicklung dieser Technologie, die beispielsweise von U-Booten der Marine weit verbreitet ist (das Modell U212-A verwendet tatsächlich Wasserstoffbrennstoffzellen für die Unterwasserfahrt). Die derzeitige Studie bezieht sich auf den Aspekt der Bordlagerung, der durch die physikalischen Eigenschaften des Wasserstoffs kompliziert ist. Eine neue, aussagekräftige LCA-Bewertung kann nur dann durchgeführt werden, wenn alle Daten verfügbar sind, um nicht nur den Kraftstoff selbst, sondern auch alles, was die Lieferkette (Transport, Lagerung) benötigt, herzustellen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Forschung in der Schifffahrt noch nie so entschlossen war, eine oder mehrere Lösungen zur Reduzierung von Emissionen sowie des Verbrauchs zu finden, da dies nicht nur eine starke Auswirkung auf die Umwelt, sondern auch auf die Schiffseigner selbst hat. Es ist nicht einfach, eine einzige allgemeingültige Lösung zu identifizieren, aber in gewisser Hinsicht ist der Weg vorgezeichnet und die kommenden Jahre werden zeigen, in welche Richtung er führt. Ab heute wissen wir jedoch auf der Grundlage dieser Erkenntnisse sehr genau, welche Auswirkungen jede Lösung hat, und auf dieser Grundlage ist es notwendig, noch innovativere Lösungen zu entwickeln.

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Luca Paglia

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