Hintergrund – Future Fuels

Welche Rolle werden alternative Kraftstoffe in der Schifffahrt spielen? Laut Pariser Klimaabkommen von 2015 soll die weltweite Erderwärmung auf deutlich unter zwei Grad Celsius begrenzt werden.
25.01.2022
Ralf Plump

Ralf Plump

Referent Schiffs- und Meerestechnik

Telefon: +49 40 9999 698 - 81
E-Mail: Plump[at]dmz-maritim.de

Laut Pariser Klimaabkommen von 2015 soll die weltweite Erderwärmung auf deutlich unter zwei Grad Celsius begrenzt werden. Nach vorliegenden Prognosen müssen dafür die menschengemachten Treibhausgasemissionen bis 2050 auf null gesenkt werden. Der Weg dorthin ist durch Zwischenziele markiert.¹
Die Schifffahrt fällt nicht unter das Pariser Klimaabkommen, der Widerspruch zu den CO2-Reduktions-Reglungen der International Maritime Organisation (IMO) ist erheblich. Deren Treibhausgas-Minderungsplan sieht vor, dass die globale Schifffahrt ihre Emissionen bis 2050 um 50%, bezogen auf das Niveau des Jahres 2008 reduzieren soll.² Es gibt allerdings zunehmend die Forderung, auch vonseiten verschiedener Industrie-Initiativen, die CO2-Neutralität bis 2050 auch in der Schifffahrt anzustreben.³ Das bedeutet für die Schifffahrt, den Schiffbau und die Zulieferer einen Paradigmenwechsel: gefunden werden sollen die „Energieträger der Zukunft“. Kraftstoffe, die von der Herstellung bis zum Antrieb CO2-neutral sind.

Neben fossilem LNG (Liquid Natural Gas), das grundsätzlich auch synthetisch und biologisch erzeugbar ist, sind E-Diesel, Methanol, Ammoniak und Wasserstoff (H2) in verschiedenen Aggregatzuständen sowie LPG (Liquid Petrol Gas) in der Diskussion. Auch Batterien (Akkumulatoren) werden für die Energiespeicherung an Bord genannt, sie sind schon heute als Hybrid im Einsatz. Die genannten Alternativen lassen sich technologisch betrachtet, grundsätzlich CO2-neutral erzeugen und an Bord bringen. Entlang der Welthandelsrouten gibt es bislang nur Bunkermöglichkeiten für LNG und LPG. Für Methanol, Ammoniak, Wasserstoff oder Strom gibt es noch keine Optionen in den erforderlichen Größenordnungen. Damit es aber tatsächlich zu einem Einsatz und zur Bebunkerung/Versorgung kommen kann, müssen dringend regulatorische Lücken geschlossen werden.⁴

Für die Besteller neuer Schiffe ist es wichtig, zu wissen, mit welchen Energieträgern heute bestellte Neubauten morgen fahren sollen. Das Deutsche Maritime Zentrum hat daher eine Studie (Kraftstoff-Portfolio) in Auftrag gegeben, die u.a. eine Übersicht der unterschiedlichen alternativen Kraftstoffe und ihrer Verfügbarkeit entlang der internationalen Schifffahrtsrouten bieten wird. Die Studie wird einen Status quo darstellen und Handlungsempfehlungen vorstellen. Sie soll voraussichtlich im ersten Halbjahr dieses Jahres zur Verfügung stehen.

Ein kurzer Rückblick: LNG, es ging um Schadstoff-Minimierung
LNG hat sich in den letzten zwei Dekaden von einem Exoten zu einem der potenziellen Brennstoffe der Zukunft für Schiffe gewandelt.

LNG war ursprünglich als Substitut für Diesel- und Schweröl konzipiert, um den erheblichen Schadstoffausstoß von Schwefel-, Stick-Oxiden und Feinstäuben zu mindern. Diese Schadstoff-Emissionen unterliegen schärfer werdenden Einschränkungen, so ist z.B. durch die IMO-MARPOL-Annex VI-Regeln normales Schweröl seit Anfang 2019 auf hoher See faktisch nicht mehr einsetzbar.

LNG wird schon seit Jahren ohne größere Probleme auf Schiffen in europäischen und weiteren Küstengewässern eingesetzt. Auch große Containerschiffe fahren im Regelbetrieb über lange Routen mit diesem Brennstoff. Bunkern ist entlang der Haupthandelsrouten zunehmend möglich, neue LNG-Bunkerschiffe befinden sich im Einsatz oder im Bau.

Die LNG-Technologie ist ausgereift. Um jedoch Gas als Hauptbrennstoff nutzen zu dürfen und ihn für die weltweite Schifffahrt ohne Sicherheitseinbußen zulassen zu können, ist die Entwicklung von Regelwerken bei der IMO und den Klassifikationsgesellschaften erforderlich. Wesentlich ist der IMO-IGF-Code.⁵

Die Minderung von CO2-Emissionen war, parallel zur Vermeidung von Schadstoffen im Abgas, immer ein Ziel der internationalen Regularien der IMO. Hier standen und stehen bis heute ausschließlich effizienzverbessernde Maßnahmen im Fokus (EEDI & SEEMP, neu und beschlossen EEXI & CII).⁶ Um die Schifffahrt in Zukunft CO2-neutral zu betreiben, werden lediglich effizienzverbessernde Maßnahmen nicht ausreichen.

Weiterhin fossile Brennstoffe in neuen Schiffen?
Neben dem EEDI für Neubauten, wurden EEXI- und CII-Regularien für die fahrende Flotte beschlossen. Ein Großteil der Schiffe im Betrieb wird die laufend verschärften Regeln nicht einhalten können. Das ist einer der Gründe für die stark gestiegene Zahl der Neubaubestellungen bei den Werften weltweit. Die o.g. Kraftstoff-Portfolio-Studie untersucht, welche Art von Brenn- und Kraftstoffen für aktuelle Neubauten geplant werden bzw. geordert sind.

Die in der Grafik dargestellten Ergebnisse zeigen, dass bei einem Großteil der Neubauflotte (Tanker, Bulker, Container mit 80% des Neubauvolumens) weiterhin auf klassische Brennstoffe gesetzt wird, oft in Verbindung mit einer Abgasreinigung, um die jetzt geltenden Abgasvorschriften zu erfüllen. Die Minderung des CO2-Ausstoßes dieser Neubauten wird nach der gültigen IMO-Strategie weiterhin durch eine bessere Effizienz, u.a. durch kleinere Antriebsleistungen, sprich, durch langsamere Geschwindigkeiten realisiert. Von den LNG-Tankern abgesehen, findet der fossile „Brückenbrennstoff“ LNG kaum Berücksichtigung. Dieses Ergebnis muss als ernüchternd bezeichnet werden.

In Anbetracht der durchschnittlichen Lebensdauer von Schiffen von 25 Jahren und mehr wie auch der zu erwartenden Verschärfungen der weltweiten Regularien zur Treibhausgas-Reduktion, ist diese Entscheidung für klassische Antriebstoffe fossilen Ursprungs bedenklich.

Offensichtlich setzen die Besteller für die Zukunft auf eine Versorgung mit CO2-arm erzeugten synthetischen Brennstoffen, mit denen die Schiffe betrieben werden könnten – sofern dann ausreichend E- oder Bio-Diesel sowie synthetisch erzeugtes LNG/Methan zur Verfügung stehen. Aussagen aus Reedereien weisen in diese Richtung.⁷

Zurzeit gibt es keine international gültige Komplettbewertung der oben genannten Brennstoffe für die CO2-Emission über die gesamte regenerative Erzeugung bis hin zum effizienten Einsatz auf Schiffen („well-to-propeller“). CO2-Emissionen werden bisher nur vom Bunkertank bis zum Abgas erfasst („tank-to-propeller“). Für die reale CO2-Bilanz ist das nicht ausreichend.

Die Bewertung/ CO2-Quantifizierung des Brennstoffs LNG (bzw. zukünftig von SNG/Synthetic Natural Gas) wird insbesondere den sogenannten Methan-Schlupf in der gesamten Brennstoff-Kette einbeziehen müssen. Zwar mindert der Einsatz von LNG im Vergleich zu Schweröl die CO2-Emissionen um ca. 25%, die eingesparten Emissionen werden jedoch fast gänzlich durch den Methan-Schlupf absorbiert, der durch die Emission unverbrannter Brenngasanteile im Abgas sowie in der Logistikkette (von der Erdgas-Förderung bis zum Tank an Bord) entsteht.

Inwieweit alternative und regenerativ erzeugte Brennstoffe wie Ammoniak und Methanol ⁸ einen Beitrag zur Substitution von Schweröl und LNG leisten können, wird in der genannten Kraftstoff-Portfolio Studie untersucht. Zwei Aspekte sind hierbei die Umrüstungsmöglichkeiten der derzeit im Bau befindlichen Schiffe und die damit verbundenen Kosten. Diese müssen auch im Hinblick auf Wasserstoff (in jedem Aggregatzustand) und für reine Elektro-Antriebe untersucht werden. Für die Langstrecke bei großen Seeschiffen fehlt es gegenwärtig an möglichen Optionen; sowohl im Hinblick auf verfügbare Stromspeicher mit entsprechender Kapazität wie auch hinsichtlich der Ladeinfrastruktur.⁹

Es geht in der Studie darum, die Verfügbarkeit aller Alternativen entlang der Welthandelsrouten und die mit ihnen verbundenen Kosten zu evaluieren.

Es muss nicht nur geklärt werden, ob die neuen Brennstoffe verfügbar sind und die Schiffe entsprechend umgerüstet werden können, sondern auch, wie die Brennstoffe an Bord gelangen. Das Bunkern der Stoffe ist eine technologische und regulatorische Herausforderung. Für die deutschen Häfen hat das Deutsche Maritime Zentrum auf Basis einer Studie zur Bebunkerung von alternativen Kraftstoffen einen Vorschlag erarbeitet, wie Informationen zu einzelnen Verordnungen und Genehmigungen vorgehalten und einheitliche hafenübergreifende Lösungen gefunden werden können.

Auf Kurs Zukunft?
Die Branche steht am Beginn des Weges zu einer CO2-neutralen Schifffahrt. Diese Neuorientierung wird im Wesentlichen global entlang der Haupthandelsrouten der Schifffahrt stattfinden müssen. Die Umstellung auf die CO2-neutralen / -armen Energieträger wird nicht nur von den Akteuren in der Schifffahrt aktiv betrieben werden müssen.
Die Transformation in eine klimaneutrale Wirtschaft ist eine Aufgabe für die gesamte industrialisierte Welt.

1) https://www.umweltrat.de/SharedDocs/Downloads/DE/01_Umweltgutachten/2016_2020/2020_Umweltgutachten_Kapitel2_Pariser_Klimaziele.html, 07.10.2021. Die Zwischenziele definieren das zur Verfügung stehende CO2eq-Gesamtbudget. 2) https://www.imo.org/en/MediaCentre/PressBriefings/pages/DecadeOfGHGAction.aspx, 07.10.2021 3) https://stateofgreen.com/en/partners/p4g/news/getting-to-zero-coalition-a-maritime-moonshot/, 07.10.2021. 4) https://www.dmz-maritim.de/handlungsfelder/themen-und-projekte/das-deutsche-maritime-zentrum-gibt-eine-kraftstoff-analyse-in-der-schifffahrt-nach-schiffssegmenten-in-auftrag/ 5) IGF-Code: „International Code of Safety for Ship Using Gases or Other Low-flashpoint Fuels”, seit 2017 in Kraft. 6) EEDI: Energy Efficiency Design Index für Neubauten; SEEMP: Ship Energy Efficiency Management Plan, für alle Schiffe; EEXI: Energy Efficiency for Existing Ships; CII: Carbon Intensity Indicator. EEXI und CII sind seit 2022 in Kraft. 7) https://www.seatrade-maritime.com/containers/hapag-lloyd-orders-six-lng-dual-fuel-23500-teu-boxships-dsme, 23.08.2021. 8) https://www.spiegel.de/wirtschaft/unternehmen/maersk-chef-skou-wir-muessen-neue-schiffe-mit-fossilen-antrieben-verbieten-a-44431356-6f8a-4dba-955a-dbebd679cc75, 01.10.2021: Die Containerreederei Maersk hat Neubauten für den Brennstoff Methanol bestellt. Ihr CEO Sören Skou geht davon aus, dass bei Fertigstellung der Schiffe die benötigte Menge Methanol am Markt verfügbar sein wird. 9) Bei gleichem Energiegehalt ist ein Li-Ionen-Akku ca. 30-mal schwerer und benötigt 10-30-mal mehr Platz als Dieselöl. Der thermische Wirkungsgrad von Diesel wird unter idealen Umständen mit 50% angenommen.