Emissionen durch die Schifffahrt

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Emissionen durch die Schifffahrt entstehen in erster Linie durch Ausstoß von Treibhausgasen und Schadstoffen in die Luftatmosphäre beim Betrieb von Motor-Schiffen. Schiffsemissionen enthalten verschiedene Arten von Schadstoffen: unter anderem Schwefeloxide (SO_x), Stickoxide (NO_x), Kohlenstoffdioxid (CO₂), Rußpartikel, Feinstaub. Die Konzentration der emittierten Schadstoffemissionen ist abhängig von den verwendeten Treibstoffen, aktuell kommt hauptsächlich Schweröl (HFO) zum Einsatz. Außerdem enthalten Schiffsabgase auch Schwermetalle, Asche und Sedimente.

Weltweit ist die Schifffahrt für den Ausstoß von etwa einer Mrd. Tonnen Kohlendioxid verantwortlich, was 3 % der gesamten vom Menschen verursachten CO₂-Emissionen entspricht. Zudem verursacht sie etwa 15 % der globalen Stickoxidemissionen und 13 % der Schwefeldioxidemissionen, Tendenz weiter steigend. Damit einher gehen Umwelt- und Gesundheitsschäden, insbesondere in schwer belasteten Hafenstädten oder Ballungsräumen in der Nähe von Hafengebieten, wo Schiffsemissionen zu den wichtigsten Schadstoffquellen zählen.^[1] Um die Schadstoffemissionen in der Schifffahrt zu reduzieren, kommen teilweise Abgasnachbehandlungsanlagen zum Einsatz bzw. finden vermehrt schwefelreduzierte Treibstoffe (MDO) oder emissionsarme Treibstoffe wie Liquefied Natural Gas (LNG) Verwendung. Schiffe sind auch verantwortlich für die Emission flüssiger und fester Abfälle ins Meer. Siehe auch

Seeschifffahrt

Treibstoffe

In der militärischen und der kommerziellen Seeschifffahrt werden hauptsächlich verschiedene Arten von Schweröl (MFO; deutsch „Marines Rückstandsöl“) als Treibstoff verwendet. Schweröl verfügt bei Zimmertemperatur (20 °C) über eine hochviskose Konsistenz (kinematische Viskosität von etwa 1.500–10.000 mm²/s, je nach Sorte) mit einer Dichte bis 1,010 kg/l. Um es pumpfähig zu halten, muss es auf 40 bis etwa 50 °C Lager- bzw. Verpumpungstemperatur erwärmt werden. Zur Einspritzung in den Motorverbrennungsraum wird MFO auf 130–140 °C aufgeheizt (entspricht 8 bis 15 mm²/s). Für den Hilfskesselbetrieb und den Kesselbetrieb auf Dampfschiffen gelten ähnliche Werte. Schweröl enthält bis zu 2,5 % unbrennbare Bestandteile. Normalerweise werden vor der Verbrennung zuerst das Wasser und dann die festen Bestandteile (fines, Sedimente aus Asphaltenen) entfernt (Setz- und Tagestanks, Separatoren, Filter) und als Abfall, sogenannter Schlamm (engl. Sludge), in Tanks gesammelt. Die Rückstände müssen an Land nach den Regeln des MARPOL-Abkommens entsorgt werden.

Emissionen

Die Margrethe Mærsk, 2010 während der Untersuchungen zu Schiffsemissionen durch die US-amerikanische NOAA

Durch die Verbrennungsvorgänge in den Schiffsmaschinen werden Stickoxide produziert; diese sind mitverantwortlich für die Bildung von bodennahem Ozon und saurem Regen. Die Emissionen von Schwefeldioxid (SO₂) und Stickstoffoxiden (NO_x) durch Schiffe sind u.a. der Ursprung saurer Niederschläge sowie der Kleinstteilchen (Rußpartikel), die gesundheitsschädlich sein können. Die NO_x-Emissionen und VOC-Emissionen (VOC = flüchtige organische Verbindungen) tragen zur Bildung von bodennahem Ozon bei, das der Gesundheit und der Umwelt schaden kann. Speziell die NO_x-Emissionen tragen zur umweltschädlichen Eutrophierung des Wassers bei. CO₂-Emissionen tragen zum Klimawandel bei, die Emissionen von Halogenkohlenwasserstoffen greifen die Ozonschicht an.^[2]

Die amerikanische Meeres- und Atmosphärenbehörde NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) veröffentlichte 2012 eine Studie, wonach die Umstellung von Schweröl auf schwefelarmen Schiffsdiesel und eine geringere Fahrtgeschwindigkeit (Slow steaming) deutlich die Emissionen eines Schiffs (Messobjekt Margrethe Mærsk) reduzieren. Die Messungen der Abgase des Hochseeschiffs ergaben, dass etliche Schadstoffe nach der Umstellung auf schwefelarmen Treibstoff deutlich sanken: Bei Schwefeldioxid und Feinstaub wurden Verbesserungen von rund 90 Prozent gemessen. Der Ausstoß von klimaschädlichen Rußpartikeln reduzierte sich um mehr als 40 Prozent.^[3]

Folgen

Emissionen durch die Seeschifffahrt haben schwerwiegende Folgen auf die menschliche Gesundheit. Es wird davon ausgegangen, dass in Europa rund 50.000 verfrühte Todesfälle auf Emissionen durch die Schifffahrt zurückgehen.^[4]

Gesundheitsschäden

Die direkten Auswirkungen von Schiffsabgasen auf die Gesundheit der Menschen wurden erstmals in den 1970er Jahren diskutiert. Es wurde vermutet, dass das Krebsrisiko durch die feinen Rußpartikel gesteigert wird, ähnlich der Auswirkungen von Kohlestaub bei Bergleuten (Kohlenbergarbeiter-Pneumokoniose). Im Juni 2012 teilte die Weltgesundheitsorganisation mit, dass Rußpartikel aus Dieselmotoren sicher eine krebserregende Wirkung haben. Der Leiter der Lungenheilkunde am Universitätsklinikum Würzburg, Michael Schmidt, sagte 2012 dazu: „Die ultrafeinen Rußpartikel sind für die menschliche Gesundheit hochgradig gefährlich. Sie dringen tief in die Lungen ein und können dort Asthma, Allergien, Herz-Kreislauf-, Atemwegserkrankungen und sogar Krebs verursachen. Auch die Kreuzfahrtindustrie muss schnellstmöglich handeln und die Luftbelastung ihrer Schiffe deutlich reduzieren.“^[5]

Luftbelastung auf See

Durch den Schadstoffausstoß über den Meeren, verursacht durch den Schiffsverkehr, steigt die Gefahr der Versauerung der Meere. Dafür sind vor allem CO₂-Emissionen verantwortlich. Wissenschaftler sagen voraus, dass die Versauerung bis 2100 um etwa 17 Prozent zunehmen wird.^[6] Dieser Prozess schreitet seit der Industrialisierung immer schneller voran. Große Teile der Ostsee sind bereits so gut wie tot und bieten keinen Lebensraum für Tiere mehr.^[7]

Luftbelastung in den Häfen

Die Luftbelastung durch die Schiffsemissionen wird in Hafenstädten besonders deutlich. Selbst in Hafenstädten, wo die Reedereien inzwischen gezwungen sind, weniger umweltschädliche Kraftstoffe zu verwenden, können noch hohe Emissionen der Schiffe gemessen werden. Um die Emissionen während der Hafenliegezeiten zu senken, ist Landstromversorgung vor allem für Fähr- und Kreuzfahrtschiffe eine geeignete Maßnahme. Damit sind jedoch Investitionskosten für die Häfen, Standardisierungsmaßnahmen sowie weitere Versorgungsfragen verbunden.

In Hamburg wird das Thema 'Luftschadstoffe durch Schiffe' seit langem diskutiert.

Im Jahr 2012 sollten Kreuzfahrtschiffe im Hamburger Hafen laut Schätzungen des Hamburger Senats emittieren:^[8]

• Stickoxide (NO_x): 177 Tonnen (davon in Altona 104 t, HafenCity 71 t, sonstige 2,0 t)
• Schwefeldioxid (SO₂): 6,7 Tonnen (davon in Altona 4,0 t, HafenCity 2,6 t, sonstige 0,1)
• Feinstaub und Ruß: 3,5 Tonnen (davon in Altona 2,0 t, HafenCity 1,4 t, sonstige 0,1 t)

sowie 10.500 Tonnen des Klimagases Kohlendioxid (CO₂) (davon in Altona 6.200 t, in der HafenCity 4.200 t, an sonstigen Liegeplätzen 100 t).

Rahmenbedingungen

Rechtliche Rahmenbedingungen

Weltweit und europaweit gibt es keine einheitlichen Regelungen zur Emissionsbegrenzung der Schifffahrt.^[9]

Das Internationale Übereinkommen zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Schiffe (MARPOL) regelt Rahmenbedingungen für die Behandlung von Schweröl an Bord.

In sogenannten Emission Controlled Areas (ECAs) gelten spezielle Umweltrichtlinien zu Emissionen sowie zur Abfallentsorgung und zur Brauchwasserentsorgung. Die ECAs (sozusagen 'Sonderzonen der Schifffahrt') wurden von der IMO (Internationale Seeschifffahrts-Organisation, eine Organisation der UNO) festgelegt. Kritiker halten diese Zonen für räumlich zu klein.

Politische Rahmenbedingungen

Nationale, europäische und internationale Organisationen bemühen sich um eine Regulierung und Kontrolle der weltweit durch Schiffe emittierten Stoffe.

2006 veröffentlichte die EU eine „Strategie zur Reduzierung atmosphärischer Emissionen von Seeschiffen“. Darin wurde erklärt, dass die Emissionen der Seeschiffe Luftschadstoffe, Treibhausgase und Stoffe enthalten, die die Ozonschicht abbauen. Diese Emissionen würden Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt darstellen. Als Ziele nannte die Strategie eine sehr weitreichende Reduzierung aller schädlicher Emissionen und die Eliminierung der Emissionen von Stoffen, die zum Abbau der Ozonschicht führen, auf allen Schiffen in EU-Gewässern.^[2]

Beispiele möglicher Emissionsreduktion

Alternative Treibstoffe in der Schifffahrt

Als mittel- bis langfristiger Ersatz von Schweröl und Schiffsdiesel gilt Flüssigerdgas (Liquefied Natural Gas/LNG) als die praktikabelste Lösung, da der Treibstoff sowohl relativ gut verfügbar ist, als auch per Elektrolyse (Power-to-Gas) aus Strom gewonnen werden kann. Weltweit sind 2013 bereits über 100 Handelsschiffe mit LNG-Antrieb auf den Weltmeeren unterwegs. Schritt für Schritt errichten die Häfen die dafür nötige Infrastruktur^[10] und die Reeder statten bereits vermehrt neue Schiffe mit einem LNG- bzw. Dual-Fuel-Motor aus.^[11]

Landstromversorgung

Prinzip der Landstromversorgung

Die meisten Schiffe betreiben ihre Hauptmaschinen oder ebenfalls schwerölbetriebene Nebenmaschinen auch im Hafen weiter, um die Bordstromversorgung sicherzustellen. Mit Landstromversorgung (auch 'Cold Ironing', 'Alternative Maritime Power (AMP) oder 'Onshore Power Supply' (OPS) genannt) können Schiffe während ihres Aufenthalts im Hafen am Liegeplatz Strom von Land beziehen. Auf diese Weise könnten die Emissionen von gesundheitsschädlichen Partikeln und die externen Kosten infolge von Gesundheitsschäden und erhöhter Mortalität deutlich gesenkt werden. In den meisten EU-Staaten würde zudem der Treibhausgasausstoß sinken.^[1]

In Lübeck-Travemünde betreiben die Stadtwerke seit Mai 2008 drei Landstromanschlüsse für Fähren.^[12] Im Rahmen der Agenda 21 war einige Jahre zuvor der Plan gefasst worden, dies in europäischen Seehäfen zu realisieren.^[13]

Im Hamburger Hafen können seit Ende Mai 2016 am Hamburg Cruise Center Altona Kreuzfahrtschiffe der AIDA Cruises auf eine Landstromversorgung zugreifen.^[14] Ein Flüssiggaskraftwerk auf einer schwimmenden Plattform kann 7,5 MW bereitstellen und spart gegenüber der schiffseigenen Stromversorgung 80 % Stickoxide und 30 % Kohlendioxid.^[15] Außerhalb der Einsatzzeit für die Versorgung der Kreuzfahrtschiffe kann die Barge auch als Blockheizkraftwerk eingesetzt werden.^[16]

Filtertechnik

Einbau der Entschwefelungsanlage auf dem Mehrzweckfrachter Timbus

Mit SCR-Katalysatoren können über 90 Prozent der Stickoxid-Emissionen verhindert werden. In Hamburg emittierte nach Angaben der Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt im Jahr 2008 oder 2009 der Schiffsverkehr ungefähr 38 Prozent der Stickoxidemissionen.^[17]

Auf drei Mehrzweckfrachtern^[18] setzt die deutsche Reederei Braren einen SCR-Katalysator (Abgasnachbehandlung mittels Zugabe von Harnstoff) ein. Dieser SCR-Katalysator reduziert die Emission von Stickoxiden, von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), von Ruß und von Lärm. Die Anlagen wurden von Siemens geliefert. Siemens hat diese Technologie für Kraftwerke an Land entwickelt und sie SINOx genannt.^[19] In der Schifffahrt werden rund 80 Anlagen eingesetzt. Gebunkert wird nur schwefelarmer Kraftstoff (Schweröl) mit einem Schwefelgehalt von 0,6 % bis 0,9 %. Der Schwefelgehalt von regulär eingesetztem Bunker-C beträgt zwischen 1 und 4,5 %, im Mittel sind es 2,5 %.

Auf der Timbus, einem Schiff der Reederei Rörd Braren aus Kollmar, wurde Ende 2009 eine Entschwefelungsanlage eingebaut, um die Anlage im Seebetrieb zu testen.^[20] Hier werden im Rahmen eines Forschungsvorhabens der TU Hamburg-Harburg und der Couple Systems GmbH Untersuchungen im realen Schiffsbetrieb zur Entschwefelung durchgeführt. Dabei handelt es sich um ein „trockenes Verfahren“, das sich in Landkraftwerken bewährt hat. Zwei andere Verfahren in der Schiffstechnik werden als „nasse Verfahren“ bezeichnet, sie arbeiten mit Frischwasser oder auch Seewasser.

Anfang 2010 hat der Hersteller Alfa Laval Aalborg B.V. eine Entschwefelungsanlage auf Basis des nassen Systems an Bord der „Tor Ficaria“ der dänischen Reederei DFDS Tor Line installiert. Dieses Hybrid-System kann mit Frischwasser oder mit Seewasser betrieben werden. Der Nasswäscher reinigt die durchlaufenden Abgase des Hauptmotors von Typ MAN B&W 9L60MC-C (Gesamtleistung rund 21 Megawatt).^[21][22]

Ausblick

Der Schiffsverkehr wird weltweit in den nächsten Jahrzehnten aufgrund stärkerer interkontinentaler Wirtschaftsverflechtungen und dem Abbau von Handelsbarrieren stark zunehmen. Damit die Schiffsemissionen nicht nur auf bisherigem Level bleiben, sondern sogar stark abnehmen, steht die Branche vor großen Herausforderungen. Für 2016 hat die internationale Seeschifffahrtsorganisation IMO Verschärfte Grenzwerte für NO_x-Emissionen angekündigt. Außerdem ist die Seeschifffahrt noch nicht in den internationalen Handel von CO₂-Zertifikaten eingebunden.^[23]

Mit zunehmender Schiffbarkeit der arktischen Regionen (arktischer Ozean) müssen auch dort Lösungen gefunden werden, wie Emissionen in sehr sensiblen Naturräumen so gering wie möglich gehalten werden können.

Binnenschifffahrt

In der Binnenschifffahrt unterscheiden sich die Voraussetzungen von denen der Seeschifffahrt auch im Punkt Schadstoffemissionen. So wird hier als Treibstoff ausschließlich Schiffsdiesel verwendet, der bei der Verbrennung deutlich weniger schädlich ist als Schweröl. Auch die Innovationsfähigkeit in der Binnenschifffahrt ist aufgrund der Eignerstruktur sehr eingeschränkt, daher verlaufen Flottenmodernisierungen nur sehr schleppend. Vorgaben für Abgasemissionen in der Binnenschifffahrt werden in Europa vor allem durch die Europäische Union oder durch die Zentralkommission für die Rheinschifffahrt (ZKR) erlassen. Vergleiche der Landverkehrsträger zeigen, dass die Binnenschifffahrt zwar in der Energiebilanz vorteilhaft ist, bezogen auf die ausgestoßenen Luftschadstoffe jedoch seit Jahren deutlichen Nachholbedarf hat.^[24] Am 5. Juli 2016 hat das EU-Parlament eine Novelle der Typgenehmigungsvorschriften und Emissionsgrenzwerte für nicht für den Straßenverkehr bestimmte mobile Maschinen und Geräte gebilligt. Dazu gehören Rasenmäher, Bulldozer, Diesellokomotiven und Binnenschiffe. Die Verordnung sieht erstmals auch ein System zur Leistungsüberwachung von Motoren während des Betriebs vor, um die Unterschiede zwischen den Messwerten im Labor und unter realen Fahrbedingungen auszugleichen. Die EU-Kommission muss im nächsten Schritt prüfen, welche Regeln für die Nachrüstung von Vorrichtungen zur Begrenzung der Emissionen in Motoren notwendig sind.^[25]

Öffentliche Debatte

Aufgrund des direkten Bezugs zu Kunden konzentriert sich die öffentliche Debatte insbesondere auf Kreuzfahrtschiffe.

Der Naturschutzbund Deutschland untersuchte 2012 für eine Kampagne in Zusammenarbeit mit der Deutschen Umwelthilfe alle bis 2016 geplanten europäischen Kreuzfahrtschiffsneubauten in einem „Umweltcheck“. Nach seinen Angaben emittiert ein modernes Kreuzfahrtschiff täglich rund 450 Kilogramm Rußpartikel und stößt 5250 Kilogramm Stickoxide aus. Nur zwei der 24 geplanten Schiffe sollten teilweise mit moderner Abgastechnik ausgestattet werden. Alle anderen Schiffe würden weder einen Rußpartikelfilter noch einen Stickoxidkatalysator einsetzen.

Das Schiff Europa 2 von Hapag-Lloyd und das für 2014 geplante Kreuzfahrtschiff von TUI Cruises werden nach derzeitigem Stand mit einem SCR-Katalysator ausgestattet. Aufgrund der Debatte erklärte AIDA Cruises 2013, nicht nur alle geplanten Neubauten mit Filtertechnik auszustatten, sondern bis 2016 auch die gesamte Flotte nachzurüsten.^[26]

Die Reedereien sind zum einen an einem möglichst niedrigen Energieverbrauch interessiert, da dies zu Kostenreduktion führt. Zum anderen halten sie am herkömmlichen Schweröl fest, da schwefelärmere Treibstoffe (soweit überhaupt verfügbar) teurer sind.

Der für 2015 vorgesehene strenge Schwefelgrenzwert für Schiffsabgase in Nord- und Ostsee könnte den Kurzstrecken-Seeverkehr einbrechen lassen, fürchteten Reeder 2012. In den deutschen Häfen bestreitet dieser Kurzstreckenverkehr 60 Prozent des Umschlages. Abgasreinigungsanlagen, die es erlauben würden, mit dem bisherigen Bunkeröl weiterzufahren, seien noch nicht entwickelt und kaum zu finanzieren, sagte damals ein Sprecher der Lübecker TT-Line. Die Reeder wollen deshalb ein Moratorium. Umweltschützer finden dies unnötig, da die Reeder ausreichend Zeit gehabt hätten, sich auf die neue Lage einzustellen.^[27]

Deutsche Schiffsmakler und Reeder rechneten für 2015 mit einer Verteuerung der Transporte auf Nord- und Ostsee.^[28]

Literatur

• Thomas Wägener: Reeder müssen improvisieren. In: Hansa, Heft 6/2016, ISSN 0017-7504, S. 46/47

Weblinks

• Webseite zur Landstromversorgung der World Ports Climate Initiative (WPCI)

Einzelnachweise