Sauberer zur See

Fast alle diese Schiffe fahren mit Schweröl oder Schiffsdiesel – und das in riesigen Mengen: Ein großes, zwischen 350 und 400 Meter langes Containerschiff, das billige T-Shirts oder die neuesten Smartphones aus Fernost anlandet, schluckt jährlich so viel Sprit wie 100.000 Pkw. Entsprechend hoch ist der Klimagas-Ausstoß: Nach Daten der Internationalen Schifffahrtsorganisation IMO gehen insgesamt 1076 Millionen Tonnen Treibhausgas-Emissionen auf das Konto der Schifffahrt. Das entspricht einem Anteil von 2,9 Prozent des weltweiten Ausstoßes und ist damit weit mehr, als ein Industriestaat wie Deutschland emittiert. Zur Wahrheit gehört allerdings auch, dass Gütertransporte per Schiff deutlich klimafreundlicher sind als auf der Straße: Denn während ein Lkw pro Tonne und Kilometer 50 Gramm CO2 ausstößt, sind es bei einem Containerschiff nur rund 15 Gramm.

Trotzdem muss der Seeverkehr klimafreundlicher werden. Eine CO2-freie Zukunft peilt die IMO für das Jahr 2100 an. Bis 2050 sollen die Emissionen gegenüber dem Stichjahr 2008 um mindestens die Hälfte sinken – ein im Vergleich zu anderen Branchen wenig ehrgeiziges Ziel, für dessen Erreichen die UN-Unterorganisation nicht einmal rechtlich bindende Maßnahmen festgeschrieben hat. Wesentlich mehr Dampf will die EU-Kommission den Reedereien und Werften machen. Sie plant, den Verkehr – und damit auch die Schifffahrt – in den Emissionshandel einzubinden. Sollten die Pläne Realität werden, müssten Reedereien für den CO2-Ausstoß ihrer Flotte Verschmutzungsrechte kaufen.

Das dürfte insbesondere für Schiffe, die mit Schweröl betrieben werden, teuer werden. Auf dieses Abfallprodukt der Erdölverarbeitung setzen die meisten Reedereien bis heute. Schweröl ist eine zähe schwarze Masse, die übrigbleibt, wenn aus Rohöl Benzin, Diesel oder Kerosin herausdestilliert wurden und selbst die Weiterverarbeitung zu Bitumen oder Schmierstoffen sich nicht mehr lohnt. Es kostet fast nichts, ist allerdings stark belastet mit Schwefel und anderen Giftstoffen. Unter Dampf blasen mit Schweröl betriebene Schiffe eine schwarze Abgaswolke in die Luft, die neben klimaschädlichem CO2 Schadstoffe wie Ruß, Feinstaub, Stickoxide und Schwefeloxide enthält. Die Mengen sind enorm, denn die Motoren eines mittleren Frachtschiffs mit einer Kapazität von 12.000 Containern schlucken bei voller Ladung 300 Tonnen Schweröl täglich.

Runter mit dem Schwefelgehalt

Im Januar 2020 hat die IMO den erlaubten Schwefelgehalt von Schweröl weltweit von 3,5 auf 0,5 Prozent gesenkt. Um den neuen Grenzwert einzuhalten, haben die Reedereien zwei Möglichkeiten: Entweder sie tanken schwefelarmen Treibstoff, oder sie installieren auf ihren Schiffen sogenannte Scrubber, die alle schwefligen Verbindungen im Abgas abscheiden. Doch Scrubber sind teuer, schlucken Energie und binden Personal. Deshalb steigen die Reedereien vermehrt auf Schiffsdiesel als Treibstoff um, der aber doppelt so teuer ist wie Schweröl.

Zwar enthält auch Schiffsdiesel Schwefel, jedoch in weitaus geringerer Konzentration als Schweröl. Deshalb sind die ökologischen Schäden, die die Schweröl-Alternative anrichtet, auch deutlich geringer, stellt Malte Siegert, Chef der Hamburger Sektion des Umweltverbandes Nabu, fest. Allerdings: „An der schlechten Klimabilanz der Schifffahrt ändert sich damit nichts.“

©bdw-Grafik/Karl Marx; Quelle: Fraunhofer IKTS

Das kann nur mit modernen Treibstoffen gelingen. Als Hoffnungsträger für eine CO2-ärmere Schifffahrt gilt Flüssigerdgas, abgekürzt LNG (Liquefied Natural Gas). Dabei handelt es sich um nahezu reines Erdgas, das durch Herunterkühlen auf minus 162 Grad Celsius verflüssigt wurde. Als Folge der Verflüssigung schrumpft der Platzbedarf auf ein 600stel – was LNG, verpackt in spezielle Behälter, zu einer leicht zu transportierenden Ware macht. In einer Studie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) von 2014 heißt es, Flüssigerdgas sei insbesondere für Verkehrsmittel mit großer Reichweite – wie bei der internationalen Seeschifffahrt – eine Alternative, die den Klimagasausstoß allerdings nur eingeschränkt reduzieren könne. Die maritime Industrie taxiert das CO2-Minderungspotenzial von LNG dagegen auf 15 bis 25 Prozent.

Doch bislang ist die mit dem Hoffnungsträger betriebene Flotte noch klein. Sie besteht hauptsächlich aus LNG-Tankern, die einen Teil ihrer Ladung für die eigenen Motoren abzweigen. Das weltweit erste Kreuzfahrtschiff mit LNG-Antrieb war die 2018 vom Stapel gelaufene Aida Nova der italienischen Reederei Aida Cruises. Der mit knapp 184.000 BRZ siebtgrößte Kreuzfahrer der Welt bietet Platz für rund 5000 Passagiere. Ein Kletterpfad, eine Wasserrutsche, ein Sonnendeck mit Pool sowie 15 Restaurants und 23 Bars sorgen dafür, dass an Bord keine Langeweile aufkommt. 2019 wurde die schwimmende Kleinstadt mit dem Blauen Engel für umweltfreundliches Schiffsdesign ausgezeichnet. Der LNG-Antrieb des Ozeanriesen vermeide den Ausstoß von Feinstaub und Schwefeloxiden nahezu vollständig, und der Stickoxid- sowie der CO2-Ausstoß würden nachhaltig reduziert, heißt es in der Begründung.

Inzwischen fahren auch erste Containerschiffe mit LNG-Antrieb. Hapag-Lloyd, die fünftgrößte Container-Reederei der Welt, rüstete 2020 die Brussel Express, einen Frachter mit einer Kapazität von 15.000 Containern, von konventionellem Treibstoff auf Flüssigerdgas um. Dafür lag der 370 Meter lange Ozeanriese drei Monate in der Werft, wo zunächst die fast vier Stockwerke großen Motoren so umgebaut wurden, dass sie sowohl mit LNG als auch mit konventionellen schwefelarmen Treibstoffen arbeiten können. Dann hievte ein Schwimmkran den 1300 Tonnen schweren Gastank und das Gasaufbereitungssystem in den Bauch des Schiffes. Im Betrieb sind LNG-Antriebe anspruchsvoller als Dieselmotoren, denn Flüssigerdgas muss stets auf einem bestimmten Temperatur- und Druckniveau gehalten werden – auch wenn das Schiff längere Zeit ankert.

30 Millionen für die Umrüstung

Für die Umrüstung, durch die der Frachter 300 Container-Stellplätze verlor, legte Hapag Lloyd 30 Millionen Euro auf den Tisch. Zusätzlich hat die Hamburger Reederei sechs neue LNG-Schiffe mit einer Kapazität von je 23.500 Containern bestellt. „Fossiles LNG ist derzeit der am besten geeignete Brennstoff auf dem Weg zur Emissionsfreiheit“, ist Richard von Berlepsch, Flottenchef von Hapag Lloyd, überzeugt.

Dieser Aussage widerspricht eine Studie der Forschungsgemeinschaft ICCT (International Council on Clean Transportation): Nicht nur bei der Verbrennung, sondern auch entlang der Lieferkette von LNG werde das aggressive Klimagas Methan freigesetzt. Rechne man diesen sogenannten Schlupf mit ein, habe LNG einen klimaschädlicheren Effekt als das eingesparte CO2. „LNG-Antriebe lösen das Klimaproblem der Schifffahrt in keiner Weise“, stellt Malte Siegert vom Naturschutzbund Deutschland (Nabu) klar. Doch trotz der Kritik wird LNG in den kommenden Jahren im Seeverkehr wohl eine wachsende Rolle spielen, denn es ist derzeit die einzige marktfähige Alternative zu Schiffsdiesel.

Allerdings ist der Weg zum Massentreibstoff noch weit. Eines der Hindernisse ist die im Vergleich zu konventionellem Schiffsdiesel lückenhafte Tank-Infrastruktur. Noch bis vor Kurzem war die Betankung von Schiffen mit LNG in Deutschland nur mit Tankwagen möglich. Doch das ändert sich gerade. Im Zuge des Ukraine-Kriegs und des damit einhergehenden Ausfalls von russischem Erdgas plant die deutsche Bundesregierung, in Stade, Brunsbüttel und Wilhelmshaven feste LNG-Terminals zu bauen. Mit der Fertigstellung ist allerdings frühestens 2025 zu rechnen. In der Zwischenzeit sollen im Tiefseehafen von Wilhelmshaven schwimmende Terminals vertäut werden, an denen Tankschiffe aus Katar oder den USA ihre Ladung löschen können.

Weitreichende Entscheidung

Selbst wenn sich LNG als Treibstoff für die Schifffahrt durchsetzen sollte – auch den Reedereien dürfte bewusst sein, dass das allenfalls eine Übergangstechnik für ein paar Jahre sein kann. Auf lange Sicht müssen andere Antriebe her. Doch die Antwort auf die Frage, mit welchem Antrieb die Schifffahrt in den Zielhafen Klimaneutralität einlaufen wird, ist für die Unternehmen knifflig. Denn ein Schiff, das heute gebaut wird, soll auch in 30 Jahren noch über die Weltmeere fahren. Wer jetzt auf den falschen Treibstoff setzt, schaut später in die Röhre. Kaum eine Reederei wagt sich deshalb aus der Deckung.

Am mutigsten ist bislang Weltmarktführer Mærsk: Die dänische Reederei hat bei einer koreanischen Werft acht Containerschiffe mit Methanol-Antrieb bestellt, die 2025 in See stechen sollen. Die Motoren sind treibstoffflexibel ausgelegt, sie können also auch herkömmlichen Schiffsdiesel verbrennen. Zudem experimentiert die Reederei mit Ammoniak, Biodiesel und aus Holzspänen gewonnenem Lignin. Auch bei der Mediterranean Shipping Company, die Nummer Zwei weltweit mit Sitz in Genf, sieht man bei Ammoniak „Potenzial für unseren künftigen Treibstoffmix“. In der Branche gebe es eine gewisse Präferenz für Ammoniak und Methanol als Treibstoffe der Zukunft, hat Nabu-Schifffahrtsexperte Malte Siegert beobachtet, „und zwar mit einer größeren Wahrscheinlichkeit für Methanol“.

Methanol bevorzugt

Die farblose, entzündliche und leicht flüchtige Flüssigkeit ist als großtechnisch hergestellter Alkohol eine der meistproduzierten organischen Chemikalien. Methanol wird aus Synthesegas gewonnen, einem Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, das bislang hauptsächlich aus fossilen Rohstoffen wie Kohle oder Erdgas erzeugt wird. Stammt der Wasserstoff jedoch aus grüner Elektrolyse, ist eine klimaneutrale Produktion möglich. Mit diesem Ansatz hat das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) im thüringischen Hermsdorf einen klimaneutralen Schiffsantrieb entwickelt.

©bdw-Grafik: Karl Marx; Quelle: Scandlines

Methanol dient dabei lediglich als leicht handhabbare Trägersubstanz für Wasserstoff, den eigentlichen Treibstoff. Ein Reformer an Bord spaltet zunächst Methanol unter Zugabe von Wasser in CO2 und Wasserstoff. Der wird in einem zweiten Schritt von keramikbasierten Membranen für den Betrieb der Motoren herausgefiltert. Das übriggebliebene CO2 wird verflüssigt, in Tanks gelagert und zurück an Land gebracht, wo es als Ausgangsstoff für die Methanol-Produktion dient. Damit ist der CO2- Kreislauf geschlossen. „Mit diesem Antrieb lassen sich die CO2-Emissionen der Schifffahrt um 97 Prozent senken“, versichert IKTS-Wissenschaftler Benjamin Jäger. Tests hätten gezeigt, dass der Prozess funktioniert. Nun gelte es, das System zu optimieren. Spätestens 2030 soll ein Schiff der 20 Megawatt-Klasse mit Methanol-Antrieb auf große Fahrt gehen.

Anstelle von Methanol lässt sich auch Ammoniak als Trägersubstanz für Wasserstoff nutzen. Die Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff ist ein stechend riechendes giftiges Gas, das man aus dem Kuhstall kennt. Als Grundsubstanz von Düngemitteln ist es ebenfalls eine vielproduzierte Chemikalie, die sich, wenn der Wasserstoff mit elektrischem Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugt wurde, CO2-frei herstellen lässt. Bei Raumtemperatur und einem Druck von neun Bar wird Ammoniak flüssig und kann von Schiffen getankt werden. Gegenüber Methanol hat Ammoniak den Vorteil, dass keine CO2-Abscheidung nötig ist, wie Jäger erläutert. „Allerdings fehlt für Flüssig-Ammoniak bislang noch jegliche Infrastruktur. Für Methanol ist sie dagegen zumindest in Ansätzen vorhanden“, stellt der Wissenschaftler fest. Aus heutiger Sicht lasse sich kaum vorhersagen, welcher der beiden Energieträger sich durchsetzen werde.

MAN Energy Solutions, Weltmarktführer bei Zwei-Takt-Schiffsmotoren, hat bereits angekündigt, bis 2024 einen Ammoniak-Antrieb für Großschiffe zur Serienreife zu bringen. Die Motoren sollen – genau wie die Methanol-Antriebe der Reederei Mærsk – als Dual-Fuel-Maschinen ausgelegt sein. Sie werden also auch herkömmlichen Schiffsdiesel vertragen. Denn in den nächsten Jahren werden wohl weder grüner Ammoniak noch klimaneutrales Methanol flächendeckend zur Verfügung stehen. Zudem kostet grüner Ammoniak zwei- bis dreimal so viel wie Schiffsdiesel. Allerdings dürfte sich Schiffsdiesel im Zuge des Ukraine-Krieges verteuern, sodass sich das Verhältnis zugunsten nachhaltiger Treibstoffe verschieben könnte.

Die Windkraft ist wieder im Spiel

Diese Entwicklung könnte auch einem altbewährten Antriebssystem zu neuem Auftrieb verhelfen: der Windkraft. Die Reederei Scandlines betreibt seit 2020 auf der Strecke zwischen Rostock und dem dänischen Gedser eine Fähre, deren Motoren von einem 30 Meter hohen Rotorsegel unterstützt werden. Die Wirkung des Segels – ein der Windströmung ausgesetzter rotierender Zylinder – beruht auf dem sogenannten Magnus-Effekt: Auf der einen Seite des Zylinders wird der Wind beschleunigt, auf der anderen gebremst.

Der auf diese Weise entstehende Druckunterschied schiebt das knapp 170 Meter lange Schiff an, das Platz für 460 Pkw und 1300 Passagiere bietet. Im täglichen Betrieb müssen die Motoren dadurch im Schnitt 600 Kilowatt weniger leisten, teilt die Reederei mit. Aufs Jahr gerechnet spart das Rotorsegel so mehrere Millionen Euro. Außerdem sinkt der Ausstoß an Klimagasen. Dieses Bündel an Vorteilen gibt der Technik Rückenwind: Im Mai 2022 hat Scandlines eine weitere Fähre mit einem Rotorsegel ausgerüstet.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…