Flex-Fuel-Schifffahrt: Entwurf und Betrieb von Handelsschiffen zur Erreichung der Klimaziele 

Mit einem Anteil von etwa 3 % an den weltweiten Treibhausgasemissionen sieht sich die Seeschifffahrtsbranche zunehmendem Druck und Anforderungen ausgesetzt, ihre Emissionen im Einklang mit dem Pariser Klimaabkommen zu reduzieren. Die Branche verwendet derzeit schwefelarmes Schweröl, das besonders kohlenstoffintensiv ist. Massengutfrachter und Containerschiffe, die den Ozean überqueren, haben einen großen Bedarf an Treibstoffspeichern, der mit batterieelektrischen Antrieben nur sehr schwer und teuer zu decken wäre. Im vergangenen Jahr hat die Europäische Union (EU) ein Maßnahmenpaket für die Schifffahrtsindustrie verabschiedet, das unter anderem vorschreibt, dass die Treibhausgasintensität der an Bord eines Schiffes verbrauchten Energie bis 2050 um 80 % gesenkt werden muss, wobei die Zwischenziele schrittweise erhöht werden. Und im vergangenen Sommer hat die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) ihre Emissionsziele von ihrem früheren Ziel einer 50-prozentigen Senkung der Gesamtemissionen bis 2050 auf netto null bis "nahe 2050" erhöht. Die IMO hat außerdem einen zweijährigen Prozess zur Verabschiedung von Maßnahmen zur Erreichung der neuen Ziele in Gang gesetzt, die Zwischenziele für die Emissionsreduzierung von 20-30 % bis 2030 und 70-80 % bis 2040 beinhalten. 

In Erwartung solcher Ziele und als Reaktion darauf beginnen fortschrittliche Schiffs- und Motorenhersteller und Frachteigner, in Schiffe und Dienstleistungen zu investieren, die mit alternativen, schwefelarmen Kraftstoffen betrieben werden können, und CO2-freie kraftstoffe. Große Motorenhersteller für Container- und Frachtschiffe haben Dual-Fuel-Motoren entwickelt, die neben dem herkömmlichen Schiffskraftstoff (schwefelarmes Schweröl) auch mit alternativen Kraftstoffen wie Methanol und Ammoniak betrieben werden können. Die Aufträge für Dual-Fuel-Schiffe nehmen zu, und die beiden größten Schiffsmotorenhersteller, MAN und Wartsila, gehen davon aus, dass solche Motoren innerhalb weniger Jahre zur Standardausführung werden. Die jüngste Entscheidung der IMO wird diesen Trend wahrscheinlich noch beschleunigen. 

Die Flexibilität bei der Beimischung von kohlenstoffarmen alternativen Kraftstoffen wird angesichts der mehr als 30-jährigen Betriebsdauer der meisten kommerziellen Schiffe besonders wichtig sein, selbst wenn diese Kapazität später auf dem Schiff nachgerüstet wird. Darüber hinaus weisen alternative Kraftstoffe unterschiedliche Kohlenstoffintensitäten auf, die von Erdgas über biobasierte Kraftstoffe bis hin zu kohlenstofffreien, wasserstoffbasierten Kraftstoffen wie Ammoniak reichen, die mit kohlenstofffreier Elektrizität hergestellt werden. 

Um zu untersuchen, wie die Seeschifffahrt auf kohlenstoffarme Kraftstoffe umgestellt werden könnte, hat CATF ein Instrument zum Vergleich von Kraftstoffkosten und Kohlenstoffemissionen über die Betriebsdauer eines Hochseeschiffs entwickelt. Unsere erste Analyse, Management des Übergangs zu kohlenstofffreien Schiffskraftstoffenuntersucht Schiffe, die vollständig mit Ammoniak oder in verschiedenen Dual-Fuel-Nachrüstungsszenarien betrieben werden können, im Vergleich zu einem Standardschiff, das mit schwefelarmem Schweröl betrieben wird. Die wichtigste Erkenntnis ist, dass Schifffahrtsunternehmen mit Dual-Fuel-Motoren in der Lage sind, schnell auf alternative Kraftstoffe umzusteigen, falls und sobald diese verfügbar sind. Im Rahmen einer Politik, die Kohlenstoffemissionen mit einem Preis belegt (z. B. EU-Emissionshandelssystem), haben wir festgestellt, dass mit Ammoniak betriebene Schiffe nahezu vollständig dekarbonisiert werden könnten, wobei die Lebenszyklusemissionen der Treibstofflieferungen wesentlich davon abhängen, ob die Gesamtkosten für den Treibstoff während der gesamten Lebensdauer niedriger sind als bei herkömmlichem Schweröl. 

Die IMO hat sich selbst damit beauftragt, in den nächsten zwei Jahren einen Standard für die Kohlenstoffintensität und wirtschaftliche Anreize zu entwickeln, um ihre neuen "Netto-Null-Ziele" bis oder um2050 und Zwischenziele zu erreichen. Dies ist eine entscheidende Gelegenheit, in den nächsten zwei Jahrzehnten einen globalen Wandel hin zu einer emissionsarmen und emissionsfreien Schifffahrt herbeizuführen, vor allem wenn die Investitionen in Schiffe und Häfen sowie die Treibstoffversorgung effektiv aufeinander abgestimmt werden. 

Entscheidende Faktoren für einen echten und schnellen Fortschritt: 

Minimale vorgelagerte Emissionen

Um zu gewährleisten, dass während des gesamten Lebenszyklus keine oder nahezu keine Emissionen entstehen, sollte der Standard für saubere Schiffskraftstoffe minimale vorgelagerte Emissionen für den gewählten alternativen Kraftstoff vorschreiben. Bei Wasserstoff und Ammoniak, die aus Erdgas hergestellt werden, sollten die Kraftstofflieferanten verpflichtet werden, vorgelagerte Methanlecks zu minimieren und zu überprüfen sowie Kohlendioxid (_CO2) so weit wie möglich abzuscheiden und zu binden. Kraftstoffe, die aus Biomasse hergestellt werden, deren Netto-Kohlenstoffauswirkungen entweder erheblich schwanken oder völlig ungewiss sind, sollten erst dann als "grüner" Schiffskraftstoff gelten, wenn nachgewiesen wurde, dass der Rohstoff und der Produktionspfad des Kraftstoffs keine oder nahezu keine Lebenszyklusemissionen verursachen, einschließlich minimaler indirekter Auswirkungen auf die Landnutzung. Kraftstoffe oder Kraftstoffe, die mit Elektrizität hergestellt werden, müssen emissionsfreie Elektrizität verwenden, die sowohl zusätzlich zum bestehenden Angebot als auch stündlich und geografisch auf die Nachfrage abgestimmt ist, um die mit der Kraftstoffherstellung verbundenen Folgeemissionen zu minimieren.  

Sicheres Bunkern von alternativen Kraftstoffen

Alternative Kraftstoffe können im Hinblick auf die Exposition von Mensch und Umwelt ganz andere Risiken bergen, die in und um Bunkeranlagen berücksichtigt werden müssen. Zu den bestehenden Sicherheitsmaßnahmen für Träger von Flüssiggas wie Ammoniak gehören beispielsweise der Schutz vor Leckagen, Feuerlöschverfahren, Tankreinigungsprotokolle, Notfallverfahren und die Schulung des Personals. Diese und andere bestehende Vorschriften sollten daraufhin überprüft werden, ob sie für das Bunkern von alternativen Brennstoffen geeignet sind.  

Integrierte Schadstoffkontrollen

Wie bereits erwähnt, können Schiffskraftstoffe, einschließlich alternativer Kraftstoffe, bei ihrer Verbrennung eine Vielzahl von Schadstoffen freisetzen. Im Hinblick auf die globale Erwärmung ist neben_CO2 auch Distickstoffoxid (_N2O) ein starkes Treibhausgas, das bei der Verbrennung jedes Brennstoffs in der Umgebungsluft entstehen kann. Die IMO sollte den Einsatz und die Überwachung von Abgasreinigungssystemen auf Schiffen vorschreiben, um die Freisetzung von Stickoxiden und anderen Schadstoffen zu minimieren.  

Kraftstoffkosten

Emissionsfreie und nahezu emissionsfreie Schiffskraftstoffe werden die Kosten für konventionelle fossile Schiffskraftstoffe im nächsten Jahrzehnt wahrscheinlich übersteigen. Ein gut durchdachter Standard für Schiffskraftstoffe, der auf der vollen Kohlenstoffintensität konventioneller und alternativer Kraftstoffe basiert, kann dazu beitragen, die wirtschaftlichen Verhältnisse auszugleichen, die Branche umzustellen und das IMO-Ziel der Netto-Null-Emission bis Mitte des Jahrhunderts zu erreichen. Ein Ansatz, der als Standard für kohlenstoffarme Kraftstoffe bekannt ist, würde darin bestehen, einen durchschnittlichen Kohlenstoffintensitätsstandard für Kraftstoffe festzulegen, der im Laufe der Zeit strenger wird. Kraftstoffanbieter, die den Standard überschreiten, müssen Gutschriften kaufen, die von Kraftstoffanbietern erzeugt wurden, die den Standard unterschreiten.  

Die unterschiedliche Kohlenstoffintensität und die unterschiedlichen Kosten dieser Kraftstoffe geben den Betreibern von Dual-Fuel-Schiffen zusätzliche Flexibilität bei der Mischung der von ihnen verwendeten Kraftstoffe, um die Kohlenstoffreduktionsziele zu erreichen und ihre Kraftstoffkosten zu steuern. Treibstoffkosten und Emissionen lassen sich auch durch langsamere Fahrgeschwindigkeiten steuern und reduzieren. Eine Verringerung der Geschwindigkeit um 10-30 % kann beispielsweise zu einem um 20-50 % geringeren Kraftstoffverbrauch führen, unabhängig vom Kraftstofftyp. 

Auch wenn schnellere Reduzierungen erforderlich sind, ist die IMO-Entscheidung ein willkommener Schritt in die Richtung, die der Schifffahrtssektor einschlagen muss - null Emissionen bis Mitte des Jahrhunderts. Ob die Schifffahrtsbranche diese Ziele erreichen wird, hängt von intelligenten Investitionen und vor allem von der Verfügbarkeit von emissionsarmen Schiffen und von CO2-freie kraftstoffe in den wichtigsten Anlaufhäfen ab. Die IMO hat nun die Aufgabe, klare Regeln und Anreize für den Übergang zu dieser emissionsfreien Zukunft der Schifffahrt zu schaffen.