Nur wenige Menschen denken an die komplexen Wertschöpfungsketten, die hinter den Kulissen ablaufen und die Produkte und Waren liefern, die täglich verbraucht werden. In der globalen Wirtschaft von heute spielt die Seeschifffahrt eine wesentliche Rolle für den Erfolg des internationalen Handels. Da die Branche weit vom Verbraucher entfernt ist, hat das Konzept "aus den Augen, aus dem Sinn" sie bisher vor dem öffentlichen Druck zur Dekarbonisierung geschützt. Obwohl sie der Güterverkehrsträger mit den niedrigsten CO2 Emissionen pro Tonnenkilometer macht der Schiffsverkehr 3%[1] der weltweiten Treibhausgasemissionen und wird in Zukunft voraussichtlich drastisch ansteigen.
Im Jahr 2018 wird die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) das Ziel, die Emissionen des Seeverkehrs bis 2050 um mindestens 50% im Vergleich zu 2008 zu reduzieren und bis zum Ende dieses Jahrhunderts vollständig zu beseitigen. Allerdings ist die Sonderbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) über die Auswirkungen einer Erwärmung um 1,5°C hat deutlich gemacht, wie sehr die Menschheit von einem ehrgeizigeren Ziel, bis zum Jahr 2050 auf Netto-Null-Emissionen zu kommen, profitieren würde.
Herausforderungen bei der Dekarbonisierung des Schifffahrtssektors
Schweres Heizöl (HFO), ein zähflüssiger, teerartiger und schmutziger Kohlenwasserstoff, ist heute der vorherrschende Kraftstoff in der Schifffahrt. Die Abkehr vom billigen und weit verbreiteten HFO und die Dekarbonisierung des Sektors sind aufgrund einer Reihe von Faktoren eine Herausforderung:
(i) Hohe Kosten für kohlenstoffarme Technologien und Kraftstoffe an Bord
(ii) Ungewissheit darüber, welche Technologie in einer kohlenstoffarmen Zukunft am ehesten dominieren wird
(iii) Lange Erneuerungszyklen von Vermögenswerten, die eine Herausforderung für den Übergang darstellen
(iv) Die internationale und zersplitterte Natur der Branche führt zu einer Aufspaltung der Anreize zwischen den Beteiligten, insbesondere zwischen Schiffseignern und Betreibern.
Eine Reihe betrieblicher und technischer Effizienzmaßnahmen kann bereits gewinnbringend umgesetzt werden, um die Treibhausgasemissionen der Schifffahrt zu verringern, darunter das Langsamfahren (Betrieb mit niedrigeren Geschwindigkeiten) und die Optimierung der Schiffskonstruktion. Dennoch wird das Erreichen der Netto-Null-Emissionen eine Verlagerung hin zu kohlenstofffreie Energieträger wie Elektrizität, Wasserstoff und Ammoniak.
Alternative Kraftstoffe
Rein batterieelektrische Schiffe nutzen Strom direkt für den Antrieb. Im Falle von Nullemissionen wird der erneuerbare Strom an Bord in Batterien gespeichert, ähnlich wie bei einem Elektrofahrzeug. In einigen Regionen sind Elektrofähren bereits rentabler als ihre Diesel-Pendants, wie eine Studium in Dänemark. Aufgrund der Energiedichte der heutigen Batterien ist diese Lösung jedoch nur für kurze Entfernungen geeignet. Für große Schiffe, die lange Strecken zurücklegen, werden Größe und Gewicht der Batterie zu groß.
Das Potenzial der Elektroschifffahrt zur Verringerung der Emissionen ist trotz ihrer leichten Verfügbarkeit begrenzt. Die Langstreckenschifffahrt ist für einen beträchtlichen Teil der Schiffsemissionen verantwortlich (87% der Schiffsemissionen stammen aus dem internationalen Handel und 90% von großen Frachtschiffen). Daher muss der Schwerpunkt auf andere Energieträger als Strom gelegt werden, nämlich Wasserstoff und Ammoniak.
Wasserstoff und Ammoniak auf fossiler Basis werden seit Jahrzehnten industriell hergestellt. Heute basieren etwa 96% der weltweiten Wasserstoff- und Ammoniakproduktion auf fossilen Brennstoffen mit einer ähnlichen Kohlenstoffintensität wie HFO. Für eine kohlenstofffreie Schifffahrt werden Kraftstoffe auf erneuerbarer Basis benötigt, so dass die Erzeugung von erneuerbarem Wasserstoff verstärkt werden muss. Einem befragten Kraftstoffanbieter zufolge sind die von der Schifffahrtsindustrie nachgefragten Kraftstoffmengen groß genug, um die erforderlichen Investitionen in die Erzeugung von erneuerbarem Wasserstoff auszulösen - ein technologischer Wendepunkt. Dies könnte auf andere Branchen übergreifen und die Wasserstoffwirtschaft in Gang bringen.
Es gibt zwei Hauptwege zur Herstellung von kohlenstofffreiem Wasserstoff:
(i) Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe von Strom aus erneuerbaren Energiequellen in einem Prozess namens Elektrolyse
(ii) Gewinnung von Wasserstoff aus Erdgas in einem Verfahren namens Methandampfreformierung in Verbindung mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung zur Speicherung des Nebenprodukts CO2
In einem weiteren Schritt wird kohlenstofffreies Ammoniak unter Verwendung der Haber-Bosch-Verfahren, die vorherrschende Methode zur Düngemittelsynthese, durch die Kombination von Stickstoff und Wasserstoff.
Wie soll es weitergehen?
Bis erneuerbare Kraftstoffe in großem Maßstab produziert werden, sollte die Schifffahrtsindustrie mit der Erprobung der damit verbundenen Technologien an Bord beginnen, wie Wasserstoff- und Ammoniak-Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen sowie Systeme zur Lagerung und Handhabung von Kraftstoffen an Bord. Diese Technologien befinden sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien, einige sind bereits auf dem Markt. Gleichzeitig sollten die Häfen mit dem Aufbau der entsprechenden Infrastruktur, einschließlich Bunkeranlagen und Kraftstofflagerung, beginnen. Die Klassifizierungsgesellschaften für die Schifffahrt müssen mit der technischen Normung beginnen. Auch die Energieversorger sollten in die Diskussion einbezogen werden, da sie ein wichtiger Akteur für den Erfolg der kohlenstofffreien Wertschöpfungskette sind, vor allem bei der Produktion, aber auch bei der Einrichtung von Kraftstoffvertriebswegen.
Einige sind der Meinung, dass die Umstellung mit dem zunehmenden Druck der Endkunden, die Produkte mit einem geringeren Emissionsfußabdruck verlangen, in Gang kommen wird. Die Branche ist jedoch für die Öffentlichkeit relativ unsichtbar und wurde in den letzten Jahren kaum unter die Lupe genommen. Die Bürger sehen regelmäßig Verkehrsstaus, Autoabgase und Flugzeuge mit ihren weißen Kondensstreifen, aber nur selten die großen schwarzen Rauchwolken, die die Auspuffanlage eines Schiffes verlassen. Auch scheinen die Konsumgüterunternehmen nicht bereit zu sein, die Preisdifferenz zwischen kohlenstofffreien und herkömmlichen Lösungen zu finanzieren, wie unsere Interviews ergaben.
Quelle: Pexel
Es ist an der Zeit, das Verursacherprinzip anzuwenden, klare Emissionsreduktionsziele festzulegen und wettbewerbsfähige Anreize zu schaffen, um die Dekarbonisierung des "Rückgrats unserer Wirtschaft" zu ermöglichen.
Die Bewältigung der Herausforderungen der Dekarbonisierung des Schifffahrtssektors erfordert mehrere Ansätze. Das Handeln eines einzelnen Akteurs ist ineffektiv und führt zu einem Wettbewerbsnachteil. Kollektives Handeln der Interessengruppen ist der Schlüssel zur Schaffung fairer Wettbewerbsbedingungen, während gleichzeitig Druck auf die Nachzügler ausgeübt wird, damit sie folgen und das Problem der gespaltenen Anreize gelöst werden kann. Die Website Poseidon-Grundsätze sind ein Beispiel für solche freiwilligen Maßnahmen und bieten einen globalen Rahmen für die Bewertung und Offenlegung der Klimaausrichtung von Schiffsfinanzierungsportfolios.
Die EU und die IMO müssen klare regulatorische und politische Signale an die Branche aussenden. In der EU sollten die politischen Entscheidungsträger im Rahmen des Emissionshandelssystems für den regionalen und internationalen Seeverkehr eine CO2-Abgabe auf die Schifffahrt erheben und die Einnahmen zur Finanzierung von Investitionen in groß angelegte Infrastrukturen, den Einsatz von Technologien und die Einführung kohlenstofffreier Kraftstoffe verwenden, um die Kosten gegenüber den etablierten fossilen Kraftstoffen wettbewerbsfähig zu machen. Die Durchsetzung betrieblicher CO2-Normen und die Festlegung klarer Emissionsreduktionsziele sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung.
Ich glaube, dass die Dynamik für einen Wandel vorhanden ist und dass die Akteure des Seeverkehrs wachsam und bereit sind, sich zu bewegen, doch es bedarf gesetzgeberischer und politischer Maßnahmen, um eine aufkeimende Alternative für diese traditionelle Branche voranzutreiben.
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Die Kraftstoffkosten machen bis zu 50-60% der gesamten Betriebskosten im Seeverkehr aus. Diese Kosten müssen niedrig bleiben, um den Transport per Flugzeug (18-mal mehr Umweltverschmutzung) oder Bahn (10-mal mehr Umweltverschmutzung) zu vermeiden.
Die Substitution von Erdöl durch Wasserstoff, Biokraftstoff oder synthetische Kraftstoffe jeglicher Art ist nur machbar und lohnenswert, wenn sich die Kosten vielleicht verdoppeln, nicht aber, wenn sie sich vervierfachen.
Grüner Wasserstoff (aus erneuerbaren Energiequellen) scheint derzeit keine Option zu sein, da sich die Kosten mit ziemlicher Sicherheit vervierfachen und nicht nur verdoppeln würden (nach Schätzungen der IEA werden die Preise möglicherweise erst in den 2030er Jahren ausreichend sinken). Blauer Wasserstoff (Dampf-Methan-Reformierung und Kohlenstoffabscheidung und -speicherung) ist eine weitere Option, aber noch nicht erprobt und einsatzfähig, da es nur wenige öffentlich anerkannte Standorte für die Kohlenstoffspeicherung gibt.
Biokraftstoffe könnten in naher Zukunft eine Option sein, wenn die Produktion von Biokraftstoffen zu diesem Zweck subventioniert würde.
Hallo Martin
Vielen Dank für Ihren Kommentar, die von Ihnen angeführten Punkte sind sehr zutreffend!
Um zu erklären, warum wir Biokraftstoff als alternative Kraftstoffoption für dieses Projekt nicht in Betracht gezogen haben: (1) Es handelt sich nicht um einen kohlenstofffreien Kraftstoff, es sei denn, man kann das CO2 am Auspuff des Schiffes abscheiden, (2) der leicht verfügbare Biokraftstoff sollte unserer Meinung nach im Luftfahrtsektor verwendet werden, wo die Beschränkungen des Speichervolumens entscheidend sind.
Ich stimme völlig zu, dass die Kosten gegenüber der HFO-Option einigermaßen wettbewerbsfähig sein müssen. Im Fall von grünem H2 ist der Kraftstoff dreimal teurer, wenn man die Kosten pro Tonne MGO/HFO-Äquivalent berechnet (um die Energiedichte zu berücksichtigen). Ein Schiff, das z. B. mit H2 und einer Brennstoffzelle betrieben wird, hat eine andere Kostenstruktur als die HFO-ICE-Alternative, da z. B. die Besatzungs- und Wartungskosten erheblich gesenkt werden können. Ich denke, man muss die Einnahmeverluste aufgrund des zusätzlichen Volumens, das die H2-Tanks an Bord benötigen, im Auge behalten. Dies wird jedoch durch die kompakte Größe von Brennstoffzellen im Vergleich zu den überdimensionierten herkömmlichen Verbrennungsmotoren ausgeglichen. Die Anpassung des H2-Bordspeichers an die Fahrstrecke kann den Volumenverlust ebenfalls minimieren.
Abschließend möchte ich darauf hinweisen, dass bei einem Preisvergleich zwischen umweltfreundlichen Schiffen mit H2-Antrieb und solchen mit HFO-Antrieb alle Kostenfaktoren und nicht nur die Kraftstoffkosten berücksichtigt werden müssen. Dennoch gibt es derzeit noch keinen Business Case für große Hochseeschiffe, weshalb meine abschließende Empfehlung eine politische Intervention (CO2-Abgabe, Kraftstoffsubvention usw.) ist, um die Kosten für kohlenstofffreie Kraftstoffe und Technologien zu senken.
Wir freuen uns auf eine weitere Diskussion!
Christina
Sehr interessant zu lesen! Und ein Sektor, der schwer zu dekarbonisieren ist.
Zwei Bemerkungen.
Zunächst habe ich mich gefragt, was mit der Windenergie (z. B. in Form von großen Drachen) zur Unterstützung der Langstreckenschifffahrt geschehen ist. Vor ein paar Jahren gab es einige Ideen und Piloten(?) - ist das eine Zwischenoption, die einige Akteure immer noch in Betracht ziehen?
Zweitens besteht eine weitere Möglichkeit darin, den Transport über weite Entfernungen zu verringern, z. B. indem die Wertschöpfungsketten weniger komplex und wieder lokaler werden.
Eine deutliche Senkung der Zukunftsprognosen für die Schifffahrt (siehe Abb. 1) sollte meiner Meinung nach Teil einer umfassenden Dekarbonisierungsstrategie sein.
Danke Jochen!
Erstens: Ja, das ist definitiv immer noch relevant und wird immer noch getestet, und tatsächlich werden unsere Partner im Schifffahrtsprojekt den Windantrieb und die Routenoptimierung an Bord ihrer Massengutfrachter und Tanker testen. Siehe dies: https://maritime-executive.com/corporate/wind-is-the-free-fuel-for-tankers-and-bulk-carriers
Zweitens: Das ist ein ganz anderes Thema. Ich denke, der Schifffahrtssektor selbst folgt der Nachfrage der Weltwirtschaft. Wenn sich das globale System der komplexen Wertschöpfungsketten nicht ändert, werden sich auch die Schifffahrtsrouten nicht ändern. Die IMO hat keinen Einfluss darauf, einen solchen Systemwechsel voranzutreiben. Vielleicht werden wir als Ergebnis von COVID-19 weniger komplexe und lokale Fertigung/Produktion/Ernte usw. sehen 🙂 .
Grüezi Christina, grünes Ammoniak, das mit Hilfe von Sonne, Wind usw. hergestellt wird, ist nicht besonders grün ... siehe meinen jüngsten Beitrag (ich bin auch ein neuer Blogger, schreibe aber schon seit über zehn Jahren über Energie und Lebensmittel) https://www.blog.geoffrussell.com.au/post/planet-of-the-humans-missed-lng
Nehmen wir als Übung Ihr Kernkraftwerk Leibstadt ... Berechnen Sie die Fläche, die die Solarenergie benötigt, um genügend Strom zu erzeugen, um es zu ersetzen. Sie ist ziemlich groß! ... Berechnen Sie nun die Fläche, die benötigt wird, um aus Ammoniak eine ähnliche Menge an thermischer Energie zu erzeugen, wie sie in Leibstadt erzeugt wird. Ich denke, wenn man diese beiden Berechnungen anstellt, ist die offensichtliche Schlussfolgerung, dass große Frachter mit Atomstrom betrieben werden sollten. Die Technologie ist ziemlich ausgereift und zuverlässig ... sie wird seit Jahrzehnten in Eisbrechern eingesetzt.
@ Christina Nakhle, vielen Dank für Ihre Antwort. Dieser Folgekommentar betrifft Wasserstoff, Ammoniak, Methanol und Elektrizität als alternative Kraftstoffe für große Hochseeschiffe.
Wenn man sich im Internet nach zukünftigen maritimen Kraftstoffen umschaut, scheint man sich einig zu sein:
Die technische Bereitschaft für Wasserstoff und Ammonium als Kraftstoff für große Frachtschiffe oder militärische Versorgungsschiffe liegt bei nur 5 (Technologie in relevantem Umfeld validiert (industriell relevantes Umfeld im Falle von Schlüsseltechnologien)).
Für Methanol (aus erneuerbaren Rohstoffen) gilt jedoch die technische Bereitschaftsstufe 7 (Demonstration eines Systemprototyps in einer betrieblichen Umgebung).
Große Frachtschiffe stützen sich heute auf eine ausgereifte Technologie, die für die Weltwirtschaft von entscheidender Bedeutung ist (sogar noch wichtiger als Flugzeuge).
Methanol könnte aufgrund seines TRL-Wertes noch in diesem Jahrzehnt an die Stelle von Schiffsgasöl treten. Wasserstoff oder Elektrizität aus Kernenergie könnten in den 2030er Jahren zur Verfügung stehen, sind aber derzeit noch nicht bereit, eine ausgereifte Technologie zu ersetzen.
Nuklear?
Ein oder zwei kleine Salzschmelzenreaktoren an Bord würden ausreichen,
Hüllenlose Kernreaktoren. U-Boote haben sie bereits. Die US-Marine bildet Highschool-Schüler aus, um sie zu bedienen.
Mehr inländische Produktion. Verringerung des Transportaufkommens. Verringerung der Produktion in schmutzigeren Ländern.
Ich bin gerade dabei, ein ebook zu genau diesem Thema zu schreiben. Als ehemaliger Segler bin ich eher auf der Seite des windunterstützten Antriebs. Das ist natürlich nicht die vollständige Lösung, denn Schiffe brauchen immer noch Motoren.
Vielleicht könnten alle Schiffe mit einer Art von windunterstütztem Antrieb wie Flettner-Rotoren, Flügelsegeln, Drachen, Dynarigs oder Saugflügeln ausgestattet werden.
Versuche haben gezeigt, dass Flettner-Rotoren den Kraftstoffverbrauch um bis zu 20% senken können. Jedes Gramm Treibhausgas, das der Atmosphäre entzogen wird, ist ein absolutes Plus!
Drachen, die auf den windigen Schifffahrtsrouten eingesetzt werden, könnten den Kraftstoffverbrauch noch weiter senken.
Wallingus hat einen riesigen segelgetriebenen Autotransporter entworfen, und die Universität von Tokio ist dabei, Massengutfrachter in Kapgröße zu entwerfen. Vielleicht könnten Schiffe dieser Art mit Stromgenerator-Propellern ausgestattet werden, die bei ausreichendem Windantrieb eingesetzt werden könnten, wobei der Strom zum Antrieb von Elektromotoren oder zur Aufspaltung von Wasserstoff aus Meerwasser für die Verwendung an Bord genutzt werden könnte.
Schiffe dieser Art werden kleiner und langsamer sein, aber vielleicht ist dies der Preis, der für die Rettung unseres Planeten gezahlt werden muss.
Methanol wird der grüne Treibstoff sein, den Maersk, die größte Container-Reederei der Welt, laut dem SPON-Artikel verwendet
Maersk-Chef Skou über grünen Sprit
"Wir müssen neue Schiffe mit fossilen Antrieben komplett verbieten"
(https://www.spiegel.de/wirtschaft/unternehmen/maersk-chef-skou-wir-muessen-neue-schiffe-mit-fossilen-antrieben-verbieten-a-44431356-6f8a-4dba-955a-dbebd679cc75 )
Grund für Methanol als Kraftstoff der Wahl laut CEO von Maersk: JETZT BEREIT