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Mobilität auf dem Wasser

Sauberer auf See

© Scandlines

04. Juni 2020

Wenn über nachhaltigere Mobilität diskutiert wird, bewegt sich der Schiffs­verkehr in der öffentlichen Wahr­nehmung über­wiegend unter dem Radar. Dabei wird schon heute der größte Teil aller Waren über die Welt­meere verschifft. Und der Verkehr zu Wasser wächst und wächst. Alternative Treib­stoffe, effizientere Logistik, aber auch die wieder­entdeckte Kraft des Windes sollen die Schifffahrt in den kommenden Jahren sauberer machen.

Rund 90 Prozent des weltweiten Waren­verkehrs werden auf dem Seeweg abgewickelt. Der Anteil der inter­nationalen See­schiff­fahrt an den globalen CO2-Emissionen liegt bei 2,6 Prozent. Das klingt erst einmal wenig – doch es ist mehr, als Deutschland in einem Jahr in die Atmos­phäre entlässt. Und der Verkehr auf dem Wasser wird in den kommenden Jahren weiter­wachsen. Laut der UNO-Schiff­fahrts­organisation IMO könnten die klima­schädlichen Emissionen des Wasser­verkehrs von 2012 bis 2050 um bis zu 250 Prozent steigen. Dabei hat sich die Branche über die IMO eigentlich zum Ziel gesetzt, den CO2-Ausstoß bis 2050 im Vergleich zu den Zahlen aus dem Jahr 2008 um mindestens 50 Prozent zu senken.

Der Kreuzfahrt­betreiber Aida Cruises setzt dazu verstärkt auf LNG, also flüssiges Erdgas. Im Unterschied zu herkömmlichem Schiffs­diesel werden beim Verbrennen von Flüssig­gas weder Schwefel­dioxid noch Fein­staub ausgestoßen und deutlich weniger Stick­oxide und Ruß.

Mit Flüssiggas auf Kreuzfahrt

Mit der „Aida Nova“ hat Aida Cruises 2018 das weltweit erste Kreuz­fahrt­schiff vom Stapel gelassen, das aus­schließlich mit flüssigem Erdgas fahren kann. Laut Angaben des Unternehmens verringere sich der Stick­oxid­ausstoß gegenüber herkömmlichem Schwer­öl um 80 Prozent, die CO2-Emissionen immerhin um 20 Prozent. 2021 und 2023 sollen zwei weitere LNG-Schiffe auf Reisen gehen. Seit Frühjahr 2020 verschiffen zudem die ersten Flüssig­gas-Auto­frachter der Welt Fahr­zeuge von Volks­wagen aus dem ostfriesischen Emden an die Ostküste der USA. Und noch in diesem Jahr soll die „CMA CGM Jacques Saade“ Container zwischen Asien und Nordeuropa umwelt­freundlicher transportieren. Der 400 Meter lange und 61 Meter breite Container­gigant ist das erste von neun Schiffen der 23.000-TEU-Klasse, die die französische Reederei CMA CGM in Auftrag gegeben hat.

170 Flüssiggasschiffe waren laut Statista 2019 weltweit unterwegs, 70 bestellt und 123 LNG-ready – also so konstruiert, dass sie auf den emissions­ärmeren Antrieb umgerüstet werden können. Gegen­über einer Welt­flotte von rund 60.000 größeren Schiffen eine ziemlich über­sichtliche Zahl. Und auch die Infra­struktur für die Versorgung mit dem tief­gekühlten Gas ist zwar in den vergangenen Jahren gewachsen, aber noch längst nicht flächen­deckend verfügbar.

LNG in der Kritik

Während LNG nur langsam Fahrt aufnimmt, wird grund­sätzliche Kritik an dem alternativen Kraft­stoff laut. „Das Flüssig­erdgas entpuppt sich als schädlicher Irrweg“, befindet die Umwelt­organisation NABU. Sie beruft sich auf eine Studie des Inter­national Council on Clean Transportation (ICCT), die LNG eine klima­schädlichere Wirkung als herkömmlichem Schiffs­diesel attestiert. Ursache sei das Methan, das bei Förderung, Transport und Einsatz von LNG in die Atmos­phäre entweiche – und die Erde dabei noch deutlich stärker erwärme als CO2. Anstatt Geld in Flüssig­gas zu pumpen, empfehlen die Forscher des ICCT, besser in energie­sparende Technologien, CO2-neutrale Treib­stoffe, Batterien, Brenn­stoff­zellen und wind­assistierte Antriebe zu investieren.

Die Maritime LNG Plattform, eine Lobby-Organisation, will diese Befunde nicht so stehen lassen. Die ICCT-Studie trage dem aktuellen Stand der Motoren­entwicklung keine Rechnung, die den Methan­schlupf deutlich reduziere. Und anders als von den Forschenden angenommen, werde LNG heute nicht zu 50 Prozent in den USA durch das sogenannte Fracking gewonnen, wodurch besonders viel Methan frei­gesetzt wird.

„Sinnvoll ist auch der Einsatz von grünem Wasser­stoff als Treib­stoff. Technologisch ist das der nächste konsequente Schritt.“

Ralf Brauner, Schiff­fahrts­experte

Fest steht: Selbst wenn das Methan-Problem gelöst wird – das Potenzial zur CO2-Einsparung bleibt bei LNG begrenzt. „Als Übergangs­technologie ist Flüssiggas trotz­dem ein sinn­voller Weg“, sagt der Schiff­fahrts­experte Ralf Brauner. Nicht zuletzt, weil in den Gas­motoren später auch künstliches und regenerativ erzeugtes Erdgas verbrannt werden könne, erklärt der Professor für Seefahrt und Logistik an der Jade Hochschule in Elsfleth. „Sinnvoll ist auch der Einsatz von grünem Wasser­stoff als Treib­stoff. Technologisch ist das der nächste konsequente Schritt“, so Brauner. Wird der Wasser­stoff mit Strom aus Sonnen-, Wind- oder Wasser­kraft produziert, entlassen die Schiffe nur noch Wasser­dampf in die Luft, fahren also voll­ständig emissions­frei.

Brennstoffzelle auf dem Baldeneysee

In Essen kann man sich seit 2017 mit dem Ausflugsschiff „MS Innogy“ mittels Brenn­stoff­zelle und Elektro­motor über den Baldeneysee schippern lassen. Aber natürlich soll die Wasser­stoff­technologie vor allem in größeren Pötten zum Einsatz kommen. Aida Cruises will 2021 den Einsatz von Brenn­stoff­zellen an Bord der „Aida Nova“ testen. Der schwedisch-schweizerische ABB-Konzern plant mit dem französischen Wasser­stoff­spezialisten Hydrogène de France (HDF) die Entwicklung von Brenn­stoff­zellen­systemen für schwere Über­see­schiffe – damit auch Container emissions­frei über den Ozean transportiert werden können. Für die französische Reederei Compagnie Fluviale de Transport (CFT) arbeitet ABB an einem Brenn­stoff­zellen­system, das 2021 ein Schub­schiff auf der Rhône antreiben soll. Das von der EU geförderte Projekt soll demonstrieren, „dass ein emissions­freier Betrieb sowohl machbar als auch wirtschaftlich sinnvoll ist“, sagt Matthieu Blanc, COO bei CFT.

Noch ist grüner Wasserstoff kostspielig und bislang bloß in geringen Mengen verfügbar. Zusätzlich ist er mit großen Investitionen verbunden. „Das erfordert eine komplette Umstellung der Liefer­ketten – auch in den Häfen“, gibt Experte Brauner zu bedenken. Mit biobasierten oder synthetischen Kraftstoffen müsste die bisherige Tank­infra­struktur dagegen nicht verändert werden. Die SynFuels werden mit grünem Wasser­stoff und CO2 – besten­falls aus der Umgebungs­luft – produziert und können in bisherigen Motoren verbrannt werden. Allerdings kommen sie noch einmal teurer als der grüne Wasser­stoff und werden derzeit nur in kleinen Pilot­anlagen produziert. Mit größeren Produktions­anlagen sollen in den kommenden Jahren dann auch die Preise sinken.

Für Schifffahrtsexperte Brauner steht dabei fest: Einen optimalen alternativen Antrieb für alle Schiffs­typen kann und muss es nicht geben. „Welche Lösung sich für welches Schiff am besten eignet, ist abhängig vom Einsatz­zweck und von der Route, auf der es eingesetzt wird“, sagt der Meeres­kundler und Meteorologe von der Jade Hochschule. Auch für das International Transport Forum (ITF) der OECD liegt die Nach­haltigkeit des Schiffs­verkehrs in einem Bündel unter­schiedlicher Antriebe und Maßnahmen. Zusammen könnten sie die Seeschiff­fahrt bis 2035 fast voll­ständig von fossilen Brenn­stoffen lösen, so das Ergebnis einer Studie des ITF.

Batteriebetriebene Ausflugsdampfer

Gerade kleine Schiffe, die einmal oder mehr­mals pro Tag ihre Heimat­station anlaufen, lassen sich gut batterie­elektrisch betreiben, betont Brauner. In Berlin kann man sich seit 2020 im Solar­schiff über die Spree schippern lassen. Jeweils 180 Passagiere passen auf die zwei elektrisch betriebenen Ausflugs­dampfer namens „Suncat 120“. Auch Spitz­bergen, den Oslofjord und die Niagara­fälle soll man bald vom Boot aus bewundern können, ohne dabei die atem­beraubende Natur voll­zu­qualmen.

Selbst größere Pendlerschiffe werden bereits mit Batterien betrieben. Vorreiter des E-Antriebs auf dem Wasser sind vor allem skandinavische Reedereien. Seit 2019 transportiert die elektrische „Ellen“ bis zu 198 Passagiere und 31 Autos oder fünf Lkw über die 40 Kilometer lange Strecke zwischen den dänischen Inseln Ærø und Als. Möglich macht das ein gewaltiges Batterie­paket von 4.300 Kilo­watt­stunden. Zum Vergleich: Das derzeit reich­weiten­stärkste Elektro­auto – das Tesla Model S Long Range – hat einen Akku von 100 Kilo­watt­stunden, mit dem es 600 Kilo­meter weit fährt.

Hybride Fähren und die Wiederentdeckung der Windkraft

Größere Fährschiffe mit längeren Fahrtrouten verfügen dagegen zunehmend über hybride Antriebe: Die Batterien an Bord werden während der Über­fahrt durch Diesel­generatoren auf­geladen. Die Elektro­motoren unter­stützen den Diesel bei Hafen­manövern und können das Schiff auf kürzeren Fahrt­abschnitten auch voll­elektrisch antreiben. Die Hybrid­fähren „Berlin“ und „Copenhagen“ sind seit Ende 2016 zwischen Rostock und der dänischen Stadt Gedser unter­wegs. Rund 30 Minuten können die 8.800-Tonnen-Schiffe, die für 1.300 Passagiere und 460 Autos aus­gelegt sind, voll­elektrisch fahren und so leiser und ab­gas­frei im Hafen einlaufen. Die „Copenhagen“ soll künftig noch weitere Emissionen einsparen – dank einer Art über­dimensionaler Litfaß­säule, die ab Mitte 2020 auf dem Schiff installiert wird (Foto ganz oben).

Tatsächlich handelt es sich bei dem 30 Meter hohen Zylinder um einen sogenannten Flettner-Rotor. Dieses Rotor­segel macht sich den vor 150 Jahren entdeckten Magnus-Effekt zunutze: Bläst der Wind gegen den rotierenden Zylinder, wird die Luft auf der einen Seite beschleunigt – ein Unter­druck entsteht. Auf der anderen Seite des Rotors wird der Luft­strom verlangsamt, und ein Über­druck entsteht. Das Zusammen­spiel dieser beiden Kräfte bewirkt wie bei dem Flügel eines Flug­zeugs einen Auftrieb: Das Schiff bekommt einen kräftigen Schub, der rund zehn­mal stärker ist als die Kraft, die durch ein gleich großes Segel auf­gebracht werden könnte. „Dadurch können wir die CO2-Emissionen auf der Route Rostock-Gedser um vier bis fünf Prozent reduzieren“, sagte Scandlines-Chef Søren Poulsgaard Jensen.

„Durch den Flettner-Rotor können wir die CO2-Emissionen auf der Route Rostock-Gedser um vier bis fünf Prozent reduzieren.“

Søren Poulsgaard Jensen, Scandlines-Chef

Seit 2014 hat das finnische Start-up Norsepower zwei Fähren und einen Tanker mit solchen Rotor­segeln aus­gestattet, die nach Angaben der Betreiber dadurch fünf bis zehn Prozent Kraft­stoff einsparen konnten. Treib­stoff­ein­sparungen von bis zu 20 Prozent je nach Route und Einsatz­gebiet verspricht gar das französische Unternehmen Airseas. Möglich machen soll das ein riesiger Lenk­drachen, den die Airbus-Aus­gründung entwickelt hat. Bei günstigem Wind soll das am Bug befestigte Kite­segel automatisch gesetzt werden – und dazu muss der zuständige Schiffs­offizier nur auf einen Knopf drücken. Airbus hat bereits einen eigenen Frachter mit diesem sogenannten Seawing ausgestattet. Nun will die japanische Reederei K-Line den Lenk­drachen zwei Jahre lang intensiv testen.

Die Idee ist nicht neu: Vor rund 15 Jahren brachte das Hamburger Unter­nehmen Skysails bereits ein ähnliches System auf den Markt. Durch­gesetzt hat sich der Lenk­drachen seinerzeit aller­dings nicht – auch weil er sich wegen der niedrigen Treib­stoff­preise für die Schiff­fahrts­betreiber nicht rechnete. „Solche Systeme müssen natürlich nicht nur effizient, sondern auch einfach zu bedienen sein“, sagt Schiff­fahrts­experte Brauner. „Und hier haben Flettner-Rotoren Vorteile gegenüber Lenk­drachen.“ Schließlich muss sich ein Kite­segel erst einmal entfalten und dann vor dem Schiff gehalten werden, während ein Flettner-Rotor bei Knopf­druck bereits für einen Zusatz­antrieb sorgt. Die Rotor­segel gelten zudem als wetter­fest und wartungs­arm, sind aber ihrer­seits nicht für jedes Schiff und jede Fahrt­route geeignet. Ihr Aufbau braucht Platz und ihr Einsatz besten­falls seitliche Winde, um optimale Leistungen zu erzielen und damit möglichst viel Kraft­stoff einzusparen.

Tempolimit auf See?

Senken ließen sich der Kraft­stoff­verbrauch und die damit verbundenen Emissionen auch mit einer vergleichs­weise einfachen Maßnahme: geringeres Tempo. Ein Schiff, das zehn Prozent langsamer fährt, benötigt auf seiner Reise schon rund 20 Prozent weniger Treib­stoff. Für die Experten des International Transport Forum sind niedrigere Schiffs­geschwindig­keiten deshalb eine sinn­volle Maßnahme für einen umwelt­freundlichen Verkehr auf dem Wasser, über die sich bis zu 60 Prozent Energie einsparen ließen. NGOs und Umwelt­verbände fordern in diesem Sinne bereits seit Jahren ein Tempo­limit auf See.

„Im Gegen­satz zur Straße wäre ein generelles Tempo­limit auf dem Wasser kontra­produktiv.“

Ralf Brauner, Schiff­fahrts­experte

Auch für Ralf Brauner von der Jade Hoch­schule bietet ein geringeres Tempo prinzipiell große Ein­spar­potenziale. Realisieren ließen sich diese durch eine voraus­schauende Logistik: Waren, die nicht so dringend benötigt werden, könnten früher auf die Reise geschickt werden, um in gemütlichem Tempo an ihr Ziel zu kommen. „Im Gegen­satz zur Straße wäre ein generelles Tempo­limit auf dem Wasser aber kontra­produktiv“, meint Brauner. Denn dann könnten die Schiffe nicht situativ schneller fahren, um hohem See­gang auszuweichen.

Wellen und Wetter bremsen die Schiffe stark aus und treiben den Kraft­stoff­verbrauch in die Höhe. Der Schiff­fahrts­experte plädiert daher für ein konsequentes Wetter­routing, also eine voraus­schauende Fahr­weise, die sich an die Witterungs­bedingungen anpasst. „Wenn ich einen Tag schneller fahre, um bei See­gang voran­zu­kommen, kann ich danach langsamer fahren oder erreiche den Hafen einen Tag früher, womit sich die Klima­bilanz der Reise deutlich verbessert“, erklärt Brauner. Je nach Schiff und Fahrt­profil könne Wetter­routing zwischen fünf und 25 Prozent Emissionen einsparen. „Von vielen Reedereien wird das auch bereits gemacht“, so Brauner. Tatsächlich müssen sich Wetter­routing und eine geringe Fahr­geschwindig­keit gar nicht ausschließen. So bringen die Forscher des ITF auch ein durch­schnittliches Tempo­limit als Möglichkeit ins Spiel. Dabei dürfte die Durch­schnitts­geschwindig­keit auf einer speziellen Route eine bestimmte Ober­grenze nicht über­steigen. Das ließe den Kapitänen immer noch genug Luft, um ihr Fahrtempo an das Wetter anzupassen.

Geputzte Schiffe fahren sauberer

Ausgebremst werden Schiffe nicht nur durch Wind, Wellen und Wetter, sondern auch durch den Biotop am Rumpf: Unter Wasser sammeln sich mit der Zeit Muscheln, Algen, Schlamm und andere Ablagerungen an. „Das ist, als hätte man ein aero­dynamisches Auto mit aktueller Technologie und würde während der Fahrt einen Regen­schirm aus dem Schiebe­dach halten“, umschreibt Ralf Brauner die Brems­wirkung. Der Mehr­verbrauch durch einen starken Bewuchs könne bis zu 20 Prozent betragen, rechnet der Experte vor. Ein großes Container­schiff verbrenne so 40 Tonnen Treib­stoff mehr als nötig – und das jeden Tag. Saubere Schiffe machen sich also bezahlt – für die Reedereien ebenso wie für die Umwelt. „Hier lässt sich noch eine Menge machen“, konstatiert der Experte.

Landstrom für schwimmende Kleinstädte

Aber nicht nur auf See, auch im Hafen können die Ozean­riesen umwelt­freundlicher werden. Bislang lassen die meisten Reedereien dort den Diesel­motor laufen, um ihren Strom zu generieren. Und ein Kreuz­fahrt­schiff am Kai verbraucht so viel Energie wie eine Klein­stadt. Künftig sollen Schiffe verstärkt über Land­strom mit Elektrizität versorgt werden. Das ist gut für die Umwelt und für die Gesundheit der Bewohner der dicht besiedelten Hafen­städte. „Land­strom hat ein enormes Potenzial, besonders wenn er aus erneuerbaren Quellen stammt“, betont auch Experte Brauner.

In Hamburg können Kreuz­fahrt­schiffe seit 2016 Energie aus dem Kabel tanken. Ab 2023 will die Hanse­stadt als erster europäischer Hafen auch die großen Container­schiffe mit umwelt­freundlicher Energie versorgen. Aber noch gibt es in Europa nur wenige Land­strom­anlagen, und viele Reedereien scheuen die Umrüstung der Schiffe, die mit Kosten zwischen 300.000 und zwei Millionen Euro zu Buche schlägt. Und der Strom kostet eben­falls mehr als die Energie aus dem Diesel­generator. Die Reederei Color Line hat sich erst nach anfänglichem Zögern dazu durch­gerungen, seit Sommer 2019 für ihre beiden Norwegen-Fähren den Land­strom­anschluss in Kiel zu nutzen. „Das kostet uns pro Monat einen fünf­stelligen Betrag“, sagt Dirk Hundert­mark, Deutschland-Geschäfts­führer von Color Line, über den Preis­unter­schied zur Diesel­nutzung. Um einen Anreiz für die Nutzung von Land­strom zu schaffen, erhalten besonders umwelt­freundliche Schiffe in Hamburg einen Rabatt der Liege­gebühren von bis zu 3.000 Euro.

Kalifornische Häfen haben bereits vor sechs Jahren Fakten geschaffen: Seither ist dort die Nutzung von Land­strom Pflicht. Ab 2014 mussten zunächst 50 Prozent der jeweiligen Flotte Land­strom im Hafen in Anspruch nehmen, seit diesem Jahr sind es 80 Prozent. China will noch in diesem Jahr die Land­strom­an­schlüsse in den großen Container­häfen auf fast 500 ausbauen. Ab 2021 gilt dann eine Land­strom­pflicht in den chinesischen Häfen – zunächst für Kreuz­fahrt­schiffe, ab 2022 auch für Fähren und Container­schiffe.

ZUR PERSON

Ralf Brauner ist Professor für Seefahrt und Logistik an der Jade Hochschule in Elsfleth. Schwer­punkt­mäßig beschäftigt sich der Schiff­fahrts­experte mit maritimer Meteorologie, maritimer Technik und nach­haltiger Schiff­fahrt.