Energiewende auf den sieben Weltmeeren

Weniger CO2 und Schwefel, geringerer Treibstoffverbrauch – die Schifffahrt soll grüner werden. Doch dafür müssen Hafenbetreiber und Reeder noch kräftig investieren.

Dicke Luft auf hoher See. Rund 800 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr gehen nach Angaben des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) auf das Konto des maritimen Transportwesens auf der Welt. Das entspricht einem Anteil von rund 10 Prozent der Emissionen aller Verkehrsträger. Zwar werden auf dem Seeweg im Vergleich zum Flugzeug oder Lastwagen je beförderter Tonne deutlich weniger Schadstoffe pro Kilometer ausgestoßen, aber die Schifffahrt ist trotzdem weit davon entfernt, ein grünes Verkehrsmittel zu sein. Denn angesichts der Vervierfachung des internationalen Verkehrsaufkommens auf See seit dem Jahr 1992 sowie den prognostizierten Zuwachsraten im Containerumschlag relativiert sich dieser Vorteil rasch wieder. Der Grund: Die Motoren der allermeisten Schiffe verbrennen Schweröl, ein Abfallprodukt aus Raffinerien. Allein der Schwefelausstoß ist bis zu 1000-fach höher als der eines Autodiesels. Wenn die Betreiber der knapp 42.000 registrierten Handelsschiffe – Fahrzeuge auf Binnengewässern nicht mitgerechnet – Investitionen in klimaschonende Techniken versäumen, dann wird diese Branche laut einer aktuellen Studie der Europäischen Kommission im Jahr 2050 sogar für 17 Prozent aller CO2-Emissionen verantwortlich sein.

Strengeres Regelwerk kommt

Energieeffiziente und sauberere Schiffsantriebe sind daher ein Gebot der Stunde. Und für manche Dreckschleuder auf hoher See könnte es bald eng werden. Denn seit Anfang 2015 gelten strengere Anforderungen für den Ausstoß von Abgasen, vor allem für Stickoxide und Schwefeldioxid. Gemäß den Vorgaben der International Maritime Organization (IMO) darf in Seegebieten wie der Nord- und Ostsee, im Ärmelkanal sowie vor den Küsten der Vereinigten Staaten und Kanadas der Schwefelanteil im Treibstoff maximal 0,1 Prozent betragen. In den „Sulphur Emission Control Areas“ (SECA), die bis 2020 auf die gesamte EU und bis 2025 auch auf die Küsten Asiens, Lateinamerikas und Afrikas ausgeweitet werden sollen, gilt dann ein Schwefelgrenzwert von 0,5 Prozent. Die meisten Reeder haben zwei Alternativen: Entweder sie verwenden Treibstoffe mit einem deutlich geringeren Schwefelanteil oder aber investieren in Filteranlagen. Beides geht jedoch ins Geld. Der sauberere Sprit ist deutlich teurer als das konventionelle Schweröl und die Investitionen in entsprechende Abgasreinigungstechniken liegen bei drei bis fünf Millionen Euro pro Schiff. Die Mehrkosten pro Tonne Fracht könnten sich infolge auf bis zu 300 Euro belaufen.

Reedereien sollten in  Zukunft deutlich mehr Aufgaben übernehmen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Eine Reederstudie „Maritime Wirtschaft auf Digitalisierungskurs“ ergab kürzlich, dass sechs von zehn der befragten Reeder erwarten, dass Internetriesen wie Google und Amazon die Digitalisierung der Branche mit technischen Dienstleistungen unterstützen. Die Investitionen, die dafür erforderlich sind, müssen vom aus wirtschaftlicher Sicht, problematischen Umfeld der Reedereien getragen werden. Diese  schwierige wirtschaftliche Ausgangslage spiegelt sich in den Investitionsplänen der Unternehmen wieder. Zudem wollen immer mehr Reeder ihre Flotte verkleinern und Schiffe verkaufen. Das Problem der Finanzierung wollen sie letztendlich durch Direktinvestitionen bewältigen. Die Flottenmodernisierung wird laut der Studie zu 72 Prozent, durch institutionelle Investoren unterstützt werden.

 

Flaues Interesse an alternativen Antrieben

Eine Alternative wäre der Einsatz von Liquefied Natural Gas (LNG). Im Vergleich zu konventionellen Treibstoffen verursacht ein mit solchem Flüssiggas betriebenes Schiff bis zu 30 Prozent weniger CO2, 80 bis 90 Prozent weniger Stickoxide und so gut wie kein Schwefeldioxid oder Feinstaub – dafür aber reichlich vom Klimakiller Methan. Doch obwohl das Thema virulent ist, passiert wenig. Der Anteil von Schiffen, die mit Hilfe von LNG auf den sieben Weltmeeren schippern, liegt laut IMO bei mageren 2 Promille. Die Gründe für die mangelnde Akzeptanz kennt man bereits aus den Diskussionen rund um das Elektroauto. Zum einen fehlt die entsprechende Infrastruktur in den Häfen und damit auch der Anreiz für die Reeder, in diese Technik zu investieren. Zum anderen besteht der Nachteil, dass LNG-Tanks zylindrisch gebaut werden und vakuumisoliert sein müssen, was wiederum auf Kosten der Ladekapazitäten geht. Für die mit Flüssiggas betriebenen Kreuzfahrtschiffe von Aida oder bald auch von Costa Crociere muss der Treibstoff mancherorts sogar eigens mit Tankwagen angefahren werden. Vor allem aber behindert eine Tatsache die Entwicklung: Jeder Hafen hat eigene Sicherheitsvorschriften. So darf beispielsweise in Hamburg gar kein Flüssiggas getankt werden, in Kiel dagegen erst ab einer Entfernung von 40 Kilometern zur Bevölkerung. Ob die nach niederländischem Vorbild von Industrieunternehmen wie Shell, Bomin-Linde und MAN, Reedereien und Hafenbetreibern 2014 gegründete „Maritime LNG-Plattform“ daran etwas ändern kann, wird sich noch zeigen. Und der seit 2014 massiv gesunkene Ölpreis tut sein Übriges, das Interesse an alternativen Treibstoffen zu dämpfen.

Geldmangel behindert Fortschritt

Dabei stellt die Technik wohl das geringste Problem dar. 9 der 30 weltweit führenden Schiffsmotorenhersteller haben diese bereits im Angebot, darunter auch duale Varianten, die sowohl mit Schweröl als auch mit Flüssiggas betrieben werden könnten. Wohl aber fehlt es an verbindlichen Regeln und Standards für den Einbau der LNG-Antriebe in die Schiffe. Am meisten aber mangelt es am Geld. Laut einer aktuellen Studie von PricewaterhouseCoopers (PWC) glauben 64 Prozent der 104 im Frühjahr 2016 befragten deutschen Reedereien, dass der Flüssiggasantrieb für sie „keine oder fast keine Bedeutung hat“. Denn 71 Prozent äußerten die Befürchtung, dass sie Investitionskosten angesichts des enormen Preisdrucks auf dem Weltmarkt nicht an die Kunden weitergeben können. Bis hin zum „Sustainable Shipping“ ist es also noch eine lange Reise mit vielen Hindernissen.

„Besonders große Kompetenz im Bereich der Strömungssimulation“

Ein Interview mit Lars Greitsch, Geschäftsführer der Mecklenburger Metallguss GmbH (MMG), Waren.

Sie sind einer der Hidden Champions im Bereich der Propellertechnologie. Mit wie vielen Mitarbeitern sind Sie am Standort Waren in welchen Bereichen aktiv?

GreitschWir sind traditionell nicht nur eine Propellergießerei, sondern haben auch einen ganz besonderen Ruf als Entwerfer von Propellern. Wir können unsere Kunden bei der Planung neuer Propeller von Anfang an komplett begleiten: Welches Antriebskonzept ist sinnvoll, wie groß soll das Schiff werden und wie beeinflusst der Propellerbau dann wiederum die Schiffsform – auf all diese Fragen haben wir Antworten aus unseren verschiedenen Abteilungen. Eine besonders große Kompetenz haben wir im Bereich der Strömungssimulation aufgebaut, weshalb wir international mit als eine der kompetentesten Firmen gelten. Wir arbeiten hier in Waren mit insgesamt 230 Mitarbeitern. Davon sind rund 30 Ingenieure, der Großteil arbeitet aber in der Fertigung, denn diese ist nach wie vor sehr personalintensiv.

Wie hat sich Ihr Geschäft für den Propellerbau seit der Firmengründung entwickelt?

GreitschIn Waren existierte bereits seit dem 19. Jahrhundert ein Gießereistandort. Nach dem Krieg war eines der Ziele der russischen Militärregierung, an Reparationszahlungen in Form von Schiffen zu gelangen. Doch es gab keine Propellergießereien im Osten. Daher widmete sich die Gießerei in Waren dem Propellerbau. Anfänglich übernahmen dabei die Werften mechanische Bearbeitungsschritte wie Fräsen, Schleifen und Polieren bis in die 70er Jahre selbst. Nach der Wende herrschte eine völlig neue Situation und wir mussten uns mit dem internationalen Schiffsbau beschäftigen und völlig neue Kompetenzen aufbauen. Dabei gelang uns in den 90ern der Sprung nach Korea, wo die Schiffsbaubranche damals boomte. Nun sind wir seit einiger Zeit ebenfalls in China sehr präsent, das heute unser wichtigster Auslandsmarkt ist.

Aufgrund des Überangebotes an Frachtschiffen hat das Thema Slow Steaming in den letzten Jahren permanent an Bedeutung gewonnen. Inwiefern hat sich Ihr Geschäft dadurch verändert?

Greitsch2012 haben wir begonnen, erste „Retrofit“-Propeller zu fertigen für bereits fahrende Schiffe, die passender sind für das derzeitige Fahrprofil, das von weniger Tonnage und geringeren Geschwindigkeiten geprägt ist. Mit den neu entwickelten Propellern lassen sich diese neuen Fahrprofile der Containerschiffe besser umsetzen. Damit sind die Reedereien auch mit alten Schiffen wieder wettbewerbsfähig.

Was ist bei den Propellern für Slow Steaming anders? Mit welchen Innovationen konnten Sie hier auf den Märkten punkten?

GreitschDer Unterschied ist eigentlich gar nicht so groß im Vergleich zu Propellern für neue Schiffe. Generell sind heute die Betriebsanforderungen wesentlich detaillierter beschrieben. Reeder haben heute durch die gesammelten Betriebsdaten einen viel besseren Einblick, wie ihre Schiffe tatsächlich im Betrieb genutzt werden. Dies ist insofern wichtig, als man heute nicht wie früher den Betriebspunkt bei 90 Prozent der Maximalleistung des Motors angibt. Heute ist das Gesamtbild der Anforderungen deutlich komplexer und statistisch wesentlich detaillierter dokumentiert. Hinzu kommen durch das reduzierte Frachtaufkommen auch noch Details wie eine geringere Schiffstiefe je nach Beladung. Das wichtige ist hier, den perfekten Propeller für die komplexe Anforderung zu entwerfen, der dann im Betrieb der sparsamste ist.

Auf welche Neuerungen und Innovationen der letzten Jahre sind Sie dabei besonders stolz?

GreitschDas Thema optimale Propellerhauptabmessungen ist eine unserer Kernkompetenzen. Dabei können wir mit verschiedenen Simulationsmethoden verschiedene Betriebsarten simulieren und diese Endanpassung – das sogenannte Customizing – ist heute deutlich umfangreicher. Daher dauert solch ein Entwurf in der Regel zwischen drei und acht Wochen. Unsere sicherlich größte Neuerung dabei ist der virtuelle Modellversuch, der im Vergleich zu den früheren Modellversuchen eine wesentliche Zeitersparnis bringt. All dies machen wir komplett inhouse.

Welche Neuerungen bzw. Innovationen sind neben der reinen Form der Schraube noch in den Werkstoffen und Kupferlegierungen zu holen?

GreitschWir haben die Forschungsaktivitäten in diesem Bereich deutlich intensiviert. Im Schiffsbau gibt es genormte Propellerlegierungen, dabei sind die Bandbreiten für die einzelnen Legierungsanteile vorgegeben. Innovation an dieser Stelle bei MMG Waren heißt, dass wir uns innerhalb dieser Normen etwas engere Grenzen gesetzt haben, um noch bessere und zuverlässigere Festigkeitswerte zu erfüllen.

Wie kommt es, dass der CO2-Ausstoß im Schiffsverkehr so lange übersehen wurde und erst allmählich in den Fokus der Aufmerksamkeit rückt?

GreitschDurch die Globalisierung sind die Warenströme enorm gestiegen. Würde man diese mit Flugzeug oder Bahn transportieren, wären generell die Schadstoffausstöße noch höher. Das Problem im Schiffsbau ist, dass Treibstoffe schlechterer Qualität verbrannt werden. So werden entlang der Schiffsrouten insbesondere höhere Emissionen von Schwefeldioxid detektiert. Daher richtete man besondere Zonen ein, in denen man heute schwefelarme Kraftstoffe fahren muss. Der CO2-Ausstoß wiederum wird durch Festschreibung und stetige Anhebung von Effizienzstandards verringert, denen man heute entsprechen muss. Die Schiffsbranche hat das erkannt und reagiert bereits entsprechend darauf.

Wie schätzen Sie die weitere Entwicklung hier ein?

GreitschDie CO2-Problematik werden wir natürlich kurz- und mittelfristig nicht lösen können, weil Schiffe Emissionen produzieren und derzeit keine wettbewerbsfähige andere Antriebsart in Sicht ist. Daher geht es nun darum, durch Verbesserungen in den Antrieben und Motoren weitere Fortschritte zu erzielen. Eine angedachte Alternative zur Zeit der Ölkrise in den 70ern war der Nuklearantrieb. Doch dieser war auf Grund der Risiken in Europa politisch nicht durchsetzbar. Daher werden wir noch lange auf traditionelle Kraftstoffe angewiesen sein. Daneben entwickelt sich ein Markt für Schiffe, die durch Flüssiggas angetrieben werden. Die zunächst bessere Schadstoffbilanz bei der Verbrennung dieser alternativen Kraftstoffe ist aber unter Einbeziehung der Gesamtlieferkette noch nicht abschließend beurteilt. Insgesamt darf man aber nicht vergessen, dass die Transporteffizienz des Schiffes im Vergleich zu anderen Verkehrsträgern sehr hoch ist.

...leitet als Geschäftsführer der MMG Waren die Forschung und Innovation des Unternehmens, welches sich auf die Herstellung von Schiffsschrauben spezialisert. Angefangen hat alles an den Universitäten zu Rostock und Hamburg, wo er Maschinenbau mit Schwerpunkt Fahrzeugtechnik studierte. Mit seiner Promovierung spezialiserte er sich schließlich auf die Propellertheorie. Nachdem er selbst mehrere Jahre zunächst als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Uni Kiel und später als Lehrbeauftrager an der Uni Hamburg tätig war, wechselte er zur MMG Waren.

„Kupfer bleibt bei modernen Technologien unverzichtbar“

Ein Interview mit Dr. Anton Klassert, Geschäftsführer des Deutschen Kupferinstituts e. V., über die Zukunft des Werkstoffes Kupfer in der Schifffahrt.

Kupfer ist eines der ältesten und wichtigsten Metalle, das die Menschheit kennt. In welchen Bereichen wird es als Werkstoff auch in der Zukunft eine Rolle spielen?

KlassertEs gibt praktisch keinen Bereich, in dem Kupfer als Funktionsmetall keine wichtige Rolle spielt. Und es sind gerade die „modernen“ Technologien, bei denen es sich unverzichtbar erweist. Ein prominentes Beispiel ist der Bereich Erneuerbare Energien: Nur die unübertroffene Kombination aus elektrischen und mechanischen Eigenschaften von Kupferwerkstoffen ermöglicht es, in Offshore- und Onshore-Windrädern hohe Wirkungsgrade und kompakte Bauformen zu erzielen. Auch die Elektromobilität lässt sich vor allem dank des massiven Mehreinsatzes von Kupfer sowohl im Fahrzeug selbst, als auch in der Ladeinfrastruktur und deren Netzanbindung realisieren. Analog gilt das auch für Schiffe. Optimale Wirkungsgrade im Antriebsstrang in Kombination mit maximaler Laufruhe – letztere ist besonders wichtig bei Kreuzfahrtschiffen – erreichen Sie nur mit einem Dieselantrieb, der konstant am optimalen Betriebspunkt arbeitet und über einen Generator eine Batterie speist, die in Verbindung mit einem Elektroantrieb steht, der präzise regelbar die jeweils benötigte Leistung auf die Schiffsschraube gibt.

Vor allem im Schiffsbau kommt viel Kupfer zum Einsatz. Fast alle Schiffsschrauben bestehen aus einer der zahlreichen Kupferlegierungen. Warum sind diese dafür besonders geeignet?

KlassertFür Schiffsschrauben werden Kupfer-Aluminiumlegierungen verwendet und dies aus drei ganz konkreten Gründen, wegen: der ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit dieser Werkstoffe in Seewasser, der sehr guten Schweißbarkeit im – wenn auch seltenen – Reparaturfall sowie den antimikrobiellen Eigenschaften, die einen Reibung erhöhenden Bewuchs der Oberflächen verhindern und damit auch einen höheren Energieverbrauch.

Welche anderen Einsatzmöglichkeiten sehen Sie für die angesprochenen antimikrobiellen Eigenschaften von Kupfer?

KlassertIn den letzten Jahren wurden weltweit in Krankenhäusern, aber auch in anderen öffentlichen Gebäuden wie beispielsweise Hotels, Kontaktoberflächen wie Türgriffe und Lichtschalter, die von vielen Menschen angefasst werden, durch solche aus Kupferlegierungen ersetzt. Das reduziert die Keimzahlen, die trotz regelmäßiger Flächendesinfektion immer noch verbleiben, um mehr als 90 Prozent. Damit einhergehend haben Studien in amerikanischen Krankenhäusern gezeigt, dass der Einsatz solcher Kupferoberflächen in Intensivstationen die Infektionshäufigkeit um mehr als die Hälfte zu senken vermag. Auch Kreuzfahrschiffe sind Orte mit einem hohen Publikumsverkehr, an denen vielfältige Anstrengungen unternommen werden müssen, um Infektionen vorzubeugen. Hier sehen wir Handläufe, Türgriffe und Lichtschalter aus Kupferlegierungen als zusätzliche Maßnahme der Prophylaxe. Aus unserem weltweiten Netzwerk wissen wir, dass ausländische Werften beginnen, diesen Ansatz bei Neubauten zu verwirklichen.

Ist das Potenzial von Schiffsschrauben aus Kupferlegierungen bereits ausgeschöpft oder lässt sich ihr Wirkungsgrad noch weiter erhöhen?

KlassertDer Wirkungsgrad von Schiffsschrauben ist von einer optimal geformten dreidimensionalen Oberfläche abhängig. Deren intensive Behandlung nach dem Guss durch 3D-Fräs- und Poliermaschinen ist nur dank der hervorragenden Zerspanbarkeit von Legierungen aus Kupfer wirtschaftlich machbar. Auch weitere Optimierungen der räumlichen Formgebung von Schiffsschrauben lassen sich nur deshalb realisieren, weil diese Werkstoffe zahlreiche Möglichkeiten einer Bearbeitung zulassen.

Bleibt Kupfer beim Gießen von Schiffsschrauben unverzichtbar, wenn es darum geht, den CO2-Ausstoß von großen Schiffen weiter zu reduzieren?

KlassertJa, Kupfer wird dort auch in Zukunft unverzichtbar bleiben. Wenn wir den CO2-Ausstoß als Zielgröße betrachten, kann Kupfer auch in anderen Anwendungsbereichen wichtige Beiträge zu einer weiteren Reduzierung leisten. Zum Beispiel verringert die Beplankung der Schiffsrümpfe unterhalb der Wasserlinie mit Kupfer den Strömungswiderstand, weil ein Bewuchs der Oberflächen verhindert wird. Dies wurde an kleineren Wasserfahrzeugen und im militärischen Bereich bereits in der Praxis nachgewiesen. Zwar erfordert die Kombination von elektrochemisch edlem Kupfer mit Stahl eine besondere fertigungstechnische Expertise in Sachen Schiffsbau und Fügetechnik. Wir sind aber überzeugt, dass gerade deutsche und europäische Hersteller hier die nötige Kompetenz mitbringen.

Gibt es neue Werkstoffe, die Kupfer bei der Herstellung von Schiffsschrauben eines Tages vielleicht doch obsolet machen könnten?

KlassertAus unserer heutigen Kenntnis sehen wir solche Werkstoffe nicht. Viel eher erwarten wir auf Basis gezielter Verbesserungen der Oberflächen der bisher schon verwendeten Kupferwerkstoffe eine Steigerung der Beständigkeit von Schiffsschrauben gegen die Erosion durch Kavitation. Auf diesem Gebiet haben wir bereits mehrere Forschungsprojekte initiiert und begleitet.

Wo sonst noch im Schiffsbau ist Kupfer unersetzlich?

KlassertDie Anwendungen sind vielfältig. Sie reichen von robusten und ausfallsicheren Leitungen für Elektrizität und flüssige Medien wie Trink- und Brauchwasser sowie Sprinkleranlagen, Hydrauliköle und Energieträger über besonders effiziente Wärmetauscher aus Kupfer oder Kupferlegierungen bis hin zum Korrosionsschutz stationärer Metalloberflächen im Tidenhub-Bereich etwa bei Hafenanlagen oder Offshore-Plattformen.

Inwieweit kann Kupfer mit dazu beitragen, die Energiewende voranzutreiben – Stichworte Elektromobilität oder der Einsatz bei Windkraftanlagen?

KlassertIn der Elektromobilität wird es eine Verdopplung der benötigten Kupfermenge pro Fahrzeug geben. Darüber hinaus erwarten wir erheblichen Kupferbedarf für die Ladeinfrastruktur und deren Versorgung aus einem für die Energiewende umgebauten Stromnetz. Gerade dessen Umbau erfordert eine Vielzahl neuer Leitungen und Verteiltransformatoren. Die erneuerbare Energieerzeugung selbst – ganz gleich ob es sich dabei um Wind-, Wasser- oder Sonnenenergie handelt – lässt sich besonders wirtschaftlich mit Aggregaten realisieren, die viel Kupfer enthalten. Zugleich haben wir wegen der vielen Lastwechsel, beispielsweise bei Windrädern, hier die höchsten Anforderungen insbesondere an die Alterungsbeständigkeit, wobei aus einer Kupfer-Nickellegierung koextrudierte Normalstahlrohre eine besonders interessante Lösung darstellen. Das Deutsche Kupferinstitut engagiert sich hier vorwettbewerblich, aber auch durch Erbringen von Ingenieurleistungen bei bilateralen Forschungsprojekten für Unternehmen. Damit wollen wir dazu beizutragen, dass immer bessere Werkstoffe, entwickelt in Deutschland und Europa, die Spitzenstellung unserer Industrie bei den Technologien der Energiewende und der erneuerbaren Energien auch in Zukunft sichern.

...ist seit 2003 als Geschäftsführer des Deutschen Kupferinstituts, dem Berufsverband der deutschen Kupferindustrie, tätig. Hier setzt er sich intensiv für den Einsatz von Kupferwerkstoffen in innovativen Anwendungsfeldern ein. Dr. Klassert studierte Maschinenbau und Verfahrenstechnik an der RWTH-Aachen. Von 1978 bis 1999 war er für die Rütgers AG und der Ruhrkohle AG in verschiedenen Positionen tätig, zuletzt als Geschäftsführer der Rütgers UmweltService GmbH.  Im Jahr 1999 gründete er mit der Firma ChemSys GmbH ein Unternehmen,  das Sonderwerkstoffe verarbeitet.

Linkliste