<p>Mit Scrubbern können Seeschiffe den Schwefeloxid-Gehalt ihrer Abgase verringern und damit Grenzwerte einhalten. Mit dem Abwasser werden jedoch Schadstoffe ins Meer gespült. Besser als die Umweltbelastung so von der Luft ins Wasser zu verlagern wäre, sie direkt an der Quelle zu verringern: mit schwefelarmen, jedoch teureren Kraftstoffen. Mehr im neuen Fact Sheet des Umweltbundesamtes (UBA).</p><p>Scrubber sind eine Technik zur Abgasreinigung an Bord von Seeschiffen, bei der Wasser im Abgasstrom versprüht wird, um schädliches Schwefeloxid (SOx) aus dem Abgas teilweise zu entfernen. Das dabei entstehende Abwasser enthält schwefelige Säure, toxische Schwermetalle, Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PAK#alphabar">PAK</a>) und Öl. Wird es ins Meer eingeleitet, belastet es die Ökosysteme. In einem neuen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/einsatz-von-scrubbern-auf-seeschiffen-auswirkungen">Fact Sheet</a> stellt das Umweltbundesamt die Funktion der Scrubber-Systeme sowie den aktuellen Wissenstand insbesondere zu den Auswirkungen der Abwassereinleitungen auf die Meeresumwelt dar. Forschungsarbeiten, unter anderem im Auftrag des Umweltbundesamtes, zeigen, dass die eingeleiteten Abwassermengen sowie die im Abwasser enthaltenen Schadstoffe schädliche Wirkungen auf die Meeresumwelt haben. Die bestehenden internationalen Anforderungen an die Einleitung der Abwässer reichen somit nicht aus, um die Meere zu schützen.</p><p>Die Technik ist jedoch durch die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) als Alternative zu schwefelreduzierten Kraftstoffen, die weniger umweltschädlichen Schwefel enthalten, zur Einhaltung der Schwefelgrenzwerte der Schiffsabgase zugelassen. Heute sind weltweit über 5.000 Schiffe mit Scrubbern ausgestattet, da sie die weitere Verwendung von fossilem, billigerem Schweröl ermöglichen. Die Nutzung der Scrubber auf diesen Schiffen führt damit zu einer erheblichen Belastung der Meeresumwelt. Würden stattdessen schwefelarme Kraftstoffe verwendet, würden der Schwefel und weitere Schadstoffe auf dem Meer weder in die Luft noch ins Wasser gelangen.</p><p>Das Umweltbundesamt empfiehlt einen Kraftstoffwechsel hin zu schwefelreduzierten Destillat-Kraftstoffen oder alternativen, schadstoffarmen und klimaneutralen Kraftstoffen, die zusätzlich auch zur Erreichung der Klimaziele beitragen würden. Da ein generelles Verbot der Scrubber, die als technische Alternative zur Nutzung dieser Kraftstoffe zugelassen sind, derzeit politisch nicht durchsetzbar ist, setzt sich das <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a> zusammen mit anderen Behörden für Einleitverbote als erreichbares Ziel ein. Ein erster Erfolg sind Einleitverbote für Scrubberabwasser ab 2027 in den küstennahen Gebieten (innere Gewässer und Häfen) des Nordostatlantiks. Diese wurde im Rahmen von <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/o?tag=OSPAR#alphabar">OSPAR</a> verabschiedet und schließen somit Bereiche der Nordsee ein. So kann in viel befahrenen und sensiblen Meeresgebieten der Schadstoffeintrag etwas reduziert werden. Das Abwasser darf jedoch außerhalb der Verbotszonen weiter in die Meere eingeleitet werden, so dass nur eine deutliche Ausweitung der Gebiete bis hin zu einem generellen Einleiteverbot die Schadstoffbelastung der Meere reduzieren würde.</p>
In einer Forschungskooperation mit dem Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme der Universität Duisburg-Essen wird eine Software (BinEm) entwickelt, die mithilfe der Messung von Luftschadstoffen auf Binnenschiffen unter realen Betriebsbedingungen kalibriert und validiert werden soll.
Aufgabenstellung und Ziel
Die Schifffahrt soll nach Vorgaben der EU bis zum Jahr 2050 klimaneutral werden. Zur zwischenzeitlichen Reduktion der Treibhausgas- und Schadstoffemissionen werden verschiedene Technologien (z. B. Abgasreinigung) eingesetzt. Um den Einfluss von neuen Technologien auf die Schiffsemissionen abschätzen zu können, sind realistische Angaben zu den emittierten Schadstoffen durch die Binnenschifffahrt notwendig. Die bisher veröffentlichten Emissionsdaten, die der Binnenschifffahrt zugerechnet werden, basieren auf Modellen mit vielen Annahmen, die die Betriebsparameter im realen Einsatz sehr vereinfacht abschätzen. Aus diesem Grund wurde im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsvorhabens der BAW und der Universität DuisburgEssen ein Verfahren zur Berechnung der Binnenschiffsemissionen entwickelt.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Mit der im Rahmen der Forschungskooperation mit dem Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme (ISMT) entwickelten Software können Emissionen der Binnenschifffahrt für beliebige Regionen und Schiffsflotten modelliert werden. Damit steht der BAW eine Methode zur Verfügung, die es ermöglicht, den Anteil der Binnenschifffahrt an den Luftschadstoffen abzubilden und den Erfolg von Emissionsminderungsmaßnahmen zu bewerten. Auf Basis dieser Ergebnisse können Entscheidungsträger im BMDV und in der GDWS erfolgversprechende Maßnahmen zur Minderung von Binnenschiffsemissionen gezielt ableiten, geltende Vorschriften anpassen oder neue erlassen.
Untersuchungsmethoden
Das entwickelte Verfahren besteht aus mehreren Modulen. Zunächst wird der Schiffswiderstand in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit über Grund und der Strömung berechnet (Noß und Kossmann 2021). In dem aktuellen Verfahren wird nun auch der zusätzliche Widerstand bei Kurvendrift berücksichtigt. Hierfür greift das Programm auf einen äquivalenten Geradeauswiderstand zurück und addiert in Abhängigkeit des Driftwinkels einen in einer Datenbank hinterlegten Beiwert für den zusätzlichen Widerstand durch Schräganströmung. Anschließend werden der Gütegrad der Propulsion und die Propellerdrehleistung ermittelt. Mithilfe charakteristischer Propellerfreifahrtdiagramme und Motorenkennfelder sowie leistungsbezogener Faktoren werden final der Kraftstoffverbrauch und die Schiffsemissionen berechnet (Noß und Kossmann 2022). Die Spannweite an Schiffs- und Motorenparametern ist sehr groß. Basierend auf Simulations- und Modellversuchsergebnissen charakteristischer Schiffe (Noß und Kossmann 2021, 2022; Kossmann und Wierczoch 2022) wurden einzelne Widerstandsbeiwerte und der Gütegrad der Propulsion in Abhängigkeit von Schiffsgeschwindigkeit und Wassertiefenverhältnis zu Abladetiefenverhältnis berechnet. Der für die Propulsion verwendete Propeller ähnelt in seiner Geometrie einem charakteristischen Binnenschiffs-Düsen-Propeller. In Abhängigkeit von der berechneten Propulsions- bzw. Bremsleistung, der Schiffsgröße und der Anzahl der Propeller wählt das Verfahren einen passenden Motor in einer Datenbank aus. Diese beinhaltet für schnelllaufende Dieselmotoren mit Leistungen zwischen 400 und 1200 kW Daten zur Motorleistung, Drehzahl und zum spezifischen Kraftstoffverbrauch. Der gewählte Ansatz ist für den Großteil der Flotte sowie Betriebspunkte während einer typischen Streckenfahrt anwendbar. Situationen wie Ausweichmanöver, Ausweichmanöver, Schleusenfahrten oder An- und Ablegemanöver lassen sich mit diesem Ansatz jedoch nicht abbilden.
Zu den Aufgaben des Referats Luftreinhaltung/ Atomrechtliche Aufgaben gehören:
im Bereich Luftreinhaltung
> die Bearbeitung von planerischen und grundsätzlichen Fragen der Luftreinhaltung,
> die Zuständigkeit für
- die Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen (39. BImSchV),
- die Verordnung über Emissionsgrenzwerte für Verbrennungsmotoren (28. BImSchV),
- das Hamburgisches Gesetz zur Umsetzung der europäischen Schwefel-Richtlinie 2005/33/EG,
> die Steuerung der Luftqualitätsüberwachung (Luftmessnetz),
> die Bewertung der Luftqualität,
> die Aufstellung und Fortschreibung von Luftreinhalteplänen,
> die Entwicklung und Begleitung von Luftreinhaltemaßnahmen,
> die Bewertung von Luftreinhaltungsaspekten im Rahmen der Bauleitplanung,
> die Mitwirkung an Rechtsetzungsverfahren,
> die Vertretung Hamburger Interessen in Bund-Länder-Gremien,
im Bereich Atomrechtlicher Aufgaben
> die Wahrnehmung atomrechtlicher Aufgaben für das Land Hamburg in der Zusammenarbeit zwischen Bund und Ländern,
> die Risikovorsorge und Gefahrenabwehr beim legalen und illegalen Umgang mit Kernbrennstoffen,
> die Bearbeitung von Grundsatzfragen beim Schutz der Bevölkerung vor der schädlichen Einwirkung ionisierender Strahlung,
> die Optimierung der nuklearen Katastrophenschutzvorsorge für die hamburgische Bevölkerung,
im Bereich Emissionskataster
> das Führung des Emissionskatasters Luft und die Erteilung von Auskünften,
> die Organisation und Durchführung der Datenerhebungen in Hamburg für das Emissionskataster sowie für das
nationale und das europäische PRTR (Pollutant Release and Transfer Register, Schadstofffreisetzungs- und
-verbringungsregister),
> die Erfüllung weiterer nationaler und europäischer Berichtspflichten,
> das Verfassen von Stellungnahmen zur Bauleitplanung
> die Aufbereitung und Bereitstellung der Informationen für diese Aufgaben in GIS-Systemen,
sowie der Immissionsschutz vor elektromagnetischen Feldern bei Anlagen der Energie- und Kommunikationstechnik.
PlumeBaSe beschäftigt sich mit der detaillierten Analyse der Zusammensetzung organischer Aerosole, freigesetzt während der Verbrennung fossiler Treibstoffe durch Schiffe, und deren weiterem Weg in der marinen Umwelt. Durch die hochaufgelöste Beprobung der Aerosole und ihrer Transformationsprodukte vom Schiffsschornstein bis in die Ostsee wird eine Brücke zwischen Atmosphären- und Meeresforschung geschlagen. Der zunehmende globale Warentransport auf dem Wasserweg erhöht den Druck auf marine Ökosysteme. Große Schiffe emittieren, zusätzlich zu gasförmigen Schadstoffen, große Mengen an Partikeln reich an Spurenmetallen und organischen Schadstoffen zunächst in die Atmosphäre von wo aus die Schadstoffe ins Meer gelangen. Negative Auswirkungen saurer Oxide und organischer Schadstoffe sind bekannt, weniger hingegen wurde bisher die Deposition der Schiffsaerosole und deren Beitrag zur Meeresverschmutzung untersucht. Besonders lückenhaft ist das Verständnis für die Alterungsprozesse während des atmosphärischen Transports sowie in der Wassersäule, beispielweise durch UV-Strahlung oder reaktive Sauerstoffspezies, obwohl die Transformationsprodukte sehr unterschiedliche Auswirkungen auf Biota haben und die Molekülstruktur den weiteren Weg in der Umwelt maßgeblich beeinflussen können.Um diese Wissenslücken zu schließen, soll in PlumeBaSe durch eine vielschichtige Umweltbeprobung eine neuartige, umfassende Erhebung des Emissionstransports und der Aerosolalterung erreicht werden. Die Projektpartner des Leibniz Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), der Universität Rostock (UR) und der Karls-Universität Prag (CU) befassen sich mit den folgenden zentralen Hypothesen: (H1) Schiffsemissionen tragen signifikant zur Verschmutzung des Oberflächenwassers bei, der Eintrag ist besonders hoch entlang der Hauptschifffahrtsrouten. (H2) Während des atmosphärischen und marinen Transports ändern sich die physikalischen (Partikelgrößenverteilung) und chemischen (molekulare Profile) Eigenschaften der emittierten Aerosole, was ihren weiteren Weg in der Umwelt beeinflusst. (H3) Die Veränderungen auf molekularer Ebene können verfolgt und genutzt werden um Schadstoffeinträge über die Atmosphäre von den über Nassabscheider eingebrachte Verschmutzungen zu unterscheiden.Diese angestrebten Zielsetzungen werden in drei Arbeitspaketen adressiert via I. Zeitlich und räumlich hochaufgelöster Analyse von Partikelgrößenverteilungen direkt in den Abgasfahnen der Schiffe unter Nutzung eines unbemannten Luftschiffes, kombiniert mit hochsensitiven gerichteten und ungerichteten chemischen Analysen der II. atmosphärischen Schadstoffe in Partikeln unterschiedlicher Größe, sowie der III. Schadstoffe im Meerwasser. Die Ostsee stellt durch die hohe Schiffsverkehrsdichte, gute Erreichbarkeit und Regulation der Schiffsemissionen ein ideales Untersuchungsgebiet dar, welches sich auch als Modellsystem für die Beeinflussung küstennaher Ozeane durch Schiffsverkehr weltweit eignet.
Biokraftstoffe können eine Möglichkeit sein, die Kohlenstoffintensität des Schiffsverkehrs zu verringern und zugleich die Auswirkungen der durch Schifffahrt verursachten Emissionen zu mildern. Im Auftrag der Europäischen Agentur für die Sicherheit des Seeverkehrs hat Ecofys untersucht, inwieweit Biokraftstoffe fossile Kraftstoffe in der Schifffahrt ersetzen können. Die technischen, wirtschaftlichen, organisatorischen und die Nachhaltigkeitsaspekte einer Einführung von Biokraftstoffen wurden durch theoretische Forschung einerseits und Interviews mit Marktakteuren andererseits untersucht. Die Studie belegt, dass Biokraftstoffe in der Lage wären, die Schifffahrtsindustrie kohlenstoffneutral zu halten und luft- und wasserschädliche Emissionen zu verhindern. Die größten Hindernisse für die Nutzung von Biokraftstoffen im Schiffsverkehr liegen dabei entgegen ursprünglicher Annahmen nicht im technischen Bereich, sondern vielmehr in politischen und organisatorischen Fragestellungen. Basierend auf diesem Bericht veröffentlichte Ecofys auch einen Artikel zum Potential von Biokraftstoffen in der Schifffahrt in dem Magazin Biofuels International. Auch diesen Artikel können Sie hier herunterladen. Mehr über Biofuels International erfahren Sie auf: http://www.biofuels-news.com/.