Seeschiffe – Luftschadstoffe und Energieeffizienz | Umweltbundesamt

Luftverunreinigung durch Seeschiffe

Derzeit erfolgen etwa 90 Prozent des Welthandels auf dem Seeweg. Von etwa einem Drittel der weltweiten Schiffsbewegungen liegt der Ziel- oder Abfahrtshafen in der EU. Nord- und Ostsee geh?ren damit zu den am h?ufigsten und dichtesten befahrenen Meeren der Welt. Beispielsweise durchqueren j?hrlich mehr als 30.000 Schiffe den Nord-Ostsee-Kanal und rund 2.000 Schiffe fahren t?glich bei Tag und Nacht auf der Ostsee.

Die meisten Schiffe fahren in Küstenn?he. Sie werden zum gro?en Teil mit Schwer?l, den Rückstands?len aus der Raffinerie, betrieben. Diese enthalten deutlich mehr Schwefel und andere Schadstoffe, zum Beispiel Schwermetalle, als Kraftstoffe, die an Land eingesetzt werden.?Entsprechend belasten die Schiffsabgase die Luftqualit?t in Hafenst?dten und Küstenregionen besonders mit Schwefeloxiden (SO_x) Stickstoffoxiden (NO_x) sowie Ru? und Feinstaub.?

Die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (International Maritime Organization – IMO) regelt im "Internationalen übereinkommen zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Schiffe" (MARPOL-Konvention) Umweltschutzauflagen für die Seeschifffahrt. Die sechs Annexe enthalten Regelung bezüglich der Verhütung der Verschmutzung durch ?l (Annex I), sch?dliche flüssige Stoffe (Annex II), Schadstoffe in verpackter Form (Annex III), Abwasser (Annex IV), Schiffsmüll (Annex V) sowie zur Luftverunreinigung durch Seeschiffe (Annex VI).?Bislang werden folgende Luftschadstoffe reguliert: Ozon sch?digende Substanzen (ODS; Reg. 12), Stickstoffoxide (NO_x; Reg. 13), Schwefel und Partikel (SO_x; Reg. 14), Flüchtige organische Verbindung (⁠VOC⁠; Reg. 15). Weiterhin sind in Annex VI Vorgaben zur Energieeffizienz für Schiffsneubauten (EEDI; Reg. 19-21) sowie zur betrieblichen Energieeffizienz (SEEMP; Reg. 22) enthalten.

Schwefeloxidemissionen

In der Seeschifffahrt werden überwiegend Schwer?le (heavy fuel oil - HFO) als Kraftstoff eingesetzt.?Dabei handelt es sich um die meist z?hflüssigen, schadstoffbelasteten Reststoffe aus dem Raffinerieprozess.?Um das Schwer?l an Bord der Schiffe zu verwenden, muss es energieintensiv aufbereitet werden: Es muss sowohl zur Pumpf?higkeit erhitzt, als auch von Feststoffen ges?ubert werden. Aus dieser Aufbereitung fallen Rückstandsschl?mme (“Sludge“) an, die im Hafen entsorgt werden müssen. Teilweise werden diese aber immer noch illegal im Meer entsorgt.

Schwer?l weist im Vergleich zu dem im Stra?enverkehr verwendeten Benzin- oder Dieselkraftstoff eine minderwertige Qualit?t sowie einen hohen Schadstoffgehalt durch aromatische Kohlenwasserstoffe und Metalle?auf.?Auch sind die Grenzwerte für die Luftschadstoffemissionen der Seeschiffe selbst in den Emissionssondergebieten (⁠Emission⁠ Control Area – ECA), zu denen Nord- und Ostsee geh?ren, immer noch deutlich h?her als in anderen Verkehrssektoren. W?hrend die Schwefelmenge im Kraftstoff für den Stra?enverkehr einen Anteil von 0,001 Prozent nicht überschreiten darf, liegt der seit dem 1.1.2015 gültige Grenzwert für Schiffskraftstoff in den Schwefelkontrollgebieten (Sulphur Emission Control Area – SECA) mit 0,10 Prozent immer noch um das 100-fache h?her. Seit Anfang 2020 gilt weltweit ein Grenzwert von 0,5 Prozent (MARPOL Annex VI).

Die EU hat die Vorgaben an den Schwefelgehalt im Schiffskraftstoff aus MARPOL Annex VI mit der EU-Schwefelrichtlinie (2012/33/EU) umgesetzt.?Schwefelemissionen k?nnen zu Lungenkrebs und Herzkreislauferkrankungen führen. In der Umwelt führen sie zur ⁠Versauerung⁠ von B?den und Gew?ssern.?Eine emissions?rmere Alternative zu Schwer?l ist die Verwendung von hochwertigerem Marinediesel?l (MDO) oder von Erdgas, das in seiner dichtesten Speicherform als ⁠LNG⁠ bereits im Seeverkehr eingesetzt wird. Für einen entsprechenden Gasantrieb müssen Schiffe umgerüstet und die notwendige Tankinfrastruktur in den H?fen aufgebaut werden.?Der Einsatz von LNG wird jedoch zunehmend kritisch gesehen, da es bei der Vorkette (F?rderung, Verflüssigung, Transport) sowie bei der Verbrennung im Schiffsmotor zu Methanschlupf (Entweichen von Methan) kommen kann. Durch die h?here Treibhausgaswirksamkeit von Methan kann dadurch die bessere Klimagasbilanz (effizientere Verbrennung) aufgehoben werden bzw. sich sogar ins Negative umkehren.

Alternativ zur Verwendung schwefelarmer Kraftstoffe erlauben IMO und EU die Entschwefelung der Abgase über ein Abgasreinigungssystem, Scrubber genannt. Dabei müssen die gleichen Schwefeldioxid-Konzentrationen wie im Betrieb mit schwefelreduziertem Kraftstoff erreicht werden (Entschlie?ung MEPC 259(68)). Bislang sind folgende technische Varianten auf dem Markt:?

• Offene Systeme (Open-Loop-Scrubber) nutzen die Pufferkapazit?t des Meerwassers, um das Schwefeldioxid aus dem Abgas zu entfernen. Das Wasser wird dabei wieder direkt ins Meer eingeleitet.?
• Geschlossene Nassw?scher (Closed-Loop-Scrubber) nutzen Frischwasser und Natronlauge, um die gewünschte Reinigungsleistung zu erzielen. Hier wird ein Gro?teil des Wassers im Kreis geführt, nur geringere Mengen werden ins Meer gegeben oder k?nnen für eine gewisse Zeit in Tanks gespeichert werden. Die anfallenden Reststoffe (?Sludge“) aus der Wasseraufbereitung müssen im Hafen abgegeben werden.?Open- und Closed-Systeme werden oftmals kombiniert als Hybridsystem installiert.
• Trockene Scrubbersysteme arbeiten mit Kalkgranulat, das komplett im Hafen entsorgt werden muss.?

Das Umweltbundesamt hat 2014 eine erste Bewertung der Umweltwirkungen der Scrubbersysteme in einer Studie ver?ffentlicht. Die Guideline für Exhaust Gas Cleaning Systems (MEPC 259(68)) enth?lt Grenzwerte (⁠pH-Wert⁠, ⁠PAK⁠, Trübung, Nitrat) für die Einleitung des Wassers in die Meeresumwelt. Im Rahmen des European Sustainable Shipping Forum (ESSF) werden aktuell Vorschl?ge für eine überarbeitung erarbeitet. Das BSH hat im Rahmen eines ⁠UBA⁠-Projekts die Umweltwirkung der Waschwasserseinleitung aus Scrubbern n?her untersucht.?Die Ergebnisse wurden 2020 in einer Studie ver?ffentlicht.

Stickoxidemissionen

Die bei der Verbrennung im Motor entstehende Stickstoffoxide (NO_x) tragen zur ⁠Eutrophierung⁠ der ?kosysteme bei und stellen eine Gesundheitsgefahr durch die Verursachung von Atemwegs- sowie Herz-/Kreislauferkrankungen dar. Die maximal zul?ssigen NO_x-Emissionen im Abgas werden im MARPOL Annex VI sowie im NO_x-Technical-Code anhand einer Grenzwertkurve in Abh?ngigkeit von der Drehzahl des Motors festgelegt. Diese Grenzwerte werden nach einem durch die IMO festgelegten Zeitplan stufenweise versch?rft (Tier I und II).

Darüber hinaus gelten in durch die IMO festgelegten Stickstoff-Emissionskontrollgebieten (NECAs) besonders strenge NOx-Grenzwerte – allerdings nur für Schiffsneubauten (Tier III). Bislang ist nur die nordamerikanische Küste (USA, Kanada) einschlie?lich Hawaii und der US-amerikanischen Karibik?als NECA ausgewiesen. Nord- und Ostsee sind ebenfalls als NECA ausgewiesen, die NO_x-Tier III Grenzwerte gelten dort für Schiffsneubauten seit Anfang 2021.

Partikelemissionen

Für Partikelemissionen sind in MARPOL Annex VI bislang keine direkten Grenzwerte enthalten, sondern nur indirekt über die Vorgaben zum Schwefelgehalt im Kraftstoff, da diese bislang einen Gro?teil der Partikel darstellen. Partikelemissionen aus der Verbrennung von Kraftstoffen werden im Allgemeinen als gesundheitssch?dlich oder krebserregend eingestuft. Je kleiner die Partikel, desto leichter gelangen sie über die Lunge bis ins Blut. Zus?tzlich k?nnen auf der Oberfl?che von Partikeln gef?hrliche Stoffe wie Schwermetalle oder krebserregende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (⁠PAK⁠) angelagert sein.

Für gro?e Schiffsmotoren sind Ma?nahmen oder Anlagen zur Ru?- und Partikelreduktion bisher nur in geringem Umfang erprobt bzw. eingesetzt. Grunds?tzlich k?nnen auch innermotorische Ma?nahmen und die Verwendung hochwertiger und schwefelarmer Kraftstoffe, die Verwendung eines Landstromanschlusses w?hrend der Liegezeit im Hafen sowie der Einsatz eines Partikelfilters solche Emissionen mindern. Da jedoch keine Grenzwerte für Partikel oder Ru? ("Black Carbon") existieren, mangelt es auch an der Umsetzung von Ma?nahmen in der Praxis.?Die IMO verhandelt seit mehreren Jahren über die Einführung von ?Black Carbon“-Minderungsma?nahmen, um die negative ⁠Klimawirkung⁠ durch Ru?emissionen in der Arktis zu senken. Noch sind jedoch weder Grenzwerte noch Minderungsma?nahmen verabschiedet.

Landstrom

Um die Emissionen w?hrend der Liegezeit der Schiffe im Hafen zu mindern, besteht die M?glichkeit, dass die notwendige Energie für den Bordbetrieb nicht mit den schiffseigenen Hilfsmaschinen, sondern mit externem Strom erzeugt wird. Dafür müssen sowohl landseitig als auch an Bord die entsprechenden technischen Voraussetzungen geschaffen werden (Stromanschluss und Stecker). Da insbesondere Kreuzfahrtschiffe w?hrend der Liegezeit einen hohen Energiebedarf – ?hnlich einer Kleinstadt – haben, ist die Versorgung heute oftmals noch eine Herausforderung für die Stromanbieter. Das ⁠UBA⁠ befürwortet eine solche alternative, emissions?rmere Energieversorgung mit Landstrom im Hafen.

Energieeffizienz und Treibhausgasemissionen

Auch wenn die meisten Schiffstransporte pro ⁠Tonnenkilometer⁠ im Vergleich zu Landtransporten energieeffizienter sind, ist weiterhin gro?es Optimierungspotenzial vorhanden. Um dieses Potenzial abzurufen, hat die IMO 2011 den Energy Efficiency Design Index (EEDI) verabschiedet. Dieser Index setzt die CO₂-Emissionen eines Schiffes, berechnet aus der Antriebsleistung und dem spezifischen Kraftstoffverbrauch, ins Verh?ltnis zur Transportkapazit?t. Der ermittelte Wert muss unterhalb einer schiffstypenbezogenen Referenzlinie liegen, die stufenweise angepasst wird. Der EEDI ist eine erste weltweit gültige Ma?nahme, um den CO₂-Aussto? der Seeschifffahrt zu senken. Da der EEDI nur für Schiffsneubauten gilt und Schiffe eine Lebensdauer von 20-30 Jahren aufweisen, ist der Effekt jedoch erst langfristig wirksam. Die Einführung des EEDI reicht nicht aus, um die steigenden Treibhausgasemissionen des Sektors ausreichend zu senken. Insbesondere fehlen Ma?nahmen, die auch die Bestandsflotte einschlie?en.?

Die "Third IMO Greenhouse Gas Study 2014" enth?lt Daten zum Kraftstoffverbrauch und zur Emissionsentwicklung sowie Szenarien zur Entwicklung der Schiffsflotte und m?gliche Minderungsma?nahmen.?2020 wurde die vierte ?IMO Greenhouse Gas“-Studie fertig gestellt, aber bislang noch nicht der ?ffentlichkeit zur Verfügung gestellt. Weitere Informationen finden sich auf den Seiten der IMO.

Die EU hat 2015 eine??Monitoring, Reporting and Verification Regulation“ (MRV-VO; 2015/757/EU)?verabschiedet, die der Erfassung der schiffsbezogenen CO₂-Emissionen dient. Sie kann auch als Basis für eine marktwirtschaftliche Ma?nahme, wie beispielsweise ein Emissionshandelssystem, dienen. 2018 müssen die Schiffe, die einen EU-Hafen anlaufen, erstmals ihre Emissionen an die EU melden.

2016 hat auch die IMO ein Data Collection System (DCS) zur Erfassung des Kraftstoffverbrauchs verabschiedet, das 2018 in Kraft trat. Im Vergleich zum europ?ischen System werden auf internationaler Ebene weniger Parameter erfasst, beispielsweise muss nicht die reale Transportleistung sondern nur ein Proxy übermittelt werden. Diese Erfassungssysteme sind wichtig, mindern jedoch keine Emissionen.

Die Deutsche Emissionshandelsstelle (DEHSt) ist für die Aufgaben in Zusammenhang mit der überwachung deutschflaggiger Schiffe zust?ndig und ist au?erdem Bu?geldbeh?rde für die nationale Durchsetzung der MRV-Seeverkehrsverordnung für deutsch- und fremdflaggige Schiffe.

Im Jahr 2018 hat die IMO eine Resolution verabschiedet, in der erstmals ein Sektorziel für die Minderung der Treibhausgasemissionen vereinbart wurde. In dieser Strategie hat internationale Staatengemeinschaft vereinbart, die Treibhausgasemissionen des Seeverkehrs um mindestens 50 Prozent bis 2050 im Vergleich zu 2008 zu senken. Um dieses Ziel zu erreichen, arbeitet der Umweltausschuss der IMO (MEPC) aktuell an Programmen und Ma?nahmen.?

Grunds?tzlich k?nnen regulatorische (z. B. Emissionshandelssystem), technische (z. B. optimierte Rumpfform, alternative Kraftstoffe) und auch?betriebliche Ma?nahmen (?Slow Steaming“ – Langsamfahren)?die Treibhausgasemissionen der Schiffe deutlich senken.?Neben dem Aussto? von Luftschadstoffen und Treibhausgasen gibt es weitere Wirkungen des Seeverkehrs, die die (Meeres-)Umwelt beeintr?chtigen.

Der Blaue Engel für die Seeschifffahrt

Seeschiffe k?nnen, wenn sie ambitionierte Umweltschutzma?nahmen an Bord umgesetzt haben, das?Umweltzeichen "Blauer Engel"?betragen.?Der ?Blaue Engel für das umweltfreundliche Seeschiffsdesign“?richtet sich an Reedereien oder Schiffsbetreiber, die einen Schiffsneubau planen. Schon beim Design und beim Bau eines Schiffes sollen die Potenziale zum Schutz der Umwelt genutzt werden. Beispielsweise kann durch eine Optimierung der Rumpfform, das Schiff effizienter konstruiert werden und so Kraftstoff sparen.?Die umfassenden Anforderungen reichen u.a. von der Doppelhülle für Bunkertanks, über Luftschadstoffemissionen, Kühl- und K?ltemittel, anspruchsvolle Abwasseranlagen bis hin zu Korrosionsschutz und Unterwasserschall mindernden Ma?nahmen. Die Vergabekriterien wurden 2020 umfangreich aktualisiert und stehen seit Anfang 2021 auf der Seite des ?Blauen Engels“ zur Verfügung. Dort findet sich auch eine übersicht der mit dem Umweltzeichen ausgezeichneten Schiffe.