die möglichen Treibstoffe und dessen Bewertung von Leuten aus der Branche. Sowohl in 5 Jahren als auch in 10 Jahren steht LNG/LPG/CNG an der Spitze. Auf 10 Jahressicht befindet sich dann aber Wasserstoff als Kraftstoff schon auf Platz 3, Ammoniak auf Platz 4 und Brennstoffzellen auf Platz 8.
Das ist schon ein klares Zeichen, dass die Leute aus der Branche an Alternativen denken und die auch in der Zukunft sehen.
Auf den Link klicken, dann seht ihr die nette Grafik.
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Alternative Kraftstoffe - Was bringt die Zukunft für die Schifffahrt?
Die Schifffahrtsindustrie spielt eine entscheidende Rolle in einer Netto-Null-Kohlenstoff-Zukunft. Als Reaktion auf das Pariser Klimaabkommen hat die Internationale Schifffahrtsorganisation (IMO) ehrgeizige Ziele gesetzt, die Treibhausgasemissionen bis 2050 im Vergleich zu 2008 zu halbieren und gleichzeitig die Intensität der Kohlendioxidemissionen bis 2030 um 40 % und bis 2050 um 70 % zu reduzieren.
In unserem kürzlich erschienenen Bericht "The Sustainability Imperative" - der auf einer Reihe von ausführlichen Interviews und einer weltweiten Umfrage unter 545 Führungskräften aus der Branche beruht - zeigten die Ergebnisse, dass weniger als ein Drittel der Schifffahrtsunternehmen plant, in den nächsten fünf Jahren Alternativen zu traditionellem Bunkertreibstoff oder Flüssiggas wie LNG oder LPG zu verwenden; möglicherweise aus Vorsicht und dem Wunsch heraus, eine Entscheidung zu vermeiden, die sich bei einer 20- bis 30-jährigen Investition als falsch herausstellen könnte. Dennoch deutet der Bericht auch darauf hin, dass, wie eine Quelle anmerkte, "andere alternative Brennstoffe nach LNG kommen müssen und die Industrie weiter daran arbeiten muss, diese zukünftigen kohlenstoffneutralen Brennstoffe zu finden". Es war auch interessant zu sehen, welche alternativen Kraftstoffe von den Umfrageteilnehmern derzeit in Betracht gezogen werden, wie im folgenden Diagramm dargestellt.
Es folgt eine kurze Zusammenfassung der möglichen Kraftstoffe, die Schweröl ("HFO") ersetzen könnten. Es scheint klar zu sein, dass es weiterhin einen Bedarf an flüssigen Kraftstoffen für die Hochseeflotte und für lange Seepassagen geben wird, da sich bisher keine andere Möglichkeit zur Speicherung großer Energiemengen angeboten hat. Es gibt eine Reihe zusätzlicher Lösungen, die sich auf Batterie- oder Hybridtechnologie konzentrieren, die besser für die Kurzstreckenflotten geeignet scheinen, da diese eine geringere Entfernung zwischen potenziellen Auflade-/Tankstellen zurücklegen müssen. Diese Technologien und wie sie die aktuellen Handelsmuster verändern könnten, werden Thema eines späteren Artikels sein. Auch wenn sich einige dieser Kraftstoffe (und Technologien) letztendlich als Zwischenlösungen erweisen könnten, bleiben sie ein wesentlicher Bestandteil auf dem Weg der Branche in eine kohlenstoffneutrale Zukunft.
Verflüssigtes Erdgas ("LNG")
Chemisch gesehen ist LNG dem Erdgas sehr ähnlich, das derzeit für häusliche und industrielle Zwecke verwendet wird. LNG ist aufgrund seines Produktionsprozesses praktisch schwefelfrei. Die Verwendung von LNG führt dazu, dass der Schwefel aus dem Abgas nahezu eliminiert wird, was zu einer besseren Luftqualität führt.
LNG wird in isolierten Tanks gelagert, da sein Siedepunkt bei atmosphärischem Druck bei -162°C liegt. Während LNG eine höhere Energiedichte als HFO hat, hat es eine niedrige volumetrische Dichte, was dazu führt, dass die Lagerung von LNG-Kraftstoffen doppelt so viel Platz benötigt wie die von HFO. Aufgrund der einzigartigen Konstruktion der Tanks können diese bis zu dreimal so viel Platz einnehmen wie die Lagerung von HFO. Dies kann ein Problem darstellen, wenn eine nachgerüstete LNG-Anlage in Betracht gezogen wird.
Schlupf ist auch ein Faktor. Schlupf entsteht dadurch, dass nicht der gesamte Kraftstoff im Verbrennungsprozess des Motors verbrannt wird oder Gas beim Umfüllen verloren geht. Ein großer Teil des Vorteils der geringeren CO2-Freisetzung dieses Kraftstoffs bei der Verwendung als Kraftstoff kann aufgrund von Schlupf verloren gehen. Methan (der Hauptbestandteil von LNG) verweilt zwar kürzer in der Atmosphäre als CO2, aber seine Wirkung als Treibhausgas ist über einen Zeitraum von 100 Jahren etwa 25-mal größer als die von CO2. Folglich muss es technologische Fortschritte geben, um ein Abrutschen in der Liefer-/Verbrauchskette zu verhindern.
Die Infrastruktur für das Bunkern von LNG wird weiterhin schnell verbessert und LNG ist weltweit verfügbar, wenn auch, wenig überraschend, nicht so flächendeckend wie HFO.
Die LNG-Technologie ist heute verfügbar und immer mehr Schiffe werden in Betrieb genommen, die mit LNG betrieben werden. LNG ist derzeit keine vollständige Antwort auf das Problem der Schiffskraftstoffe, obwohl es in Kombination mit Fortschritten bei der Kohlenstoffabscheidung und anderen Technologien, die sich in der Zukunft unweigerlich entwickeln werden, ein starker Anwärter ist. Sicherlich bietet es derzeit eine saubere Lösung für einige der drängenderen Probleme der Umweltverschmutzung und insbesondere der Luftqualität in Hafengebieten.
Liquified Petroleum Gas ("LPG")
Unter dem Begriff LPG versteht man ein Gemisch aus Propan und Butan in flüssiger Form. Im Allgemeinen wird es als Nebenprodukt der Erdölraffinierung angesehen. Die Verwendung als Kraftstoff führt zu einer 16%igen Reduzierung der CO2-Emissionen im Vergleich zu HFO auf einer gleichwertigen Basis. Ähnlich wie bei LNG werden bei der Verwendung von LPG die Schwefelemissionen bei der Verbrennung des Kraftstoffs weitgehend eliminiert. LPG kann in Zwei- und Viertaktmotoren und auch in Gasturbinen verwendet werden.
LPG scheint auch eine attraktive Alternative zu sein, um den Ersatz von HFO zu lösen, aber wie bei LNG muss auch hier das Problem des Schlupfes berücksichtigt werden, obwohl das Erwärmungspotenzial von LPG drei- bis viermal höher ist als das von CO2.
Die Lagerung von LPG erfolgt entweder unter Druck oder gekühlt. Die einfachere und bevorzugte Lösung ist die Lagerung des Kraftstoffs unter Druck. Die Lagerung unter Druck ist einfacher zu installieren, wenn die LPG-Anlage nachgerüstet werden soll. Wie bei LNG erfordert die LPG-Lagerung größere Tanks.
Derzeit gibt es für LPG weniger Infrastruktur als für LNG, aber da dieser Kraftstoff immer häufiger verwendet wird, könnte sich dies ändern. LPG kann mit Landanschlüssen gebunkert werden, kann aber auch von Schiff zu Schiff gebunkert werden.
Methanol
Methanol hat den niedrigsten Kohlenstoffgehalt und den höchsten Wasserstoffgehalt aller flüssigen Kraftstoffe und hat den Vorteil, dass es bei atmosphärischem Druck flüssig gelagert werden kann. Es kann auch in Zwei- und Viertaktmotoren verwendet werden. Methanol ist außerdem weithin verfügbar: 88 der 100 größten Häfen der Welt können es liefern.
Die Produktion von Methanol erfolgt hauptsächlich aus Erdgas oder Kohle, aber auch aus erneuerbaren Ressourcen wie landwirtschaftlichen Abfällen, Papierfabriken und Schwarzlauge aus Zellstoff. Betrachtet man den gesamten Lebenszyklus (Well-to-Wake) von Methanol, einschließlich der Herstellung des Kraftstoffs aus Erdgas, sind die gesamten Kohlendioxid-Emissionen ähnlich oder leicht höher als die entsprechenden Emissionen von Kraftstoffen auf Ölbasis - bei der Herstellung von Methanol aus Kohle ist dies deutlich höher. Methanol gilt jedoch als sauberer Kraftstoff, der geringe THG-Emissionen (SOx, NOx und Feinstaub) erzeugt und als Schiffskraftstoff die Anforderungen der strengsten Emissionskontrollgebiete erfüllt.
Standard-Kraftstofftanks, die für die Lagerung von HFO oder Schiffsdiesel verwendet werden, können auch für die Lagerung von Methanol genutzt werden, erfordern aber gewisse Modifikationen, vor allem wegen des niedrigen Flammpunkts. Für die Lagerung von Methanol wird aufgrund der geringen Energiedichte etwa der zweieinhalbfache Platz benötigt.
Wasserstoff
Wasserstoff ist ein ungiftiges Gas und wird daher als echte Alternative zu fossilen Brennstoffen oder kohlenstoffbasierten Alternativen gesehen. In der wissenschaftlichen und technischen Gemeinschaft gibt es einige Diskussionen darüber, wie praktikabel Wasserstoff als sauberer Kraftstoff ist, aber es scheint eine der Lösungen mit der längsten Zukunft zu sein. Wasserstoff wird auch als eine neue Technologie angesehen, wobei Brennstoffzellen die bevorzugte Lösung für den Verbrennungsmotor sind.
Wenn Wasserstoff auf Schiffen als Kraftstoff verwendet wird, kann er als kryogene Flüssigkeit, komprimiertes Gas oder chemisch gebunden gespeichert werden, da der Siedepunkt von Wasserstoff sehr niedrig ist. Wasserstoff erzeugt keine Kohlendioxid-Emissionen, wenn er in Brennstoffzellen als Energiewandler eingesetzt wird, und könnte die Emission von Treibhausgasen (NOx, SOx, Feinstaub) auf Schiffen eliminieren. Die Verwendung von Wasserstoff mit Verbrennungsmotoren könnte auch andere THG als NOx eliminieren, da NOx immer ein Nebenprodukt der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor ist.
Die Energiedichte von Wasserstoff ist etwa dreimal so hoch wie die von HFO, die volumetrische Dichte jedoch deutlich geringer. Folglich nimmt der verflüssigte Wasserstoff bei der Speicherung etwa den fünffachen Raum der gleichen Energie ein, die in HFO gespeichert ist. Wird Wasserstoff als komprimiertes Gas gespeichert, erhöht sich das gleiche Verhältnis auf das 15-fache Volumen von HFO. Wasserstoff ist außerdem das kleinste Molekül im Universum und kann durch die kleinsten Lücken entweichen.
Am häufigsten wird Wasserstoff im Transportsektor durch die Reformierung von Erdgas verwendet. Wenn das bei einer solchen Reformierung entstehende CO2 aufgefangen werden könnte, wäre Wasserstoff für den Transport eine emissionsfreie Lösung. Das gleiche Ergebnis kann erreicht werden, wenn Wasserstoff mit erneuerbarer oder nuklear erzeugter Energie erzeugt wird.
Derzeit gibt es aufgrund der sehr geringen Nachfrage weltweit keine Infrastruktur zum Bunkern von Wasserstoff für Schiffe. Die Technologie zur Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse ist bekannt und leicht verfügbar und könnte daher in Häfen angewendet werden, vorausgesetzt, es gibt genügend kohlenstofffreie elektrische Energie, um den Produktionsprozess aufrechtzuerhalten.
Weitere Informationen zum Thema Wasserstoff finden Sie in unserer Wasserstoff-Serie hier.
Ammoniak
Ammoniak ist ebenfalls kohlenstofffrei, obwohl es derzeit hauptsächlich aus Wasserstoff auf Basis fossiler Brennstoffe hergestellt wird. Fortschritte bei der Herstellung von Ammoniak könnten jedoch irgendwann in der Zukunft die Produktion von erneuerbarem Ammoniak ermöglichen. Wenn Ammoniak aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt werden kann, könnte es eine weitere erneuerbare Kraftstofflösung darstellen. Wie Wasserstoff erfordert es ein Umdenken in der aktuellen Motorentechnologie.
Die Energiedichte von Ammoniak ist geringer als die der kohlenstoffbasierten Alternativen. In flüssiger Form und bei atmosphärischem Druck kann es bei -33,4°C gelagert werden und löst damit einige der Lagerungsprobleme im Vergleich zu Wasserstoff. Bei einer Speichertemperatur von 20°C würde der Speicherdruck nur 10 bar erfordern. Leider ist Ammoniak eine schwieriger zu lagernde und zu verwendende Substanz. Es ist hochgiftig und korrosiv und erfordert Kraftstofflager- und -transfersysteme, die aus rostfreiem Stahl und Teflondichtungen bestehen. Dies stellt eine Reihe von Herausforderungen dar, nicht zuletzt aus Sicht der Gesundheit und Sicherheit.
Die relativ niedrige Energiedichte von Ammoniak bedeutet ein höheres Lagervolumen, aber nur etwa zweieinhalbmal so viel wie HFO.
Eine mögliche Lösung für das Problem der Energiedichte ist das Mischen von Ammoniak mit Wasserstoff, der eine höhere Energiedichte aufweist. Die Situation in Bezug auf die Verteilung und die verfügbaren Technologien in Bezug auf Ammoniak ist ähnlich wie die von Wasserstoff.
Es gibt derzeit wenig bis gar keine Bunkerinfrastruktur für Ammoniak, da es keine kommerzielle Nachfrage gibt, und die Schifffahrtsindustrie muss die Herausforderungen der Lagerung und des Transfers meistern, wo andere versagt haben. Viele Branchenteilnehmer setzen sich jedoch intensiv mit Ammoniak auseinander. Wie der Ausdruck schon sagt: "watch this space"!
Fazit
Es ist klar, dass kein einziger Kraftstoff derzeit eine Komplettlösung darstellt. Die oben aufgeführten, derzeit weit verbreiteten kommerziellen Anwendungen reduzieren, aber eliminieren nicht die Kohlenstoffemissionen ihrer Nutzung. Einige Kritiker gehen sogar so weit zu sagen, dass sie aufgrund der erwärmenden Wirkung von absichtlichem und unabsichtlichem Entweichen des Brennstoffs ein größeres Risiko darstellen. Wasserstoff und Ammoniak, die als sauberere Alternativen für die Zukunft erscheinen, sind noch nicht reif für eine breite kommerzielle Anwendung und dieser Tag scheint noch in weiter Ferne zu liegen.
Die Beweise für den Klimawandel bedeuten, dass Maßnahmen zur Nutzung einer alternativen Kraftstoffquelle sofort erforderlich sind. In unserem Bericht vertrat fast die Hälfte der Umfrageteilnehmer die Ansicht, dass es Aufgabe der Regierungen sei, die Erforschung alternativer Kraftstoffe und anderer Effizienzsteigerungen in der Schifffahrt zu finanzieren, was von Finanziers und Betreibern in allen Regionen weitgehend geteilt wurde. In Ermangelung einer eindeutigen Einzellösung und in Anbetracht des Spektrums an Optionen (von denen sich keine besonders gut ergänzt), würde die Branche zumindest von Anreizen und Leitlinien (wenn nicht mehr) für die zu treffende Wahl profitieren. Ein zügiger Übergang zu einer Zwischenlösung (oder zu "Übergängen"), deren Vorteile die Nachteile überwiegen und die die Umsetzung einer endgültigen Lösung nicht behindert, wäre sicherlich von Vorteil, wenn dies erreicht werden könnte.
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