Decarbonisation of the navy

Environmental protection is a high priority for major shipping companies for a variety of reasons. But will alternative fuels also play a role in the world's navies in the future?

Während in der Welt zunehmend die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf das Klima in den Fokus rücken, beschäftigt sich die Klassifikationsgesellschaft DNV Maritime (Det Norske Veritas, vormals Germanischer Lloyd), ebenso wie viele andere Unternehmen in der Schifffahrt, mit der Erforschung und Anwendung alternativer Kraftstoffe. Ziel ist es, die Emissionen von Treibhausgasen in diesem Sektor signifikant zu senken. Allerdings benötigen technische Innovationen in der Schifffahrt ihre Zeit und verlaufen nicht linear, wie die Geschichte zeigt. Es hat immerhin 50 Jahre gedauert, bis die erste Dampfmaschine auf einem im weltweiten Frachtverkehr einsetzbaren Dampfschiff genutzt werden konnte, und [ds_preview] es vergingen weitere 50 Jahre, bis die wirklich effiziente Version eines derartigen Schiffes entwickelt war. Die Containerisierung in der Schifffahrt begann bereits 1956, aber erst in den Neunzigerjahren des letzten Jahrhunderts setzte sich der Container als zentrales Element der Branche durch. Dennoch erleben wir derzeit einen rasanten Wandel: Den Übergang zu sauberen Kraftstoffen und einer emissionsfreien Zukunft in der Schifffahrt.

Die Anforderungen an den Betrieb von Marinefahrzeugen unterscheiden sich erheblich von denen an Handelsschiffe, was bei Entscheidungen über die Verwendung alternativer Kraftstoffe berücksichtigt werden muss. Neben der grundlegenden Anforderung, dass solche Kraftstoffe ausreichend Energie für den Antrieb liefern müssen, spielen Bunkerung an Bord und Resilienz der Lieferkette entscheidende Rollen. Zudem ist sicherzustellen, dass eine Änderung des Status quo in diesem Bereich unter keinen Umständen die operativen Aufgaben der Marinefahrzeuge in Frage stellt.

Der DNV hat den Report Alternative Fuels for Naval Vessels unter Rückgriff auf Forschungsergebnisse aus aller Welt bezüglich alternativer Kraftstoffe sowohl aus der Handelsschifffahrt als auch aus verschiedenen Marinebereichen herausgegeben. Mit diesem Whitepaper teilt der DNV intern vorliegendes Wissen und Erfahrungen, um Entscheidungsträgern technische und betriebliche Informationen über eine Reihe alternativer Antriebsformen bereitzustellen, um damit der Übergang zu einer kohlenstoffärmeren Zukunft zu ermöglichen. Das Ergebnis ist ein wertvoller Ausgangspunkt für jede Marine, die nach fundierten Grundlagen über mögliche Optionen zur Einführung alternativer Kraftstoffe in ihrer Flotte sucht.

Die Dringlichkeit verstärkter Maßnahmen zur Dekarbonisierung in der Schifffahrt zeigte sich in den Diskussionen auf der Sitzung des Marine Environment Protection Committee der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation IMO im Juni 2021. Sie äußert sich auch im öffentlichen Druck auf Regierungen und kommerzielle Organisationen, strenge Maßnahmen im Zusammenhang mit Treibhausgasemissionen zu ergreifen. Als Ausgangspunkt ihrer Strategie legt die IMO bedeutende Ziele fest, um bis 2050 die gesamten Treibhausgasemissionen des maritimen Sektors um 50 Prozent zu reduzieren, was eine drastische Veränderung der Kraftstoffnutzung zur Folge haben wird. Auf EU-Ebene kündigte die Europäische Kommission im sogenannten Green Deal an, dass die Emissionen von Treibhausgasen aus dem gesamten EU-Verkehr bis 2050 sogar um 90 Prozent gesenkt werden sollen – und gibt dabei auch vor, wie dies die Schifffahrt betreffen wird. Für aktuelle und absehbare Schiffsbestände der Marinen hat allerdings die Nutzung alternativer Kraftstoffe mit dem Ziel der Dekarbonisierung bisher noch keine sichtbare Rolle gespielt.

Der DNV-Report gibt einen Überblick über die derzeitige Nutzung und listet Vor- und Nachteile verschiedener alternativer Kraftstoffe auf. Eingeschlossen ist eine Erfassung aktueller Marineplattformen mit alternativen Kraftstoff-Antrieben, ohne dass spezifische Schlussfolgerungen gezogen werden, oder dass ein Kraftstoff gegenüber einem anderen bevorzugt würde. Überlegungen zur zukünftigen Verwendung alternativer Kraftstoffe an Bord von Marinefahrzeugen beruhen auf Auswertungen von Fallstudien und Umfrageergebnissen. Dieses Whitepaper soll fundierte Entscheidungen im Rahmen von Neubau- und Modernisierungsvorhaben ermöglichen.

Nach Analysen im Maritime Forecast To 2050 des DNV liegen drei Gründe für das Vorantreiben einer Dekarbonisierung des maritimen Verkehrs vor: Das Befolgen von Vorschriften und Richtlinien durch die Schiffseigner, das Steigern der Attraktivität für Investoren und Kapital sowie das Erfüllen von Erwartungen der Ladungsinhaber und Endverbraucher. Auch hierzu versucht das Whitepaper für die Marine Parallelen aufzuzeigen.

Alternative Kraftstoffe werden definiert als alles, was über traditionelle fossile Brennstoffe wie Schweröl hinausgeht. Dazu gehören Biokraftstoffe, Ethanol, Methanol, Wasserstoff, elektrische Energie, Erdgas, Propangas und synthetische Transportkraftstoffe. In den letzten Jahren haben sich Methanol, Wasserstoff und Ammoniak als praktikabelste Optionen für den maritimen Sektor herausgestellt.
Auch die seit den 1960er-Jahren bei einigen Marinen als Antriebsform genutzte Kernenergie wird betrachtet. Aufgrund der Diskussionen über ihre Machbarkeit war der Einsatz von Kernenergie in der Schifffahrt bisher begrenzt. Derzeit erscheint die Technologie des Flüssigsalzreaktors als langfristig beste Option, weil sich die technischen Risiken als beherrschbar gezeigt haben und eine Kernschmelze ausgeschlossen werden kann. Mit einem Leistungsspektrum bis zu 20 Megawatt liegt diese Technologie passgenau im Energiebedarf der Schifffahrt.

Im Jahr 2018 gab das US-Verteidigungsministerium bekannt, dass alternative Kraftstoffe für den operativen Einsatz zugelassen seien. Seither werden Alternativen wie Biokraftstoffe, Kernbrennstoffe und Brennstoffzellen für Marinefahrzeuge in Betracht gezogen. Ein entscheidender Aspekt dabei ist der betroffene Schiffstyp und sein Einsatzprofil, denn auch das jeweilige Operationskonzept hat maßgeblichen Einfluss auf die Schiffskonstruktion, wenn zukünftig alternative Kraftstoffe in der Marine genutzt werden sollen.

Logistik ist entscheidend

Bei einer Umfrage in 130 Nutzergruppen von zwölf Marinen wurde von 80 Prozent der Befragten als einer der vier wichtigsten Aspekte beim Einsatz alternativer Kraftstoffe die Verfügbarkeit des Kraftstoffs und die Möglichkeit des Wechsels von einem zum anderen genannt. Geräuscherzeugung und Geräuscherfassbarkeit landeten als Bedenken auf dem letzten Platz. Laut der Umfrage muss jedoch zunächst der Gesamtaspekt Logistik geregelt und geklärt sein, bevor alternative Kraftstoffe erfolgreich in der Marine zum Einsatz kommen können. Nachrangig auch hier die Fragen zur Standardisierung und Sicherheit. Darüber hinaus bevorzugten mehr als 80 Prozent der Befragten Biokraftstoffe gegenüber anderen Optionen wie Ammoniak, Methanol und Kohlenwasserstoffen.

Mit dem letztendlichen Ziel der Dekarbonisierung gilt es vorrangig, einen Kraftstoff zu entwickeln, der einen Netto-Null-Kohlenstoff-Fußabdruck aufweist – und relativ günstig herzustellen ist. Mit der IMO-Richtlinie, die gesamten Treibhausgasemissionen im Schiffsverkehr bis 2030 um 30 Prozent und bis 2050 um 50 Prozent zu senken, wird nun erwartet, dass die Entwicklung alternativer Kraftstoffen durch staatliche Unterstützung deutlich beschleunigt wird. Was die Anwendung neuer Kraftstoffe betrifft, geht die Mehrheit der Marinen davon aus, dass alternative Kraftstoffe zuerst auf Hilfsschiffen zur Anwendung kommen werden, bevor Kampfschiffe wie Fregatten und Zerstörer diese Antriebstechnologien übernehmen können.

In der aktuellen Ausgabe des DNV-Reports werden die Aspekte Nachversorgung auf See und Überlebensfähigkeit noch nicht ausführlich behandelt, weil sie zunächst weiterer technologischer und sicherheitstechnischer Analysen bedürfen.

Christian Freiherr von Oldershausen ist Vizepräsident Sales & Marketing und Business Director Navy bei der Klassifikationsgesellschaft DNV.

Christian Freiherr von Oldershausen