Kohlendioxid- und Schadstoff-Emissionen: Vergleich Kreuzfahrtschiff versus rechnerischer PKW-Flotte (Kurzfassung)

Seit Langem kritisiert der Naturschutzbund Deutschland (NABU) massiv die Schifffahrt, vor allem die Kreuzschifffahrt. Von „Dreckschleudern“ ist da die Rede und von „Skandalen“ – kein Wunder, dass etliche Reeder und Hersteller der Schiffsmotoren dem NABU Stimmungsmache und einseitigen Lobbyismus für die Automobilbranche vorwerfen. Denn in der Tat sind nur 0,3 Volumen-Prozent der von den großen Schiffs-Dieselmotoren ausgestoßenen Abgase Schadstoffe; an deren Reduzierung wird entsprechend der geltenden und künftigen internationalen Gesetzeslage ständig intensiv geforscht und gearbeitet.

So manche NABU-Aussage zum Thema Schiffsemissionen ist nicht überprüfbar. Viele NABU-Forderungen sind ökonomisch unrealistisch oder technisch nicht durchführbar. Ein Teil der Medien und der Öffentlichkeit schließt sich den NABU-Angriffen kritiklos an, sodass die Schifffahrt im falschen Licht erscheint.

Hinweis der Redaktion: Dieser Gastbeitrag von Horst Köhler ist in Zusammenhang mit dem Beitrag „Interview: Falsche Nabu-Zahlen und Wege zu niedrigeren Emissionen bei Kreuzfahrtschiffen“ zu betrachten. Köhler stellt in diesem Gastbeitrag die Details seiner Nachberechnungen in Hinblick auf die Zahlen des Nabu dar, die in dem Interview thematisiert werden.

NABU-Behauptung: „Ein einziges Kreuzfahrtschiff stößt pro Tag so viele Schadstoffe aus wie fünf Millionen Autos“

Diese Aussage des Naturschutzbundes ist zwar schon etliche Jahre alt, wird aber nach wie vor über die sozialen Netzwerke verbreitet. Bevor diese Behauptung im Nachfolgenden auf ihre Richtigkeit überprüft wird, stellt sich die Frage, ob Vergleiche Schiff / PKW überhaupt sinnvoll sind. Sie sind es aus folgenden Gründen nicht: ein Auto bringt im Schnitt ein oder auch zwei Personen in kurzer Zeit von Punkt A nach B, ein großes Schiff z.B. eine 100.000 Tonnen schwere Fracht oder im Fall von Kreuzfahrtschiffen mehrere tausend Urlaub machende Passagiere über längere Strecken und mehrere Tage. Für PKW und Schiff gelten unterschiedliche und schwer vergleichbare Regelwerke: so werden PKW-Emissionen in g Substanz je km angegeben und reglementiert, die eines Schiffes aber in g Substanz je kWh. Schließlich: wie soll man bei einem Emissionsvergleich Schiff / PKW deren stark unterschiedliche Lebensdauern angemessen berücksichtigen?

Unrealistischer NABU-Emissionsvergleich

Der NABU hatte zunächst für ein nicht näher bezeichnetes Kreuzfahrtschiff die emittierten Tagesmengen an Kohlendioxid (CO₂), Schwefeloxid (SOx), Stickoxid (NOx) und Partikel (PM) abgeschätzt, grob als „Quersumme“ dargestellt und diese Menge der Abgasemission einer PKW-Flotte von 5 Millionen Autos gleichgesetzt. Dies ist jedoch nicht zulässig, denn unterschiedliche Schadstoffe haben verschiedene klimatische Auswirkungen und dürfen deshalb nicht einfach aufsummiert werden. Außerdem ist das ungiftige CO₂ ein Treibhausgas und kein Schadstoff wie SOx, NOx und PM, was der NABU offensichtlich anders sieht. Leider nennt er nur wenige der getroffenen Annahmen, sodass seine Berechnung wenig transparent ist.

Das vom NABU gewählte Kreuzfahrtschiff hat eine Antriebsleistung von 36.000 kW und verbrennt Schweröl mit einem Schwefelgehalt von 2,7 Prozent. Die emissionsgleiche PKW-Flotte setzt sich aus Euro 4-Fahrzeugen zusammen. Mit Emissionsfaktoren für die Schiffsmotoren und die KFZ-Motoren aus einem nicht näher bezeichneten „Standardwerk“ kommt der NABU in einer mittlerweile nachgebesserten Studie zu folgendem Ergebnis: das Kreuzfahrtschiff stößt pro Tag

• so viel SOx aus wie 376 Millionen PKWs,
• so viel NOx wie 421.150 PKWs,
• so viel PM wie 1,05 Millionen PKWs und
• so viel CO₂ wie 83.680 PKWs.

Unklar bleibt, von welchem Betriebs-Lastprofil für die Schiffsmotoren ausgegangen wurde, wie viele der insgesamt an Bord befindlichen Schiffsmotoren tatsächlich auch in Betrieb sind und wie das Verhältnis von Benzin- und Dieselmotoren in der PKW-Flotte ist. Mehrere gravierende Schwächen zeigen sich, wenn man sich etwas näher mit den NABU-Zahlen befasst und die veröffentlichten Ergebnisse auf die jeweiligen Betriebszeiten „zurückrechnet“. So ist es ist für den Emissionsvergleich unakzeptabel, für die PKWs von einer zurückgelegten (Tages-)Strecke von nur jeweils circa 37 km und somit einer Fahrtzeit von weniger als einer halben Stunde mit entsprechend geringer Abgasemission auszugehen (den Rest des Tages ist das Fahrzeug wohl geparkt), für das Kreuzfahrtschiff dagegen von einer Tages-Betriebszeit von fast 24 Stunden und einer um das 25-fache längeren Fahrtstrecke. Ein „schiefes“ Bild ergibt auch die Bestimmung von SOx: bei den PKWs rechnet der NABU mit einem Schwefelgehalt von nur 0,005 kg/t (= 0,0005 Prozent), während der Schwefelgehalt im Schiffskraftstoff mit 2,7 Prozent um den Faktor 5400 höher ist. Schweröl enthält in der Tat bis zu 3,5 Prozent Schwefel, doch Zweifel sind erlaubt, ob 2011/12 überall schon PKW-Kraftstoff mit nur 0,0005 Prozent Schwefel getankt wurde.

Emissionsvergleich des Autors

Wegen der Unsicherheiten der NABU-Abschätzung hat der Autor dieses Artikels einen realistischen Emissionsvergleich Kreuzfahrtschiff / PKW, wie NABU ebenfalls für den Stand der Motorentechnik in 2011/12, durchgeführt. Für die Berechnung gelten folgende Annahmen:

Kreuzfahrtschiff (Celebrity Silhouette) für maximal 2.886 Passagiere + 1.250 Personen Crew mit vier Common Rail-Dieselmotoren mit je 16.800 kW Leistung, also insgesamt 67.200 kW (dieselelektrischer Antrieb, während der normalen Fahrt auf See sind nur drei Motoren mit 85 Prozent Leistung in Betrieb, der vierte befindet sich im Stand-by), Fahrtstrecke ohne Stopp bei betriebswarmen Motoren 500 km, Kraftstoff ist Schweröl mit durchschnittlich 2,25 Prozent Schwefel, das Schiff verfügt über keine Abgasreinigungsanlagen; Kraftstoffverbrauch und Emissionsfaktoren nach Herstellerangaben; Kraftstoffverbrauch (und damit auch alle Emissionen) gegenüber gemessenen Probestandswerten um insgesamt 15 Prozent erhöht (wegen der Verbrennung von Schweröl statt sauberem Dieselkraftstoff wie auf dem Probestand des Herstellers; Berücksichtigung eines etwas schlechteren Verbrauchs unter den erschwerten realen Bord- und Umgebungsbedingungen).

PKW-Flotte, bestehend zu 70 Prozent aus Benzinfahrzeugen und zu 30 Prozent aus Dieselfahrzeugen überwiegend nach Euro 4-Norm, aber auch mit Euro 3- und Euro 5-Autos; jeder PKW der Flotte legt ebenfalls 500 km bei warmen Motoren in zügiger Streckenfahrt und ohne Stopps zurück; mittlerer Schwefelgehalt des PKW-Kraftstoffs = 0,001 Prozent (= 10 mg/kg); Emissionsfaktoren in mg/km für den realen Straßenverkehr, also nicht für die idealen Werte, die beim Hersteller auf dem Rollenprüfstand nach dem NEFZ-Prüfverfahren ermittelt wurden (Beispiel für NOx: nach auto, motor und sport 6/2019 stieß ein in 2005 zugelassener Diesel im Schnitt 800 mg NOx/km aus, der Euro 4-Grenzwert betrug damals 250 mg NOx/km).

Die weiteren Annahmen, der genaue Rechengang und das Literaturverzeichnis können dem 13seitigen Originalmanuskript des Autors entnommen werden, das auf Wunsch zugesendet wird (Anfragen bitte an hwm-koehler @ web.de).

Ergebnisse der Berechnung und Diskussion

Die nachstehende Tabelle zeigt als Ergebnis der Berechnung für das Treibhausgas CO₂ und für fünf Schadstoffe (zusätzlich wurden noch Kohlenmonoxid, CO, und Kohlenwasserstoff, HC, bestimmt) jene PKW-Anzahl, die während einer 500-km-Streckenfahrt die gleich hohen Emissionen wie das Kreuzfahrtschiff Celebrity Silhouette an die Umgebung ausstößt.

Die Diskrepanzen (4. und 5. Spalte) sind eklatant. Die vom NABU veröffentlichten PKW-Zahlen (5. Spalte) erweisen sich nämlich je nach Abgassubstanz gegenüber den Zahlen des Autors beim 500-km-Szenario um den Faktor 13 (für NOx) bis 53,5 (für SOx) überhöht. Und dies, obwohl der Autor für seine Rechnung das deutlich größere und antriebsstärkere Kreuzfahrtschiff Celebrity Silhouette gewählt hat, deren Motoren entsprechend mehr Kraftstoff verbrennen und damit Abgase emittieren als das von NABU zugrunde gelegte Kreuzfahrtschiff. Dies deutet auf Schwächen in den Annahmen bzw. der Rechnung von NABU hin.

Wie schon erwähnt ist ein Emissionsvergleich Schiff / PKW wenig sinnvoll. Die folgende Tabelle zeigt deshalb die vom Autor aus der ersten Tabelle für das 500-km-Szenario errechneten Abgasbestandteile je Kilometer und je „beförderte“ Person, also je Pers.-km. Für das Kreuzfahrtschiff ging dafür die Zahl der Passagiere ein (= 2.886), jedoch nicht die 1.250-köpfige Mannschaft. Unberücksichtigt blieb, dass nur rund 60 Prozent der insgesamt verbrauchten Kraftstoffmenge und der erzeugten Emissionen auf den Schiffsantrieb entfällt, der Rest auf den Hotelbetrieb. Für die PKW-Flotte wurde angenommen, dass jedes Fahrzeug auf seiner 500-km-Strecke mit durchschnittlich 1,3 Personen besetzt ist.

Diese Gegenüberstellung vermittelt einen ganz anderen Eindruck als die NABU-Zahlen. Der CO₂-Ausstoß von Kreuzfahrtschiff und PKW ist tendenzmäßig vergleichbar, der Ausstoß an giftigem CO beim Schiff sogar besser. Dass das Kreuzfahrtschiff bei NOx und den Schadstoff-Emissionen (derzeit noch!) schlechter abschneidet als der PKW, hängt mit dem viel schärferen PKW-NOx-Emissionsgrenzwert und dem schwefelfreien PKW-Kraftstoff zusammen. Der SOx-Ausstoß eines Verbrennungsmotors hängt nämlich allein vom Schwefelgehalt des Kraftstoffs ab, der auch die HC- und PM-Emissionen beeinflusst.

Mit dem Inkrafttreten der anspruchsvollen TIER III-Obergrenze für NOx für neue seegängige Schiffe und der erlaubten Schwefelhöchstgrenze von weltweit nur noch 0,5 Prozent für alle Schiffe (nicht nur Neubauten) ab 2020 werden die Werte für die Schifffahrt entsprechend sinken. Wer allerdings die Mehrkosten für den dann teuren sauberen und schwefelfreien Marinediesel (Dieselöl) anstatt schwefelhaltigem Schweröl und/oder voluminöse Abgas-Nachbehandlungssysteme an Bord bezahlt, muss sich noch zeigen. Bisher ist Marinediesel noch nicht einmal in allen Häfen in genügender Menge für die Fahrt auf See verfügbar.