Marinediesel, Schweröl & Co. – Schiffstreibstoffe im Überblick

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Kreuzfahrtschiff bunkert Treibstoff in Venedig

Kreuzfahrtschiff bunkert Treibstoff in Venedig

Kreuzfahrtschiffe stehen in der Kritik wegen ihres Schadstoff-Ausstoßes. Auch wenn das Thema die gesamte Schifffahrt betrifft, steht die Kreuzfahrt mit ihrem Anteil von lediglich 0,52 Prozent im Mittelpunkt der öffentlichen Diskussion. Von populistischen Kampagnen fraglichen Inhalts bis hin zu differenzierten, aber schwer zu konsumierender Studien reicht die Palette der Wortmeldungen.

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In der Diskussion geraten häufig schon die verschiedenen Treibstoffarten durcheinander oder werden irreführend bezeichnet. Zusätzlich zum Durcheinander trägt bei, dass in der Schifffahrt andere Begrifflichkeiten verwendet werden als in anderen Industriezweigen und die Bezeichnungen teils recht verwirrend formuliert sind.

Unser Beitrag kann und will das komplexe Thema nicht in alle wissenschaftliche Details zerlegen, soll aber ein wenig Licht in das Durcheinander bringen. Wir wollen vor allem zeigen, welche Schiffstreibstoffe derzeit für Kreuzfahrtschiffe in Frage kommen, welche tatsächlich verwendet werden und welche Qualitäten und Emissionswerte diese Treibstoffe bei ihrer Verbrennung haben.

Update: Inzwischen ist LNG (Liquefied Natural Gas) zu einer realen Alternative geworden, die bei Fähren bereits eingesetzt wird und in der Kreuzfahrt ab 2019 mit ersten dafür ausgerüsteten Schiffen bei AIDA und Costa Einzug halten wird. Dieser Beitrag konzentriert sich jedoch ausschließlich auf die Treibstoffe auf Basis von Rohöl. Mit LNG befassen wir uns ausführlichen im Beitrag “LNG als Treibstoff: Fakten zu Umweltschutz und Kosten“.

Grundlagen: Treibstoffgewinnung

Zur Gewinnung verschiedener Treibstoffsorten auf Basis von Rohöl wird das Ausgangsmaterial Erdöl in einem komplizierten Prozess in Raffinerien verarbeitet. Dabei wird der Ausgangsstoff über Destillation in unterschiedliche Produkte aufgetrennt.

Stark vereinfacht kann man sich den klassischen Prozess in einer Raffinerie so vorstellen: Das Rohöl wird stufenweise erhitzt bis knapp unter die Temperatur, bei der sich das Öl zersetzen würde. Die Bestandteile des Rohöls fangen bei unterschiedlichen Temperaturen an zu verdampfen. Dabei entstehen grob aufgeteilt vier verschiedene Produktgruppen: Gas (Methan, Ethan, Wasserstoff), Flüssiggas (Liquified Petroleum Gas (LPG), vor allem Propan und Butan), Benzin sowie Destillat-Treibstoffe (u.a. Kerosin, Diesel, Heizöl und weitere Stoffe, die teils zum Mischen mit Residual Oil verwendet werden). Übrig bleibt das Residual Oil (landläufig „Schweröl“ genannt). Selbiges wird in zusätzlichen Verfahren weiter aufgeteilt und teils der Schwefel-Gehalt reduziert.

Drei Schiffstreibstoff-Arten

Grundsätzlich unterscheiden sich Schiffs-Treibstoffe also darin, ob sie aus Destillat oder Rückstandsöl besteht. Zusätzlich gibt es Schiffstreibstoffe, die als „intermediate“ bezeichnet werden und eine Mischung aus Destillat und Residual Oil darstellen, das so genannte Intermediate Fuel Oil (IFO), das je nach Zusammensetzung aber teils auch als Schweröl zu bewerten ist.

Aus den dreibuchstabigen Sortenbezeichnungen lässt sich der grundsätzliche Typ des Treibstoffs ablesen:

  • „M“ steht für „Marine“, „F“ für „Fuel“ allgemein
  • „D“ steht für Destillat, „I“ für „Intermediate“ und „R“ für „Residual“
  • Der dritte Buchstabe kennzeichnet die Qualität, wobei A in der Regel die hochwertigsten Treibstoffe bezeichnet.

Die Ziffern hinter den drei Buchstaben enthalten Angaben zur Viskosität, was vor allem bei Intermediate und Residual relevant ist.

Destillate

Destillate werden in der Schifffahrt üblicherweise als „Marine Gas Oil“ (MGO) bezeichnet und haben unter anderem die Qualitätszeichnungen DMX, DMA, DMB und DMC.

Streng definiert zählen lediglich die Qualitäten DMX und DMA als Marine Gas Oil, da sie reine Destillate sind.

Die Abkürzung LS-MGO steht in diesem Zusammenhang für „Low Sulphur Marine Gas Oil“ und ist wegen seines Schwefelgehalts von weniger als 0,1 Prozent unter anderem für die Nutzung in Häfen der Europäischen Union vorgeschrieben.

Der Name „Gas Oil“ bezieht sich übrigens auf die Herstellung: Durch den Erhitzungsprozess in der Raffinerie entsteht zunächst ein Gas, dass dann wieder zu einer Flüssigkeit kondensiert. Diese Treibstoffe sind dem Heizöl sehr ähnlich.

Destillat mit Beimischungen

Bei DMB und DMC ist bereits eine gewisse Zumischung von Residual möglich, wobei der Residual-Anteil von DMB lediglich durch Lagerung in Tanks entsteht, in denen zuvor Residual gelagert war – also quasi durch Verunreinigung. DMB und DMC werden als Marine Destillate Oil oder verwirrenderweise auch als Marine Diesel Oil bezeichnet, Abkürzung „MDO“. MDO ist damit genau genommen eigentlich schon der Kategorie „Intermediate“ zuzuordnen, trägt aber noch die Qualitätsbezeichnung „D“ für Destillat. Wie viel Residual in DMC enthalten ist, hängt von Viskosität, Dichte und Schwefelgehalt des beigemischten Residual ab.

Bei MDO lauert aber auch eine begriffliche Falle: „Diesel“ für LKW und PKW an Land ist reines Destillat, wohingegen in der Schifffahrt mit „Diesel“ ein Gemisch aus Destillat und Residual gemeint ist. Diese Mischung entsteht entweder durch spezielle Raffinerie-Verfahren oder ein tatsächliches Verschneiden verschiedener Treibstoffe nach dem Raffinieren.

„Marine Diesel“ wird landläufig gerne auch als Sammelbegriff für Schiffstreibstoffe verwendet. Will man in Diskussionen zu diesem Thema aber präzise formulieren, dann sollte sich „Marine Diesel“ immer nur auf leichte Intermediate-Treibstoffe (MDO, mit Einschränkungen IFO-180) beziehen, um Verwirrung zu vermeiden.

Intermediate

Intermediate-Treibstoffe werden „Marine Diesel Fuel“ oder Intermediate Fuel Oil (IFO) beziehungsweise IFO 180 oder IFO 380 genannt. In diese Kategorie fallen auch LS-180 und LS-380, die eine schwefelarme Variante von IFO-180 und IFO-380 darstellen, mit einem Schwefelanteil von unter 1,0 Prozent.

Diese Intermediate-Treibstoffe haben die Qualitätsbezeichnungen RME und RMF sowie RMG und RMH und zählen damit genau genommen schon zu den Residual-Treibstoffen. Eine der häufigsten in der Schifffahrt eingesetzten Treibstoffe ist RMG (IFO 380), was nach der MARPOL-Definition zu den Schwerölen (heavy grade oil) zählt.

Wie auch schon bei den Destillaten muss man auch hier also die minderwertigeren Varianten der Intermediates eigentlich schon niedriger einstufen, nämlich als Residuals.

Residual („Schweröl“)

Rückstandsöl, oder „Schweröl“, engl. Heavy Fuel Oil (HFO), wird auch als „Marine Fuel Oil“ (MFO) oder „Residual Fuel Oil“ (RFO) bezeichnet. Als Schiffstreibstoff trägt es die Qualitätsbezeichnungen RMA bis RML. Die unterschiedlichen Qualitätsstufen entstehen dadurch, dass beim Raffinieren unterschiedlich intensiv destilliert wird, sodass noch unterschiedliche Anteile höherwertigen Treibstoffs im Residual zurückbleiben.

Das internationale MARPOL-Übereinkommen definiert Schweröl („heavy grade oil“) als Rohöl mit einer Dichte von mehr als 900 kg/m3 bei 15 Grad Celsius und andere Öle mit einer der gleichen Dichte und einer kinematischen Viskosität (Zähflüssigkeit) von mehr als 180 mm2/s bei 50 Grad Celsius. Darunter fallen also grundsätzlich Intermediates und Schweröle jenseits von IFO-180, insbesondere also IFO-380.

In den USA ist „bunker fuel“ ein gängiger Begriff, der eigentlich ein Sammelbegriff für sämtliche Schiffstreibstoffe ist, meist aber auf die niedrigste Qualität „Bunker no. 6“ bezogen ist und bei der US Navy als „Bunker C“ bezeichnet wird.

Welcher Treibstoff kommt auf Kreuzfahrtschiffen zum Einsatz?

Am häufigsten werden die Motoren auf größeren und großen Kreuzfahrtschiffen mit bestimmten Sorten von Schweröl oder Marine Gas Oil betrieben. Außerhalb so genannter Emission Control Areas (ECA) ist das meist der Typ IFO380 mit einem Schwefelgehalt von durchschnittlich 2,5 Prozent (der erlaubte Grenzwert liegt derzeit bei 3,5 Prozent). Kleinere Schiffe fahren meist von Haus aus mit leichteren Treibstoffen, da die vergleichsweise kleinen Motoren nur schlecht oder gar nicht mit IFO380 zurecht kommen.

Innerhalb von ECAs kommt in der Regel Low Sulfur IFO380 mit entsprechend niedrigerem Schwefelgehalt zum Einsatz – erlaubt sind derzeit 1,0 Prozent Schwefelanteil. Die Umstellung auf den schwefelärmeren Treibstoff erfolgt dabei schon lange vor der Einfahrt in eine ECA, da ab Einfahrt in die ECA die Grenzwerte bereits strikt eingehalten werden müssen, was in der Umstellungsphase nicht sichergestellt werden kann.

Noch strengere Grenzwerte gelten in EU-Häfen. Dort sind lediglich 0,1 Prozent Schwefel im Treibstoff erlaubt, weswegen die meisten Reedereien hier schwefelarmes Marine Gas Oil (Low Sulfur MGO) der Sorte DMA verwenden. Die Umstellung erfolgt hier gemäß der EU-Vorschriften und aus Sicherheitsgründen erst nach dem Anlegen.

Eigenschaften von Schweröl

Allen Schwerölen gemeinsam ist, dass sie im Wesentlichen aus Rückstandsölen der Destillation von Rohöl bestehen. Durch Beimischung von Zusätzen (zum Beispiel höherwertigere Treibstoffe) werden die Spezifikationen der unterschiedlichen Sorten erreicht, insbesondere Viskosität, Dichte, Wassergehalt und Flammpunkt. Schweröl kann bis zu 0,5 Prozent Wasser sowie Schwermetalle wie Vanadium oder Nickel enthalten.

Schweröl ist bei normalen Temperaturen zähflüssig und muss daher zum Verpumpen je nach Sorte auf 40 bis 50 Grad Celsius vorgewärmt werden. Zur Verbrennung im Motor benötigt der Treibstoff sogar eine Temperatur von 130 bis 140 Grad Celsius. Destillate sind dagegen dünnflüssig und können bei Temperaturen von rund 20 Grad Celsius verpumpt und in den Motor eingebracht werden.

In Hinblick auf Umweltschutzvorschriften in der Schifffahrt ist natürlich besonders der Schadstoffgehalt des Treibstoffs relevant. Hier fokussiert sich die Diskussion derzeit vor allem auf den Schwefelanteil. Schwefel hat die Eigenschaft, dass es sich beim Destillationsprozess überwiegend in den Bestandteilen mit dem höchsten Siedepunkt festsetzt – dem Schweröl. Daher ist der Schwefelanteil im Residual Oil am höchsten von allen Treibstoffen, kann aber durch zusätzliche Verfahren größtenteils herausgefiltert werden, wodurch aber die Kosten entsprechend steigen.

Zugleich ist Schwefel im Treibstoff der durchaus auch für die Maschinen nicht ganz ungefährlich und fördert Korrosion. Je größer ein Motor, desto robuster ist er in dieser Hinsicht und kommt mit Schwefel und anderen Rückständen im Treibstoff besser zurecht. Deshalb fahren kleinere Schiffe von Haus aus nicht mit Schweröl.

Preisentwicklung beim Schweröl

Interessanterweise lässt sich der Anteil an Schweröl durch moderne, mehrstufige Raffinerie-Verfahren in der Produktion immer weiter verringern, zugleich steigt aber die weltweite Nachfrage – und zwar nicht nur nach solchen Treibstoffen, sondern auch nach anderen Produkten aus Rohöl-Rückständen wie Bitumen für den Straßenbau.

Mittel- bis langfristig ist bei Schweröl daher mit weiteren Preissteigerungen zu rechnen. Das trifft insbesondere auch auf schwefelarmes Schweröl zu, das durch zusätzliche Prozesse von Schwefel gereinigt wird.

Für Reedereien sind Technologie-Entscheidungen daher keineswegs einfach: Setzt man bei Kreuzfahrtschiff-Neubauten auf herkömmliche Technik und baut Schwefelfilter (Scrubber) ein, um das Schwefel (und weitere Schadstoffe wie NOx) aus den Schiffsabgasen zu filtern, wie beispielsweise Royal Caribbean International und Holland America Line das bereits im Echtbetrieb testen? Oder baut man Schiffsmotoren, die vor allem für schwefelarme Destillat-Treibstoffe auch in Hinblick auf NOx-Ausstoß optimiert sind und ohne Filter auskommen, wie etwa AIDA? In beiden Entscheidungen steckt – neben anderen Aspekten – auch ein hohes Maß an Spekulation in Hinblick auf die Preisentwicklung bei den unterschiedlichen Treibstoffarten.

Schadstoff-Emissionen

Kreuzfahrtschiff-Schornsteine

Kreuzfahrtschiff-Schornsteine

Die Diskussion um den Schadstoff-Ausstoß von Kreuzfahrtschiffen konzentriert sich derzeit vor allem auf Schwefeloxide (SOx), relevant sind aber auch Stickoxide (NOx), Feinstaub beziehungsweise Ruß sowie Kohlendioxid (CO2).

In Hinblick auf den CO2-Ausstoß gibt es keine nennenswerten Verbesserungen beim Umstieg auf höherwertigen Treibstoff. Alle Rohöl-basierten Schiffstreibstoffe haben eine sehr ähnliche CO2-Bilanz. Hier könnten nur alternative Treibstoffe wie beispielsweise LNG (flüssiges Erdgas) Abhilfe schaffen, technisch ist LNG bislang auf Kreuzfahrtschiffen aber noch nicht einsetzbar (mehr zu diesem Thema in einem späteren Beitrag).

Große Verbesserungen sind aber bei den Schwefeloxid-Emissionen (SOx) möglich. Aufgrund der unterschiedlichen Treibstoffsorten und abhängig vom jeweiligen Fahrgebiet mit eventuell bereits bestehenden Vorschriften für schwefelarmen Treibstoff (siehe „Abgas-Vorschriften für Kreuzfahrtschiffe“) ist es schwierig, konkrete Vergleichszahlen zu nennen.

Eine Studie des „Journal of the Air & Waste Management Association” aus dem Jahr 2008 hat beispielsweise die gesamte Schadstoff-Bilanz von Containerschiffen beleuchtet und kommt zu dem Ergebnis, dass MGO und MDO 70 bis 85 Prozent weniger Schwefeloxide erzeugen als das derzeit in der Schifffahrt verwendete Schweröle. Diese Einschätzung deckt sich mit den Zahlen, die Umweltschutzverbände in Deutschland nennen.

Bei den Stickoxiden (NOx) spielen bei den NOx-Emissionen weniger die verwendeten Treibstoffe als vielmehr die Schiffsmaschinen die wesentliche Rolle – auch wenn der NOx-Anteil in schwefelärmeren Treibstoffen ebenfalls niedriger ist. Daher beziehen sich die internationalen Vorschriften für den NOx-Ausstoß von Schiffen auch auf den Stand der Technik im jeweiligen Baujahr der Schiffe. Allein ein Wechsel auf anderen Treibstoff bewirkt keine signifikante Reduzierung der NOx-Emissionen.

Vorteile bringen Destillat-Treibstoffe dagegen bei Feinstaub und Ruß. Hier wird meist von einem Einsparpotenzial von 60 bis 70 Prozent beim Vergleich von HFO und MGO/MDO gesprochen (vergleiche beispielsweise „Emission estimate methodology for maritime navigation”(PDF)). Internationale Regularien zu Feinstaub und Ruß gibt es bislang nicht.

Mehr zum Thema Schadstoffemissionen und internationale Vorschriften finden Sie übrigens auch in unserem Beitrag „Abgas-Vorschriften für Kreuzfahrtschiffe“.

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2 Kommentare zu Marinediesel, Schweröl & Co. – Schiffstreibstoffe im Überblick

  1. D.Harms on Juni 22, 2016 at 5:05 pm

    Anstelle der Bezeichnung *Treibstoff* ist der Begriff * Kraftstoff* in Verbindung mit Kolbenkraftmaschinen gerückt.

  2. D.Harms on Juni 22, 2016 at 5:05 pm

    Anstelle der Bezeichnung *Treibstoff* ist der Begriff * Kraftstoff* in Verbindung mit Kolbenkraftmaschinen gerückt.

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