LNG-Betankung der AIDAnova

Klimaneutrale Treibstoffe in der Kreuzfahrt: Das ist der aktuelle Stand der Technik

Die Kreuzfahrt will und muss ihren CO₂-Ausstoß schnell reduzieren. Das selbst gesteckte Ziel ist die Klimaneutralität bis 2050. Das Dilemma dabei: Aktuell gibt es keine Möglichkeit, Schiffe klimaneutral zu betreiben. Die Lebensdauer aktuell neu gebauter Kreuzfahrtschiffe reicht aber über 2050 hinaus. Wie kann es trotzdem funktionieren und welche Treibstoffe helfen dabei?

Hinweis: Die Entwicklung schreitet bei diesem Thema rasch voran. Der Beitrag bezieht sich auf den aktuellen Stand im September 2022.

Hoffnungsträger sind klimaneutral produzierte Treibstoffe, die sich mit bestehenden Maschinen einsetzen lassen oder für die eine Umrüstung möglich sein wird. Solche Treibstoffe sind synthetisch erzeugte Energieträger mit Eigenschaften, die denen von fossilen Treibstoffen wie Schweröl, Marinediesel oder LNG sehr ähnlich sind. Ein weiterer Vorteil synthetischer Kraftstoffe: Sie sind größtenteils frei von weiteren Schadstoffen.

LNG ließe sich also ganz oder schrittweise in Teilen durch synthetisch erzeugtes Gas ersetzen, ohne dass neue Maschinen ins Kreuzfahrtschiff eingebaut werden müssten. Für Dieselmaschinen könnten man Bio-Diesel beimischen oder sie sogar komplett mit Dieselkraftstoffen aus nicht-fossilen Quellen betreiben. Auch eine Umrüstung auf Methanol ist unter Umständen machbar.

Großer Bedarf an klimaneutraler Energie

Der entscheidende Punkt für den Schritt in die Klimaneutralität ist, wann solche klimaneutralen Energieträger verfügbar sein werden. Bis dahin muss die Schifffahrts- und Kreuzfahrt-Branche mit dem überbrücken, was aktuell möglich ist. Dazu zählt LNG, aber beispielsweise auch mit fossiler Energie erzeugtes Methanol oder synthetisches Gas oder nicht nachhaltig erzeugter Biodiesel – so lange, bis diese Kraftstoffe aus klimaneutraler Produktion verfügbar sind.

Zwei Beispiele: Fossiles Flüssiggas (LNG) reduziert die CO₂-Emissionen irgendwo im Bereich von 5 bis 20 Prozent gegenüber Schweröl oder Marinediesel. Das ist erst einmal wenig, mangels Alternativen aber dann doch besser als nichts. Und mit der Perspektive auf irgendwann verfügbares, klimaneutral erzeugtes Gas.

klimaneutrale Energie aus Windkraft
klimaneutrale Energie aus Windkraft

Mithilfe von fossilen Energieträgern erzeugtes Methanol weist sogar eine schlechtere CO₂-Bilanz auf als Schweröl & Co. Dennoch kann es sinnvoll sein, diesen Kraftstoff einzusetzen, wenn man die Lebensdauer eines Schiffs berücksichtigt und davon ausgehen kann, dass bald eine Umstellung auf klimaneutral erzeugtes Methanol möglich sein wird. Immerhin ist für Methanol schon eine relativ gute Infrastruktur vorhanden – einer von mehreren Pluspunkten für diesen Energieträger.

Für alle synthetisch erzeugten Kraftstoffe – ebenso wie für Landstrom im Hafen sowie das Aufladen von Akkus an Bord – ist Energie zur Herstellung erforderlich. Echte Klimaneutralität – „net-zero“ – ist aber nur erreicht, wenn auch diese Energie klimaneutral ist. Tatsächlich vermeiden lassen sich CO₂-Emissionen nur, indem in der ganzen Produktionskette kein fossiler Kraftstoff mehr verwendet wird. Grundvoraussetzung sind also große Mengen an klimaneutraler Energie, und zwar zu einem wirtschaftlich vertretbaren Preis.

Flüssiggas – LNG

Flüssiggas (LNG), chemisch nichts anderes als Methan, ist der derzeit emissionsärmste ausgereifte und verfügbare Treibstoff. Probleme macht das Entweichen einer gewissen Menge an Methan-Gas bei der Produktion, beim Transport, bei der Betankung und bei der Lagerung. Methan ist wesentlich klimaschädlicher als CO₂, dieser „Methan-Slip“ muss also dringend unterbunden werden. Experten rechnen damit, dass man dieses Thema Schritt für Schritt bis 2030 in den Griff bekommen wird.

Die Vorteil von LNG und damit auch der Grund, warum immer mehr Schiffe in der Kreuzfahrt wie im Container- und Frachtbereich auf LNG setzen, ist eine relativ gute Infrastruktur und Verfügbarkeit, ein wirtschaftlich vertretbarer Preis sowie in Hinblick auf Klimaneutralität das Potenzial für eine problemlose Umstellung vorhandener Motoren auf synthetisch erzeugtes Gas.

eine der LNG-Maschinen der Havila Capella
eine der LNG-Maschinen der Havila Capella

Aus Gründen der Betriebssicherheit und Verfügbarkeit von LNG sind aktuell alle großen Kreuzfahrtschiffe, die mit LNG fahren, mit Dual-Fuel-Motoren ausgestattet. Sie können also sowohl mit LNG, als auch mit Schweröl/Marinediesel betrieben werden. Nachteil der Dual-Fuel-Motoren ist, dass sie eine kleine Menge Marinediesel für den Zündprozess im Motor zuschießen müssen, sogenanntes Pilotkraftstoff, „pilot fuel“. Reine LNG-Maschinen, wie sie Havila Voyages auf der norwegischen Küstenroute einsetzt, benötigen das nicht.

Synthetisches Gas, SNG, Bio-LNG

Synthetisches Gas (SNG, “synthetic natural gas”) wird als LNG-Ersatz entweder aus fossilen Brennstoffen oder aus Biomasse mit Hilfe von Gasifizierungs- und Methanisierungsprozessen gewonnen. Ebenso kann SNG auch mit einem Power-to-Gas-Verfahren mit Hilfe anderer Energiequellen erzeugt werden.

Bio-LNG, auch LBG (liquefied biogas) oder LBM (liquefied biomethane) genannt, entsteht unter Verwendung von Biomasse oder Abfällen beziehungsweise aus klimaneutralen Energiequellen und kann dann als klimaneutraler Ersatz für LNG betrachtet werden.

Synthetisches Gas kann als kompletter Ersatz oder als Beimischung zu LNG verwendet werden.

Bio Fuels, Biodiesel

Bio-Kraftstoffe sind für Schiffsbetreiber attraktiv, weil sie als „Drop-in“-Kraftstoff verwendbar sind. Das bedeutet, sie können grundsätzlich als direkter Ersatz für Schweröl oder Marinediesel fungieren. Es gibt zwar ein paar Einschränkungen und Schwierigkeiten, aber im Grund sind Bio Fuels auch bei bereits bestehenden Maschinen ein recht einfacher Weg, um den CO₂-Ausstoß zu reduzieren.

Es gibt drei wesentliche Varianten von Bio Fuels:

  • HVO (hydrotreated vegetable oil) oder HDRD (hydrogenation-derived renewable diesel), auch als Diesel aus erneuerbaren Quellen („renewable diesel“) bezeichnet: hauptsächlich hergestellt aus Abfallprodukten wie Tierfette und altem Speiseöl. HVO und HDRD kann am einfachsten als direkter Ersatz beziehungsweise zur Beimischung verwendet werden.
  • FAME (fatty acid methyl aster), „trans-esterified fuel“: Dafür werden verschiedenste Öle (Triglyzeride) in Methylester umgewandelt. FAME wird zumeist als Beimischung zu Marinediesel benutzt.
  • BTL (biomass to liquid fuels): durch einen mehrstufigen, thermo-chemischen Prozess aus Biomasse erzeugter Kraftstoff.

Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Herkunft der verwendeten Rohstoffe. Derzeit stammen nahezu sämtliche eingesetzter Bio-Kraftstoff noch aus gezieltem Anbau für die Produktion von Ethanol oder Biodiesel. Das beansprucht Anbaufläche, die stattdessen sinnvollerweise für die Nahrungsmittelproduktion verwendet werden sollte.

Die ethisch vertretbare Variante von Biokraftstoffen kommt ohne Nutzung von Anbauflächen aus und nutzt Abfallprodukte wie altes Speiseöl oder Abfälle aus der Lebensmittel- und Holzindustrie. Laut MAN Energy Solutions bringen solche Bio-Kraftstoffe dann eine CO₂-Ersparnis von bis zu 85 Prozent.

In der Kreuzfahrt setzt Hurtigruten zur Beimischung explizit Bio-Diesel aus Abfällen der norwegischen Fischindustrie ein. Der auf der AIDAprima in bislang geringem Umfang auf Nordland-Reisen im Sommer 2022 verwendete Bio-Diesel wird vom Hersteller „GoodFuels“ aus altem Speiseöl gewonnen. Holland America Line hat Anfang September 2022 den ersten Test mit Bio-Kraftsroff als „Drop-in“-Lösung über einen längeren Zeitraum erfolgreich abgeschlossen.

Aktuell verfügbar sind Bio Fuels beispielsweise bereits in Rotterdam oder in Port Rashid, Dubai.

Methanol

Ein vielversprechender Kraftstoff, gerade auch für Kreuzfahrtschiffe, ist Methanol. Methanol wird aus Wasserstoff und CO₂ hergestellt und kann damit auch anderweitig eingefangenes CO₂ binden. Zudem kann Methanol auch als Energieträger für Brennstoffzellen dienen.

Stammt die Energie für die Methanol-Produktion aus grünen, also klimaneutralen Quellen, ist Methanol als Kraftstoff CO₂-neutral. Nebenbei hat Methanol bei der Verbrennung auch geringere Stickoxid-Emissionen und verursacht keine weiteren Emissionen wie Schwefel oder Feinstaub.

Methanol ist zudem im Falle eines Lecks oder Schiffsunglücks wesentlich weniger umweltschädlich als beispielsweise Schweröl oder Marinediesel. Und für Methanol gibt es sogar schon eine gewisse Basis-Infrastruktur. In der Container-Schifffahrt wird Methanol ab 2023 (in Dual-Fual-Maschinen) zum Einsatz kommen. Maersk hat entsprechende Schiffe geordert, CMA-CMG bekommt die ersten Methanol-betriebenen Schiffe 2025.

Ein weiterer Vorteil von Methanol: Einige bestehende Maschinen auf Kreuzfahrtschiffen, so schreibt MAN Energy Solutions, sind grundsätzlich auf Methanol umrüstbar, wenn auch mit größerem Aufwand. Nur geringen Umrüstungsaufwand wird dagegen TUI Cruises mit der künftigen Mein Schiff 7 haben: Hier hat sich das Unternehmen dazu durchgerungen, bei Wärtsilä etwas teurere Maschinen zu bestellen, die bereits für Methanol vorbereitet sind. Die Mein Schiff 7 ist das erste Kreuzfahrtschiff, das diese für Methanol vorbereiteten Maschinen bekommen wird.

Njord (Computer-Rendering: Meyer Werft)
Appartment-Schiff Njord (Computer-Rendering: Meyer Werft)

Mit Methanol soll auch das Appartment-Schiff Njord von Ocean Residences fahren, das in der Papenburger Meyer-Werft gebaut und 2026 ausgeliefert werden soll. Ob das Schiff tatsächlich gebaut wird, hängt (Stand September 2022) aber noch davon ab, dass mindestens die Hälfte der Appartments an Bord vor Baubeginn bereits verkauft sind.

Der Brennstoffzellen-Hersteller Freudenberg e-Power Systems hat Anfang September 2022 die Klassenzulassung der italienischen Klassifizierungsgesellschaft Rina für Brennstoffzellen erhalten, die Methanol aus Energieträger nutzen. Das Methanol wird in einem Reformer vor der Brennstoffzelle in den benötigte Wasserstoff umgewandelt. Zum Einsatz kommt eine solche Brennstoffzelle in der Kreuzfahrt erstmals wahrscheinlich noch im Laufe des Jahres 2022 in einem Testsystem auf der AIDAnova.

Wasserstoff

Wasserstoff, ob nun zur direkten Verbrennung oder in Brennstoffzellen eingesetzt, hat den Vorteil der vollständigen Klimaneutralität – vorausgesetzt, der Wasserstoff selbst wird klimaneutral produziert.

Wasserstoff hat aber auch einen nicht unerheblichen Nachteil: Wie LNG hat Wasserstoff in Gasform eine sehr geringe Dichte, sodass es unter sehr hohem Druck (700 bar) oder in flüssiger Form bei sehr niedriger Temperatur (-253 Grad Celsius) gelagert werden muss. Das stellt den Schiffbau vor erhebliche Herausforderungen für die Tanks. Zum Vergleich: LNG wird schon bei vergleichsweise warmen -162 Grad Celsius flüssig.

Während Wasserstoff in der Kreuzfahrt aktuell zumeist als Energieträger für Brennstoffzellen diskutiert wird, nennt MAN Energy Solutions als Ziel, Maschinen zu entwickeln, die direkt mit Wasserstoff betrieben werden können. Der Grund: Direkte Verbrennung von Wasserstoff hat Kostenvorteile gegenüber Brennstoffzellen. MAN Energy Solutions stellt erste Dual-Fuel-Maschinen für Wasserstoff ab 2030 in Aussicht.

Brennstoffzellen

Brennstoffzellen unterscheiden sich von herkömmlichen Schiffsmaschinen vor allem darin, dass der Kraftstoff hier nicht im herkömmlichen Sinne verbrannt wird. Sie funktionieren eher wie Batterien und wandeln die in Wasserstoff gespeicherte Energie in elektrische Energie um.

Brennstoffzellen benötigen Wasserstoff als Energieträger. Allerdings muss das Schiff dafür nicht zwangsläufig mit Wasserstoff betankt werden. Vielmehr kann man Energieträger wie beispielsweise Methanol (siehe oben) oder auch LNG verwenden, die in einem der Brennstoffzelle vorgeschalteten Reformer in Wasserstoff umgewandelt werden.

Die ersten Brennstoffzellen auf großen Kreuzfahrtschiffen werden auf der AIDAnova sowie auf der MSC World Europa zum Einsatz kommen, die im November 2022 in Dienst geht. Die Festoxid-Brennstoffzellen der MSC World Europa sollen eine Leistung von 150 Kilowatt. Zur Einordnung: Die fünf Hauptmaschinen der MSC World Europa, Wärtsilä 14V46DF, haben eine Gesamtleistung von 80 Megawatt.

AIDA wird wahrscheinlich noch 2022 auf der AIDAnova eine 200-Kilowatt-Brennstoffzelle installieren, die ihre Energie aus Methanol beziehen soll.

Silver Nova (Rendering: Silversea Cruises)

Bereits 2023 will Silversea Cruises die Silver Nova in Dienst stellen, die derzeit in der Papenburger Meyer Werft gebaut wird. Sie soll – neben Dual-Fuel-LNG-Maschinen und Akkus – eine Vier-Megawatt-Brennstoffzelle erhalten, sodass das Luxus-Kreuzfahrtschiff während der Hafenliegezeiten klimaneutral operieren kann.

Explora Journeys, die Luxus-Schwester von MSC Cruises, will die Explora V und VI, die für 2027 und 2028 geplant sind, mit Brennstoffzellen mit je sechs Megawatt Leistung ausstatten. Das soll für den Hotelbetrieb ausreichen und die Schiffe während der Hafenliegezeiten ebenfalls klimaneutral machen – einen klimaneutral produzierten Energierträger vorausgesetzt.

Und auch Royal Caribbean International hat schon seit einiger Zeit Versuche mit Brennstoffzellen entweder auf einem Oasis-Class-Schiff oder auf der neuen Icon-Class-Schiffe angekündigt. Konkret geworden ist das bislang aber nicht.

Ammoniak

Als weitere Alternative zu fossilen Schiffstreibstoffen ist Ammoniak im Gespräch. Allerdings ist Ammoniak für diesen Einsatzzweck wohl noch recht weit von der Marktreife entfernt. Ein Vorteil von Ammoniak könnte der relativ günstige Preis im Vergleich zu anderen synthetischen Kraftstoffen sein.

Für die Kreuzfahrt scheint Ammoniak aber vorerst nicht sonderlich relevant zu sein. Die Handhabung von Ammoniak ist relativ kompliziert und die Maschinenhersteller konzentrieren sich aktuell wohl eher auf die Entwicklung von Zwei-Zylinder-Maschinen für den Container- und Frachtbereich.

Batterien, Akkus

Akkus sind unter anderem aufgrund ihres hohen Gewichts nicht als Hauptenergiequelle auf Kreuzfahrtschiffen geeignet. Allerdings sind sie eine interessante Ergänzung zum Zwischenspeichern von überschüssiger Energie oder auch zum Speichern von Landstrom.

Bei der „Peak Shaving“ genannten Technik laufen die Hauptmaschinen eines Schiffs immer im energieeffizientesten Drehzahlbereich. Wird weniger Energie benötigt, speichern die Akkus die überschüssige Energie und geben sie wieder ab, wenn mehr Energie benötigt wird.

einer der Akku-Räume der Havila Capella
einer der Akku-Räume der Havila Capella

Zudem eignen sich Akkus für zumindest kurzzeitig lokal emissionsfreien Betrieb in sensiblen Fahrgebieten. Havila Voyages kann das aktuell beispielsweise bereits im Geiranger-Fjord nutzen, wo emissionsfreier Betrieb ab 2026 verpflichtend sein wird. Auch Hurtigruten nutzt auf einigen der Expeditionskreuzfahrtschiffe Akku-Technik mit Peak Shaving.

Oft wird in der Kreuzfahrt übrigens von „Batterien“ gesprochen, wenn eigentlich „Akkus“ gemeint sind. Der Ursprung dafür liegt an der Übersetzung aus dem Englischen, wo „battery“ (als Verkürzung von „rechargable battery“) in diesem Zusammenhang gleichbedeutend mit dem deutschen Begriff „Akku“ ist.

Als erste Reederei stattet AIDA im Sommer 2022 mit der AIDAprima ein großes Kreuzfahrtschiff im laufenden Betrieb nach und nach mit Akkus aus, die schlussendlich eine Gesamtkapazität von zehn Megawattstunden haben sollen.

Landstrom

Landstrom ist, wie der Name schon sagt, während der Hafenliegezeiten verwendbar. Die Mehrzahl der Kreuzfahrtschiffe sind inzwischen in der Lage, Landstrom aufzunehmen. Auch die Zahl der Häfen, die Landstrom bereitstellen, steigt nun nach jahrelanger Stagnation stetig an. In den kommenden Jahren wird Landstrom daher immer mehr Bedeutung bekommen. Allerdings gibt es bislang faktische keine Pflicht, den zumeist relativ teuren Landstrom auch zu nutzen.

Landstrom-Anschluss am Kreuzfahrt-Terminal in Hamburg-Altona
Landstrom-Anschluss am Kreuzfahrt-Terminal in Hamburg-Altona

Inwieweit Landstrom neben der lokalen Emissionsvermeidung in Hafenstädten auch zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes beiträgt, hängt davon ab, woher der Landstrom kommt. Denn nur, wenn diese Energie klimaneutral erzeugt wird, bringt deren Nutzung auch eine Reduktion des CO₂-Ausstoßes mit sich.

Warum es für die Schifffahrt so schwierig ist, neue Technik schnell einzusetzen

Grundvoraussetzung ist zunächst die technische Machbarkeit, dann Verfügbarkeit entsprechender Kraftstoffe in ausreichenden Mengen sowie die Wirtschaftlichkeit, sprich: der Preis, und auch behördliche Genehmigungen und Freigaben durch Klassifierungsgesellschaften.

Noch ist weitgehend unklar, welche Treibstoffe sich in der Zukunft durchsetzen werden. Das macht eine langfristige Entscheidung für eine Technologie bei einer Schiffslebensdauer von 25 bis 30 Jahren sehr schwierig.

Standen jahrelang die Emissionen von Schwefel und Stickoxiden im Vordergrund, ist nun das nächste große Ziel in der Kreuzfahrt (und auch in der übrigen Schifffahrt) die Reduzierung der CO₂-Emissionen bis hin zu einer kompletten Vermeidung von CO₂-Ausstoß bis 2050.

Weil klimaneutraler Antrieb aktuell noch nicht umsetzbar ist, setzen Reedereien für Neubauten Zwischentechnologien und Übergangstechnologien wie LNG ein, aber auch Beimischung von Bio-Fuels oder synthetischen Kraftstoffen, die vorerst teils noch aus fossiler Energie gewonnen werden, aber später durch Kraftstoff aus klimaneutraler Produktion ersetzt werden könnten.

Eine gute Möglichkeit für eine möglichst schnelle CO₂-Reduktion sind daher Drop-in-Lösungen – also Kraftstoffe, die bei bestehenden Schiffen ohne oder mit wirtschaftlich vertretbaren Anpassungen einsetzbar sind.

Ein sehr wichtiger Aspekt ist für Kreuzfahrtschiffe außerdem die Betriebssicherheit. Während ein PKW einfach rechts ranfahren und den ADAC rufen kann, wenn die Motor-Warnlampe aufleuchtet, muss auf Kreuzfahrtschiffen sichergestellt sein, zumindest den nächsten Hafen aus eigener Kraft erreichen zu können. Und aus wirtschaftlicher Sicht muss der Betrieb dauerhaft mit einem extrem geringen Ausfallrisiko gewährleistet sein, weil der finanzielle Schaden für längere, ungeplante Werftaufenthalte immens wäre.

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