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Klima- und Umweltmaßnahmen in der Binnenschifffahrt

Erstellt am: 23.03.2010 | Stand des Wissens: 25.07.2019
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Technische Universität Hamburg, Institut für Verkehrsplanung und Logistik, Prof. Dr.-Ing. H. Flämig

Von allen Verkehrsträgern weist das Binnenschiff die beste Ökobilanz auf, was die Faktoren Lärm und Energieverbrauch betrifft (siehe Abbildung 1). Im Durchschnitt verbraucht das Binnenschiff 67 Prozent weniger Energie als der Lkw und 35 Prozent weniger als die Bahn [BDB17]. In der Luft-Schadstoff-Bilanz ist der Transport mit dem Binnenschiff allerdings kaum besser als der mit dem Lkw. Insbesondere in Flussnähe kommt es häufig zu einer hohen Stickstoffdioxid-Belastung durch Binnenschiffe, für die hohen NO2-Emissionen in der Innenstadt bleibt jedoch der Lkw gemeinsam mit dem Diesel-Pkw zu 73 Prozent verantwortlich [Uba18l].
Wesentlich geringere Emissionen würden im Fall einer Modernisierung der Schiffsflotte anfallen. Jedoch besteht beim Binnenschiff Nachholbedarf in Sachen Modernisierung und Umweltschutz. Mittelfristig könnte sich die Umweltbilanz des Binnenschiffs gegenüber der des Lkw verschlechtern, denn Straßengüterverkehrsunternehmen investieren in deutlich größerem Umfang in modernere und emissionsärmere Motoren. Die Binnenschiffe und ihre Motoren sind zumeist über 40 Jahre alt und weisen eine entsprechend geringe Effizienz und schlechte Schadstoffbilanz auf. Die Erneuerung der Flotte geschieht, aufgrund mangelnder Investitionen, sehr schleppend. So wurden 2018 gerade einmal zwölf neue Frachtschiffe und sechs Passagierschiffe in Dienst gestellt [Doll19].
UmweltSchiff19.pngAbb. 1: Vergleich der externen Kosten der Verkehrsmittel, eigene Darstellung nach [BDB18] [UBA18b]

Auf EU- Ebene regelt die Stufe V der Verordnung [(EU) 2016/1628] für mobile Maschinen und Geräte die Emissionsgrenzwerte und Typgenehmigung der Verbrennungsmotoren für Binnenschiffe. Die Ende 2016 in Kraft getretene Verordnung war EU-weit ab dem 01. Januar 2017 anzuwenden und löste damit die Richtlinie [97/68/EG] ab. Die deutlich verschärften Grenzwerte gelten zunächst ab dem 1. Januar 2019 für Antriebsanlagen bis 300 KiloWatt (kW) und ab 2020 auch für größere Motoren mit mehr als 300 kW [(EU) 2016/1628]. Nach Einschätzungen von Binnenschifffahrtsverbänden sind die neuen Vorgaben mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren, ob nun mit Diesel oder Gas betrieben, nicht mehr zu erfüllen. Vielmehr sei in vielen Fällen eine Abgasnachbehandlung nötig [Hansa18].

Auf nationaler Ebene ist vor allem die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) für die Umsetzung umweltpolitischer Belange der Wasserstraßen zuständig. Dafür sind in den nächsten Jahrzehnten insgesamt circa eine Milliarde Euro vorgesehen. Außerdem werden im Rahmen des Bundeprogramms Blaues Band Deutschland seit 2017 und voraussichtlich bis zum Jahr 2050 jährlich 50 Millionen Euro durch die Bundesregierung bereitgestellt, um an den Nebenwasserstraßen sowie im Kernnetz der Bundeswasserstraßen Renaturierungsprojekte (zum Beispiel die Wiederanbindung von Altarmen, das Abflachen von Ufern oder die Wiederherstellung auentypischer Lebensräume) zu verwirklichen [Bund18a].

Für die Effizienzsteigerung in der Binnenschifffahrt sind insbesondere die Schiffsform und der Antrieb von Bedeutung.

Antrieb
Da Binnenschiffe über einen langen Zeitraum genutzt werden, sind nicht nur Neubauten, sondern auch neue Motorisierungen lohnenswerte Investitionen [Zapp11]. Im Jahr 2007 beschloss das BMVI die zunächst auf fünf Jahre angesetzte Förderung des Einbaus von emissionsärmeren Dieselmotoren, Partikelfiltern und Katalysatoren sowie die Nachrüstung mit Abgasbehandlungssystemen für Binnenschiffe im Rahmen eines Motorenförderprogramms. Im Januar 2013 wurde die Fortsetzung des Programms beschlossen. Seit Juli 2015 gilt zudem die Richtlinie über Zuwendungen für Binnenschifffahrtsunternehmen zur nachhaltigen Modernisierung von Binnenschiffen, die die Zuwendungen der Motorenförderung insbesondere für kleine und mittelgroße Unternehmen erhöht [BMVI16a]. Es werden seither auch diesel- und gaselektrische Antriebe sowie die Kraftstoff-Wasser-Emulsion bezuschusst [Binne12; Binne13a].
Besonders großes Interesse hat die Branche am Thema LNG (Flüssigerdgas) als Brennstoff für Schiffsmotoren. Dies verspricht eine deutliche Reduzierung der Schadstoffemissionen bei verringerten Brennstoffkosten. In Deutschland wird zu diesem Thema derzeit noch geforscht und diskutiert, wobei die positiven Umweltwirkungen und insbesondere die bessere CO2-Bilanz der LNG-Motoren teilweise auch angezweifelt werden [NDR18a]. In anderen europäischen Ländern wie beispielsweise den Niederlanden wird der Bestand an Binnenschiffen mit LNG-Antrieb bereits ausgebaut [Binne13b].

Eine weitere Alternative zur Schadstoffreduzierung in der Binnenschifffahrt ist der Einsatz eines synthetischen Dieselkraftstoffes auf Erdgasbasis, welcher im September 2016 in Hamburg von Unternehmen des Hamburger Hafenschifffahrtsverbandes in einem Probebetrieb für mehrere Monate getestet wurde. Ein besonderer Vorteil ist, dass der neue Dieselkraftstoff für jede Motorengeneration ohne Umbaumaßnahmen geeignet ist. Die ersten Ergebnisse ergaben einen um bis zu 70 Prozent reduzierten Rußpartikelausstoß, einen um bis zu 20 Prozent reduzierten Stickoxidausstoß sowie einen um bis zu 9 Prozent reduzierten Ausstoß an Kohlendioxid [HSFVHH16].
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Umweltbilanz ist der Einsatz eines SCRT-Systems (Selective Catalytic Reduction Technology) zur Reduzierung von Rußpartikeln [Binne12].

Schiffsform
Die Schiffsform nimmt großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und den Kraftstoffverbrauch eines Binnenschiffs. So können Rumpf- und Linienoptimierungen zur Reduzierung des Leistungsbedarfs, Erhöhung der Zuladung und infolgedessen zu geringerem Treibstoffverbrauch je Tonnenkilometer und einem Energie-Einsparpotenzial von 10 Prozent führen [DNVGL15a]. Als Maßnahmen zur Optimierung des Schiffsrumpfdesigns zählen zum Beispiel Luftschmierung und Streamline aber auch der Einsatz von Leichtbau [Binne12].

Darüber hinaus ist die Wechselwirkung zwischen Rumpf und Propeller von Bedeutung, insbesondere bei eingeschränkten Tiefgängen, da infolge der niedrigen Wasserlage häufig Strömungsablösungen und eine suboptimale Anströmung des Propellers auftreten. Die komplexen Strömungsvorgänge im Hinterschiffsbereich von Binnenschiffen bei verschiedenen Wassertiefen werden innerhalb eines vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) geförderten Forschungsvorhabens untersucht. Der im Jahr 2015 erschienene Schlussbericht vergleicht verschiedene Hinterschiffsformen und unterschiedliche Antriebskonfigurationen miteinander und zeigt so Möglichkeiten auf, die Energieeffizienz bei Neu- und Umbauten zu verbessern. Darüber hinaus unterstreicht die Untersuchung die große Bedeutung der Form auf die Leistungsfähigkeit eines Binnenschiffs bei Flachwasserbedingungen [DST15].
Im Rahmen des Masterplans Binnenschifffahrt hat das BMVI Maßnahmen für eine umweltfreundlichere und wettbewerbsfähige Flotte erarbeitet. In diesem Zusammenhang wurden mehrere wissenschaftliche Untersuchungen in Auftrag gegeben. Diese erforschen unter anderem die mögliche Einführung eines Energy Efficiency Design Indexes (EEDI) und eines korrelierenden Energy Efficiency Operability Indexes (EEOI) in der Binnenschifffahrt. Darüber hinaus wird die Bereitstellung von Schiffen für Pilotprojekte sowie der Bau oder die Bereitstellung eines Forschungsschiffes als Plattform, um Innovationen in der Binnenschifffahrt zu testen, momentan geprüft [BMVI19f].
Ansprechpartner
Technische Universität Hamburg, Institut für Verkehrsplanung und Logistik, Prof. Dr.-Ing. H. Flämig
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Binnenschifffahrt (Stand des Wissens: 03.04.2019)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?90920
Literatur
[BDB17] Bundesverband der Deutschen Binnenschifffahrt e.V. (Hrsg.) Binnenschifffahrt als klimafreundlicher Partner, 2017/10
[BDB18] Bundesverband der Deutschen Binnenschifffahrt e.V. (Hrsg.) Daten und Fakten 2017/2018, 2018/10
[Binne12] o.V. Dem Feinstaub von Schiffen zu Leibe rücken, veröffentlicht in Binnenschifffahrt, Ausgabe/Auflage 2/3, 2012
[Binne13a] o.V. Bund verlängert Motorenförderprogramm, veröffentlicht in Binnenschifffahrt, Ausgabe/Auflage 2, 2013
[Binne13b] o.V. Hoffnungsträger LNG, veröffentlicht in Binnenschifffahrt, Ausgabe/Auflage 2, 2013
[BMVI19f] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) (Hrsg.) Masterplan Binnenschifffahrt, 2019/05
[Bund18a] Bundesregierung (Hrsg.) Verkehrsinvestitionsbericht für das Berichtsjahr 2016 , 2018/06/07
[DNVGL15a] DNV GL - Maritime, Maritime Advisory, Shipping Advisory Germany (Hrsg.) Energieberatung in der deutschen Binnenschifffahrt
, 2015/11
[Doll19] Doll, Nikolaus Alt und kaum nachrüstbar - So dreckig sind Binnenschiffe, 2019/02/12
[DST15] Dipl.-Ing. S. List, Dr. rer. nat. K. Rügner, Dipl.-Ing. B. Friedhoff An veränderliche Wassertiefen angepasste Konzepte zur Energieeinsparung durch Vergleichmäßigung des Propellerzustroms, 2015/11
[Hansa18] Schifffahrtsverlag Hansa (Hrsg.) Motorenförderung Maximal, veröffentlicht in Binnenschifffahrt - Das Magazin für Technik und Logistik, 2018/03
[HSFVHH16] HAFENSCHIFFAHRTSVERBAND HAMBURG E.V. Neues Pilotprojekt Umweltschutz im Hafen Hamburg, 2016/09/23
[NDR18a] Norddeutscher Rundfunk (NDR) (Hrsg.) Schifffahrt: Flüssiggas eine Sackgasse?, 2018/06/26
[UBA18b] Umweltbundesamt (Hrsg.) Emissionsdaten, 2018/03/18
[Uba18l] Umweltbundesamt (Hrsg.) Stickstoffoxid-Emissionen durch Binnenschiffe, 2018/04/30
[Zapp11] Zapp, Kerstin Binnenschiffe mit neuem Innenleben, veröffentlicht in Internationales Verkehrswesen, Ausgabe/Auflage 5, 2011
Weiterführende Literatur
[BMVBS12b] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (Hrsg.) Erhaltung und Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit der Bundeswasserstraßen: Erläuterungsbericht zu Handlungskonzeption und Priorisierungskonzept des BMVBS , BMVBS / Berlin, 2012
[HeWe11] Heinzelmann, C., Weichert, R. Hydraulische Untersuchungen zur Verbesserung der ökologischen Durchgängigkeit an Bundeswasserstraßen, veröffentlicht in HTG-Kongress 2011, Hafenbautechnische Gesellschaft (HTG) / Hamburg, 2011
[(EU) 2016/1628] (EU) 2016/1628 über die Anforderungen in Bezug auf die Emissionsgrenzwerte und die Typgenehmigung für Verbrennungsmotoren für nicht für den Straßenverkehr bestimmte mobile Maschinen und Geräte
[97/68/EG] Richtlinie 97/68/EG [...] zur Angleichung der Rechtsvorschriften [...] zur Bekämpfung der Emission von [...] Schadstoffen und [...] Partikeln aus Verbrennungsmotoren für mobile Maschinen und Geräte
[BMVI16a] Richtlinie über Zuwendungen für Binnenschifffahrtsunternehmen zur nachhaltigen Modernisierung von Binnenschiffen (Förderprogramm nachhaltige Modernisierung von Binnenschiffen)
Glossar
Erneuerung Im Kontext der Straßenerhaltung bezeichnet der Begriff "Erneuerung" die vollständige Wiederherstellung einer Verkehrsflächenbefestigung oder von Teilen davon, sofern mehr als die Deckschicht betroffen ist. Bei der Bauwerkserhaltung beschreibt der Begriff den Ersatz von Bauteilen oder Bauteilgruppen.
LNG Liquefied natural gas = Flüssigerdgas (CH4) wie es zum Beispiel in Fahrzeugen getankt werden kann. Durch Abkühlen auf -164C schrumpft das Volumen auf ein sechshunderstel des Normvolumens. Damit erhöht sich der Energiegehalt bezogen auf das Volumen und somit z.B. die Reichweite eines Fahrzeuges bei gleichem Tankvolumen. Für die aufwendige Verflüssigung werden ca 10 - 25 Prozent der im Erdgas gespeicherten Energie aufgewendet, daher findet man im Straßenverkehr hauptsächlich compressed natural gas (CNG).
Lkw Lastkraftwagen (Lkw) sind Kraftfahrzeuge, die laut Richtlinie 1997/27/EG überwiegend oder sogar ausschließlich für die Beförderung von Gütern und Waren bestimmt sind. Oftmals handelt es sich dabei um Fahrzeuge mit einer zulässigen Gesamtmasse zwischen 3,5 und 12 Tonnen. In Einzelfällen kann die zulässige Gesamtmasse diese Werte jedoch auch unter- beziehungsweise überschreiten, sofern das Kriterium der Güterbeförderung gegeben ist. Lastkraftwagen können auch einen Anhänger ziehen.
tkm tkm = Tonnenkilometer Die Einheit Tonnenkilometer [tkm] beschreibt die im Rahmen einer Güterbeförderung erbrachte Verkehrsarbeit. Diese definiert sich als Produkt der Gütermenge (Summe der beförderten Güter in Tonnen) und der von dieser dabei zurückgelegten Wegstrecke in km. Verkehrsarbeit [tkm] = Gütermenge [t] * Wegstrecke [km]
kW = Kilo Watt. Die SI-Einheit der Leistung. Als Einheitenzeichen wird der Großbuchstabe W verwendet. Die Einheit ist benannt nach James Watt.
Energy Efficiency Operation Index Der EEOI dient der Erfassung der operativen Schiffseffizienz. Zu diesem Zweck werden Kosten und Nutzen miteinander in Bezug gesetzt, wobei in diesem Zusammenhang die Emissionen auf der Kostenseite zu sehen sind. Die Einheit des EEOI ergibt sich als Gramm CO2 je Ladungsmeile beförderter Ladung. Dementsprechend spielt die Auslastung der Ladekapazität eines Schiffes beim EEOI eine wichtige Rolle.
BMVI Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (bis 10/2005 auch BMVBW und bis 12/2013 BMVBS)
Energy Efficiency Design Index Mit dem EEDI können die Emissionen eines Schiffes unter seinen spezifischen Einsatzbedingungen ermittelt werden. Die EEDI-Formel setzt sich aus den Faktoren Antriebsleistung, spezifischer Treibstoffverbrauch und Emissionsfaktor zusammen, die ins Verhältnis zu Transportkapazität und Geschwindigkeit gesetzt werden.
Externe Kosten Kosten, die nicht vom eigentlichen Verursacher, sondern von der Allgemeinheit getragen werden und deshalb nicht in den Marktpreisen enthalten sind, werden als externe Kosten bezeichnet.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?297906

Gedruckt am Freitag, 29. Mai 2020 11:15:47