Schiffahrt als Chance zur Reduzierung von Energieverbrauch und Emissionen Autoren: Hartmut Schaale , Hans-Bernd Schwab Hartmut Schaale Wilsonstr.4 22045 Hamburg Tel.: (040) 66 37 53 Hschaale-hh@arcor.de Zusammenfassung Erst seit wenigen Jahren wird der Beitrag der Schiffahrt zu den weltweiten Emissionen kritisch hinterfragt. Dabei ist es wie bei kaum einem anderen, wirtschaftlichen Bereich so relativ einfach wie in der Schiffahrt, mit verfügbaren Technologien umgehend massive Emissionsreduzierungen und zwar weltweit zu erreichen. Es wird nicht an die Wiederbelebung nostalgisch-überholter Ansätze (Windjammer) gedacht, sondern an ihre Neuerfindung auf der Grundlage der heutigen, technischen Möglichkeiten. Der Ölpreis wird nicht mehr wesentlich sinken und regenerative Energien für die heutigen Transportbedürfnisse werden konkurrenzfähig sein. Wissenschaftler (Prof. N. Zajonc, Bremen) sagen: ein regenerativer Ansatz in der Schiffahrt ist notwendig, Techniker (Dipl.Ing.P.Schenzle, Hamburg) sagen: er ist machbar, Wirtschaftler (Dipl.Vw. H.Schaale, Hamburg) sagen: er rechnet sich immer mehr. Das künftige Schiff wird ein "Systemschiff" sein, das modernste Technologie verwendet und das ultimative Ziel des "Null-Emissionen-Schiffs" ansteuert. Auf der Grundlage der Windkraft sowie eines konventionellen Zusatzantriebs werden Solar- und sonstige Energietechnologien in dem Maße verwendet, wie sie serienreif werden. Das Ergebnis wird ein moderner Bulkfrachter bzw. Tanker sein, der besonders auf interkontinentalen Routen die konventionelle Konkurrenz sowohl im Bunker (Energie-) verbrauch als auch beim Ausstoß von Emissionen bald hinter sich lassen wird. Einleitung In den letzten hundert Jahren hat sich in der internationalen Schiffahrt eine ähnlich epochale und einschneidende Umwälzung vollzogen wie in anderen Bereichen einer Wirtschaft, die inzwischen weltweit als "entwickelt" bezeichnet wird und sich maßgeblich durchgesetzt hat. Die Meilensteine dieser Umwälzung sind vor Allem der Übergang vom ehrwürdigen Segel- zum Motorantrieb, die Herausbildung spezieller Schiffstypen für die von der modernen Wirtschaft nachgefragten Güter, das Anwachsen der Größenordnung einiger dieser Schiffstypen sowie die sich aus Spezialisierung und Größenordnung ergebenden Konsequenzen für die Hafenwirtschaft und das Hinterland. Diese Tendenzen haben zur Herausbildung von Transport- und Logistikketten geführt, die inzwischen (fast) jeden Winkel dieser Erde erreichen und wobei das Schiff lediglich ein integraler Bestandteil von etlichen anderen ist, das sich möglichst naht- und reibungslos einpassen muß (Schaale, H., 2003). Die Zeiten der billigen Energie, die entsprechend maßlos genutzt wird, sind jedoch zu Ende (IEA 2007: Fact Sheet Oil). Die Folgen dieser maßlosen Nutzung sind in den vergangenen Jahrzehnten immer deutlicher zu Tage getreten und werden unter dem Stichwort „Klimawandel“ zunehmend zu einem Handlungsparameter internationaler, zunehmend globalisierter, Politik. Die Kausalität zwischen Energieverbrauch und Umweltschäden wird von maßgeblichen Teilen der Wissenschaft nicht mehr in Frage gestellt und nötigt „die“ Politik zunehmend zum Handeln. Trotz der - nach Meinung vieler - schleppenden Umsetzung von bereits seit Langem als unausweichlich erkannten Maßnahmen zur Reduzierung der Folgen des Klimawandels hat sich seit 2005 der Emissionsrechtehandel etabliert. Er wird zunehmend als systemadäquates Instrument angesehen, die Wirtschaft zu Entwicklungen zu bewegen, welche die klimaschädlichen Folgen der wirtschaftlichen Aktivitäten in Grenzen halten sollen und im Idealfall sogar reduzieren können. Erst seit wenigen Jahren ist auch die Schiffahrt ins Visier derartiger Überlegungen gekommen. Obwohl sie das bei Weitem umweltfreundlichste Transportmittel ist, wird sie überwiegend mit einem Energieträger betrieben, der an Land als giftiger Sondermüll entsorgt werden müßte, nämlich Schweröl. Deren Auswirkungen sind auf See schwer erfaßbar und wurden bisher kaum zur Kenntnis genommen, geschweige denn als Problem gesehen. Im Rahmen dieses Beitrags geht es vor allem um die Auswirkungen des Haupttreibstoffs der Schiffahrt, dem Schweröl (HFO, MDO). Wie bei jedem Verbrennungsvorgang fallen eine Anzahl mehr oder weniger giftiger Stoffe an – Kohlendioxyd, Schwefeldioxide, Stickstoffoxyde - und mit den Verbrennungsrückständen in der Luft bilden sich Aerosole. Daraus ergeben sich zum Einen die bekannten klima- und gesundheitsschädlichen Emissionen in die Luft und zum Anderen eine stärkere Wolkenbildung, der teilweise abkühlende Wirkung auf das Klima zugeschrieben wird (Lauer e.a., 2007). Zudem muß das Schweröl vor der Verbrennung von Sedimenten gereinigt und diese müssen anschließend entsorgt werden, was nach wie vor (zu) oft durch schlichte Verklappung im Meer stattfindet. Diese hochgiftigen Rückstände sowie der Eintrag der o.g. gasförmigen Emissionen ins Meer greifen direkt in die Lebenszyklen vieler mariner Lebewesen ein und schädigen damit den vielfach vernetzten Lebensraum „Meer“ insgesamt. Internationale Bemühungen um die Reinhaltung der Umwelt haben in Schiffahrtskreisen zwar relativ früh begonnen (1922 USA, 1934 Völkerbund, 1950 IMCO (Vorläufer der IMO), sie zielten zunächst aber hauptsächlich auf die – sichtbare - Ölverschmutzung durch Schiffe. Erst 1973 geriet mit dem Abkommen „International Convention for the Prevention of Pollution from Ships 1973“ – bekannt als MARPOL – die Luftverschmutzung durch Schiffe zunehmend in den Blick. Nachdem Mitte der 1980-er Jahre mit den Vorarbeiten zum Thema der Luftverschmutzung begonnen worden war, wurde erst mit der MARPOL-Anlage VI von 1997 dieses spezielle Thema strukturiert angepackt; ihre Vorschriften sind jedoch erst seit dem 9.Mai 2005 in Kraft (IMO 2008). Allein dieser Zeitablauf zeigt die Schwierigkeiten, dieses Thema überhaupt zu erkennen, es zu bewerten und anschließend angemessene Maßnahmen zu vereinbaren. Das heißt noch lange nicht, daß sie auch durchgeführt werden, was angesichts der – oftmals verdeckten („vested“) - wirtschaftlichen Interessen der Adressaten (Reeder, Verlader) durchaus verständlich ist (Schiffe sind langfristige Investitionen, die sich amortisieren sollen; die neuen Vorschriften bedingen neue, teure Technologien und, vor allem, die Folgekosten sind unbeliebt – die angestrebten, schwefelarmen, „umweltfreundlichen“ Treibstoffe (MDO) sind fast doppelt so teuer wie die bisher noch weitgehend üblichen Schweröle (HFO, MFO). Bei der Destillation von Rohöl in vor allem älteren Raffinerien fallen neben Benzin, Diesel, usw. auch – meist stark schwefelhaltiges - Schweröl als „residual product“ an. In modernen Raffinerien läßt sich zwar der prozessbedingte Anfall von Schweröl stark reduzieren – in Deutschland wird es nur noch minimal hergestellt - die Nachfrage nach Schweröl nimmt jedoch in den aufsteigenden Schwellenländern (BRIC) stark zu – eine Frage des Preises (Wikipedia 2008, “Schweröl“). Auch hierin ist erkennbar, daß diese Schwellenländer nicht bereit sind, ihre wirtschaftlichen Perspektiven zugunsten einer größeren Umweltverträglichkeit der dafür essentiellen Schifffahrtsaktivitäten einzuschränken. Neue, erstmalige Studien (Bojanowski, A. (2007), (Lauer e.a., 2007) in den USA und Deutschland kommen zu erschreckenden Ergebnissen, was die Auswirkungen der Schiffsabgase auf die Gesundheit von küstenahen Bevölkerung angeht. Besonders betroffen sind Westeuropa und Fernost, zumal die Schifffahrtsrouten dort in Küstennähe verlaufen. Die Aerosole und gasförmigen Emissionen ziehen mit der vorherrschenden Westwinddrift landeinwärts und vermischen sich mit den landgenerierten Emissionen. Ihre Auswirkungen sind in Hafenstädten, an großen Flußläufen und bis weit ins Hinterland signifikant nachweisbar (Corbett e.a. 2007). Die Herausforderung Mit Schiffen werden mehr als 80% des weltweiten Güteraustauschs (nach Volumen) transportiert. Insofern liegt nahe, daß dort trotz aller Umweltfreundlichkeit (= relativ geringer Energiebedarf pro transportierter Einheit) ein gewaltiges Einsparpotential für Energie und damit auch für Emissionen vorhanden ist. Es kann nur wundern, daß dieses Potential im Gegensatz zu dem im Land-und Luftverkehr erst so spät zu einem Thema gemacht worden ist. Emissionen sind das Ergebnis von Energieeinsatz bei den verschiedenartigsten wirtschaftlichen Aktivitäten. Im Falle der Schiffahrt bedeutet dies seit über einem Jahrhundert den Einsatz von fossilen Energieträgern – zuerst Kohle, dann Öl - als Treibstoff für Motoren, die das Schiff vorantreiben. Billiges Öl sowie einfach und bequem zu handhabende Motorentechnik haben seither dazu geführt, daß praktisch die gesamte kommerzielle Schiffahrt mit Öl betrieben wird. Angesichts des billigen Treibstoffs hat es mit Ausnahme der Atomtechnologie seitdem kaum ernsthafte Versuche gegeben, die Vorherrschaft des Öls als Treibstoff abzulösen. Es hat sich schnell gezeigt, daß die Versprechungen des angeblich unerschöpflichen Nukleartreibstoffs nicht zu halten waren angesichts der Größenordnung technologischer und wirtschaftlicher Risiken, die letztlich nur staatliche Institutionen (Marinen) eingehen konnten. Eine wirtschaftliche Anwendung war nicht darstellbar und man hätte – wie man jetzt erkennen kann – lediglich eine Abhängigkeit (vom Öl) durch einen andere (vom durchaus nicht unerschöpflichen Uran) eingetauscht. Der Nuklearschiffsbetrieb ist sicher beneidenswert emissionsfrei, aber die gesamte Nuklearbrennstoff- Herstellungs-und Entsorgungskette ist eine großindustrielle – und damit nicht emissionsfreie – Tätigkeit, der man im Zeitalter des globalen Terrorismus zudem nicht mehr so recht traut. Zu Lande hat es in den letzten beiden Jahrzehnten in Hinblick auf nachhaltige Energieerzeugung und –verwendung erstaunliche Entwicklungen gegeben – man denke nur an die Windgeneratoren und die Solartechnologie.

“Shipping as an opportunity for the reduction of energy consumption and emissions” Authors: Schaale, Hartmut Free-lance financial shipping consultant Schwab, Hans-Bernd Free-lance technical shipping consultant Contact person: Schaale, Hartmut Wilsonstr.4 D-22045 Hamburg Tel.: (+040) 66 37 53 Hschaale-hh@arcor.de Shipping as an opportunity for the reduction of energy consumption and emissions Only in recent years the contribution of shipping to worldwide emissions has been critically questioned. Yet in hardly any other economic sector it is as relatively easy as in shipping to achieve immediate massive emission reductions on a worldwide scale with technologies available already today. It is not intended to revive nostalgic-outdated approaches (“Windjammer”); instead a re-invention on the basis of the actual, technological possibilities is herewith proposed. The oil price will not any more decrease substantially and sustainable energies for the actual transport needs will become more and more competitive. Scientists (Prof. N. Zajonc, Bremen) say: a sustainable approach in shipping is necessary; engineers (Dipl.Ing.P.Schenzle, Hamburg) say: it is feasible; economists (Dipl.Vw. H.Schaale, Hamburg) say: it becomes more and more economically accessible. The future vessel will be a "system vessel", which uses state-of-the-art technology and will have the "zero-emission-vessel" as the ultimate target. On the basis of wind power assisted by conventional auxiliary propulsion solar and other energy technologies will be applied as soon as these are implemented. The result will be a modern bulk vessel respectively tanker, which will soon overtake their conventional competition especially on intercontinental routes in both reductions: in bunkers (energy) consumption and in emissions. Chapter 1: Introduction During the last one hundred years international shipping has suffered a similar epoch-making and incisive transformation as other sectors of the economy, which meanwhile is termed as "developed" and has prevailed worldwide. The milestones of this transformation have been mainly the substitution of the venerable sail by motor propulsion, the emergence of special vessel types for the transport of the commodities demanded by modern economy, the increase in size of some of these vessel types and the consequences resulting from specialization and size for the port economy and the hinterland. These trends have led to the development of transport and logistic chains, which meanwhile extend almost everywhere and in which the ship is only an integral component among many others, which has to fit in as smoothly as possible (Schaale, H., 2003). The era of cheap energy with its excessive use are terminated (IEA 2007: Fact Sheet Oil). The consequences of this excessive use have clearly shown itself in the last decades and are becoming under the catchword “climate change” an action parameter for the international, increasingly globalized, policy. The causality between consumption of energy and ecologic damages is not questioned any more by leading sections of the scientific community and compels the politicians more and more to act accordingly. In spite of the - according to the opinion of many - delayed implementation of measures recognized since long as inevitable for the reduction of the consequences of the climate change, the emission certificates trade has been established since 2005. It is increasingly considered as a system-adequate instrument to prod the economy to developments, which can limit the damaging consequences to the climate of the economic activities and which maybe even reduce them. Only in recent years has shipping also come under such scrutiny. Though it is by far the most environmentally friendly means of transport, it is mainly operated with an energy resource, which –when ashore - has to be disposed off as an especially poisonous waste, namely heavy 2 Shipping as an opportunity for the reduction of energy consumption and emissions fuel oil. Its effects offshore are difficult to record and have till recently hardly been acknowledged, let alone seen as a problem. The principal topic of this paper focuses on the effects of the main fuel resource of shipping, the heavy fuel oils (HFO, MFO). As with any combustion process an amount of more or less poisonous substances are generated - carbon dioxide, sulphur dioxide, nitrogen oxide - and the combustion residues together with the air generate aerosols. These originate on one side the well known emissions hazardous to climate and detrimental to health and on the other side a more intense formation of clouds, which are claimed to have partially cooling effects on the climate (Lauer e.a., 2007). Moreover, the heavy fuel oil before combustion must be cleaned from sediments and these must be disposed properly, which is still (too) often done by simple dumping at sea. These highly poisonous residues as well as the above mentioned gaseous emissions dissolved in the sea affect directly the life cycles of many marine creatures, thus damaging the highly interlinked biosphere “ocean”. Actually international efforts for cleaning the environment have begun in shipping circles relatively early (1922 USA, 1934 League of Nations, 1950 IMCO (forerunner of IMO). In those days however they targeted mainly the - visible - oil pollution by ships. Only in 1973 with the „International Convention for the Prevention of Pollution from Ships 1973“ - known as MARPOL - the air pollution by ships was increasingly acknowledged. In the middle of the decade of the 1980ies preparatory works for the complex “air pollution” were started, but only in the MARPOL-Annex VI of 1997 this special issue was tackled in a structured way; its regulations however came into effect only on May 9th, 2005 (IMO 2008). This long time period alone reflects the difficulties to identify this problem, to assess it and finally to agree to adequate measures. That still doesn't mean that they are also implemented which, considering the - frequently vested - economic interests of the interested parties (shipowners, shippers) is somewhat understandable. After all, vessels are long-term investments, which must amortize themselves; the new regulations imply new, expensive technologies and, above all, the ensuing costs are unpopular - the envisaged sulphur-reduced, “environmentally friendly” fuels (MDO) are almost twice as expensive as the up to now mostly used heavy fuel oil (HFO, MFO). In the distillation process of crude in especially older refineries there are produced petrol, Diesel fuel, etc. and - mostly with strong sulphur content - heavy fuel oil as a „residual product“. In modern refineries the applied process allows to greatly reduce the share of heavy fuel oil - in Germany it is only marginally produced. However, the demand for heavy fuel oil increases considerably in the ascending threshold countries (BRIC) - a question of price (Wikipedia 2008, “heavy fuel oil“). This also shows that these threshold countries are not prepared to restrict their economic perspectives in favour of a greater environment friendliness of their essential shipping activities. New, first-time studies (Bojanowski, A. (2007), (Lauer e.a., 2007) in the USA and Germany come to alarming results concerning the effects of the vessels' exhaust fumes on the state of health of coastal populations. Especially affected are Western Europe and the Far East, since the shipping lanes there run along the coasts. The aerosols and gaseous emissions drift with the prevailing west winds upcountry and blend with the emissions generated on land. Their effects are significantly detectable in port cities, along large rivers and even far into the hinterland (Corbett e.a. 2007). 3 Shipping as an opportunity for the reduction of energy consumption and emissions Chapter 2: The Challenge More than 80% of the worldwide exchange of goods (according to volume) is transported by vessels. Insofar it stands to reason that, in spite of all their already existing environmental compatibility (= relatively small energy input per transported unit), they represent a gigantic saving potential for energy and thus for emissions. One can only muse, why this potential has become an issue only so late in contrast to the arguments concerning the land and air traffic. Emissions are the result of the application of energy in the most diverse economic activities. In the case of shipping, since more than a century vessels are operated with fossil energy resources - at first with coal, then oil – for fuelling the ship’s propulsion. Cheap oil as well as simple and comfortable engine handling have since had as a consequence, that practically all commercial shipping is nowadays operated with oil. Considering the cheap fuel there have hardly been made any serious attempts to challenge its dominance, with exception of the nuclear technology. However, it quickly became clear, that the promises of allegedly inexhaustible nuclear fuel could not be fulfilled in face of the magnitude of the technological and economic risks, which after all only government institutions (navies) could shoulder. An economic operation could not be expected and - as one can see now - one dependence (from oil) would only have been traded with another (from the not at all inexhaustible uranium). The nuclear vessel’s operation is certainly enviably free of emissions, but the entire chain of manufacture of nuclear fuel and consequent waste disposal is a gigantic industrial operation - and not at all free of emissions. Moreover it has to face strong reservations in the age of global terrorism.