Szenarien über zukünftige Luftqualität in der Nordsee

Küstenforscher Dr. Volker Matthias hat aktuelle und mögliche zukünftige Schadstoffemissionen in der Nordsee berechnet.

Pressemitteilung (HZG)12. März 2014: Im Rahmen des EU-Projektes Clean North Sea Shipping hat Dr. Matthias vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) die aktuellen Schadstoffemissionen von kommerziell genutzten Schiffen in der Nordsee erhoben.

Unter der Annahme von unterschiedlichen Szenarien berechnete der Küstenforscher zudem mögliche zukünftige Emissionen. Die Modelle zeigen: Ohne weitere gesetzliche Regulierungen und technischen Veränderungen der Schiffe könnten die Stickoxidabgase der Schifffahrt bis zum Jahr 2030 um 25 Prozent steigen.

"Zunächst mussten wir die aktuelle Situation analysieren. Dafür haben wir uns jedes kommerziell genutzte Schiff, das im Jahr 2011 auf der Nordsee gefahren ist, genauer angeschaut. Wichtig waren für uns Größe, Schiffstyp, Motorenart, Kraftstoffverbrauch und natürlich die Route eines jeden Schiffes," sagt Volker Matthias.

Die erhobenen Daten wurden anschließend in die vom HZG betriebenen Chemie-Transportmodelle eingespeist. Die Berechnungen ergaben, dass zurzeit 20 bis 30 Prozent der Schwefel- und Stickoxidkonzentrationen in der Nordseeluft auf die Schifffahrt zurückzuführen sind. Denn obwohl der Seeverkehr in Bezug auf Kohlendioxid-Emissionen einer der umweltfreundlichsten Verkehrsträger ist, betreibt der Großteil der Schiffe seine Motoren mit schwefelreichem Schweröl.

Partikeltransport über hunderte Kilometer
"Das Thema Luftverschmutzung durch Schiffe betrifft nicht nur die direkte Küstenregion", erläutert Dr. Matthias. Die Schiffsabgase werden durch die Winde verdriftet und reagieren mit Gasen aus Landwirtschaft, Industrie und Verkehr. Es kommt zur sogenannten Partikelbildung. Diese Partikel können über hunderte Kilometer durch die Atmosphäre transportiert und noch 500 Kilometer landeinwärts nachgewiesen werden.

Nach der Bestandsaufnahme folgte Schritt zwei: "Wir wollten herausfinden, wie sich konkrete gesetzliche Maßnahmen auf die Schadstoffkonzentration in der Atmosphäre auswirken könnten. Dafür haben wir vier verschiedene Szenarien entwickelt", erläutert Dr. Matthias.

Szenario Eins zeigt: Die Konzentration von Stickoxiden in der Atmosphäre würde im deutschen Nordseeraum bis 2030 um etwa 25 Prozent ansteigen, wenn die gesetzlichen Schiffsabgas-Richtlinien nicht weiter verschärft würden. "Selbst die Einführung der bereits beschlossenen Regulierung des Schwefelgehaltes im Treibstoff ab dem 01.01.2015 könnte die Verschlechterung der Luftqualität in den Küstengebieten nicht stoppen", erklärt Dr. Matthias. "Die Schiffe stoßen nach wie vor hohe Mengen Stickoxide aus und wir müssen damit rechnen, dass die von Schiffen transportierte Fracht auf der Nordsee jedes Jahr um zwei bis drei Prozent ansteigen wird."

Strengere Richtlinien, um Status Quo zu erhalten
Auch Szenario Zwei und Drei machen deutlich: Schon um den Status Quo zu erhalten, müssten strenge Richtlinien durchgesetzt werden. Die Einführung der sogenannten "Tier III" Abgas -Regulierungen ab dem 01.01. 2016 wäre ein erster Schritt. Sie regulieren den Stickoxidausstoß bei neu gebauten Schiffen. Um die Vorgabe zu erfüllen, müssten neue Schiffe entweder mit dem emissionsarmen Treibstoff Flüssiggas betrieben werden oder aber beim Einsatz von konventionellem Schweröl Filteranlagen und Katalysatoren einsetzen. Jedoch gelten die "Tier III" Richtlinien nur für sogenannte Emission Control Areas. Bisher ist die Nordsee allerdings nur zum Emissionskontrollgebiet für Schwefel erklärt worden - nicht für Stickoxide. Dies müsste Deutschland gemeinsam mit den anderen Anrainer Staaten erst beschließen.

Im vierten Szenario spricht Dr. Matthias von einer Verbesserung der Luftqualität. Dies sei allerdings nur zu erreichen, wenn bis zum Jahr 2030 alle existierenden Schiffe umgerüstet würden und nicht nur die Neukonstruktionen - die "Tier III" Richtlinien erfüllen müssten.

Weitere Informationen
Das Thema Schiffsabgase beschäftigt nicht nur die Küstenforscher in Geesthacht. Wissenschaftler des Instituts für Polymerforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht haben zusammen mit dem Projektpartner Wissenschaftlich-Technisches Zentrum Roßlau eine Möglichkeit gefunden, den Stickoxidgehalt der Abgase von Schiffen mithilfe von Membranen zu reduzieren. Mit den Geesthachter Membranen entstehen bei der Verbrennung im Motor 80 Prozent weniger Stickoxide. Das Prinzip: Ein Membranmodul wird vor den Motor des Schiffes platziert, dort wo der Motor Sauerstoff für die Verbrennung ansaugt und verdichtet. Kernstück der Membran im Modul ist eine sehr dünne Trennschicht, die für Sauerstoff durchlässiger ist als für Stickstoff. Die treibende Kraft für den Transport sind die unterschiedlichen Drücke, die an den beiden Membranseiten anliegen. Das Modul trennt also Sauerstoff aus der Ansaugluft ab, sodass nur noch 17 Prozent statt vorher 21 Prozent Sauerstoff in den Motor gelangen. Das hat zufolge, dass die Verbrennungstemperatur im Motor um rund 200 Grad auf 2.500 Grad verringert wird. Weil dadurch weniger Stickoxide gebildet werden, wird die Seeluft nicht mehr so stark belastet.

Mit Kooperationspartnern aus Wissenschaft, Wirtschaft und Behörden hat das im März 2014 abgeschlossene dreijährige INTERREG Projekt Clean North Sea Shipping (CNSS) den Einsatz schadstoffärmerer Kraftstoffe sowie Technologien zur Abgasminderung in der Schifffahrt und in den Häfen des Nordseeraums erforscht.
Nähere Informationen zum EU Projekt Clean North Sea Shipping finden Sie hier.

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