Schifffahrt - Wasserstoff statt Schweröl – wird Schiffstransport bald umweltfreundlich?

Rund 90 Prozent der weltweit gehandelten Güter werden von Schiffen transportiert. Entsprechend viel Treibstoff verbrauchen die Schiffe, 370 Millionen Tonnen sind es laut Schätzungen jährlich. Die Schifffahrt ist denn auch eine beträchtliche Schadstoff-Quelle: Über eine Milliarde Tonnen CO2 haben die Schiffe 2012 ausgestossen. Das entspricht rund drei Prozent der weltweiten CO2-Emissionen.

Damit ist die Schifffahrt nicht der grösste CO2-Sünder im Transportwesen, denn die Strasse trägt mit rund 17 Prozent am meisten zu den gesamthaften CO2-Emissionen bei, die Luftfahrt verursacht ebenfalls etwas über 2 Prozent. Problematisch ist aber nicht nur das ausgestossene CO2, sondern auch die hohen Schwefeloxid- und Stickoxid-Abgaben. Die Schifffahrt ist laut der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation der Vereinten Nationen (IMO), einer Unterorganisation der UNO, verantwortlich für 13 Prozent des weltweiten Schwefeldioxids und 15 Prozent des Stickoxids.

Es ist also nicht verwunderlich, dass die Elektrifizierung nun auch in der Schifffahrt zum Thema wird – wenn auch vergleichsweise spät. Zum jetzigen Zeitpunkt sind vor allem Batterien und Hybridmotoren im Einsatz, vorwiegend im Passagiertransport auf kurzen Strecken. Batterien benötigen allerdings sehr viel Platz und haben eine relativ kleine Reichweite.

Hybridmotoren können Emissionen zwar reduzieren, aber nicht komplett verhindern. In den letzten Jahren wurde aber intensiv an einer Technologie geforscht, welche die Elektrifizierung sogar bei Frachtschiffen möglich machen könnte: Wasserstoff-Speicher. Vereinfacht gesagt, wird Wasser mit elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Mittels einer Brennstoffzelle wird Wasserstoff wieder umgewandelt und setzt dabei Energie frei, die für den Antrieb des Schiffes genutzt wird.

Eine Frage der Kosten

Die Vorteile von Wasserstoff-Speichern: Sie sind emissionsfrei und zudem platzsparender als Batterien. Michael Stusch ist überzeugt, dass sich die Elektromotoren in der Schifffahrt durchsetzen werden. Der Gründer und Geschäftsführer des Energieunternehmens H2-Industries sagt: «Ich sehe darin die einzige Zukunft. Die Elektrifizierung ist heute nicht mehr wegzudenken und hält in allen Bereichen Einzug.»

Das Münchner Unternehmen hat in diesem Jahr zusammen mit dem niederländischen Binnenschifffahrtsunternehmen PortLiner mit dem Bau von vollelektrischen Frachtschiffen begonnen, die dank Wasserstoff-Technologie komplett emissionsfrei fahren sollen. Sie speichern den gasförmigen Wasserstoff in einem flüssigen Wasserstoffträger, LOHC genannt. Damit könne erneuerbare Energie sicher gelagert und überall verfügbar gemacht werden. «Wir beziehen die Energie für die Herstellung von Wasserstoff ausschliesslich von Kunden, die Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wasserkraft oder Wind- und Solaranlagen herstellen», sagt Stusch.

Mit LOHC könne im selben Volumen zwanzigmal mehr Strom gespeichert werden als in einer Batterie der gleichen Grösse. «Im Vergleich zu herkömmlichen Dieselantrieben hat das LOHC eine Reichweite von einem Drittel», sagt Michel Stusch. Das heisst, die mit LOHC getankten Schiffe müssen dreimal so oft tanken wie Schiffe mit Dieselmotoren, was laut dem Ingenieur aber kein Problem darstelle. Denn für LOHC könne die bestehende Tankinfrastruktur genutzt werden und gleich schnell wie Diesel getankt werden. «Es braucht einzig eine zusätzliche Zapfsäule, die geladenes LOHC hineinpumpt und entladenes LOHC abpumpt», so Stusch.

Wie mehrheitsfähig die Technologie wird, hängt stark von der Entwicklung der Kosten ab. Felix Büchi vom Paul-Scherrer-Institut zeigt sich eher skeptisch, was den baldigen Einsatz von Wasserstoff im grossen Stil in der Hochseeschifffahrt betrifft. «Schon heute, wo die meisten Schiffe mit dem billigsten Treibstoff Schweröl fahren, machen die Energiekosten einen Grossteil der Betriebskosten aus», sagt Büchi, der an Brennstoffzellen und Batterien forscht.

Solange keine Regulierungen den Einsatz von fossilen Treibstoffen limitieren, sieht Büchi auf kurze Sicht wenig Chancen für eine breite Anwendung von Wasserstoff bei Schiffen. Denn damit würden die Energiekosten noch höher. Seine Einschätzungen unterstützt eine Analyse des University College London von 2017, die das Potenzial von Wasserstoff in der Schifffahrt untersuchte. Gemäss dieser Analyse ist der Einsatz von Wasserstoff als Treibstoff für Schiffe bis 2035 unwahrscheinlich und wird ohne CO2-Beschränkungen auch bis 2050 nicht realistisch.

Für wahrscheinlicher hält Büchi in den nächsten Jahren einen Umstieg auf Flüssigerdgas (LNG). Dieses verursacht deutlich weniger CO2-Emissionen und praktisch keine Schwefeldioxid-Emissionen. «Damit ist der Umstieg auf einen gasförmigen Treibstoff gemacht. Dies kann dem Wasserstoff den Weg langfristig ebnen», so Büchi.

E-Schiffe schon jetzt profitabel

Aktuell fahren viele Schiffe noch mit billigem Schweröl, welches bei der Raffination von Erdöl als zähflüssiger Rest zurückbleibt und einen hohen Anteil an Schwefel, Asche und Schwermetallen enthält. Vor zwei Jahren hat die internationale Seeschifffahrtsorganisation aber entschieden, den erlaubten Schwefelanteil in Schiffstreibstoff bis 2020 drastisch zu senken. Spätestens dann müssen die Reedereien gezwungenermassen auf sauberere und damit teurere Brennstoffe umsteigen oder in sehr aufwendige und kostenintensive Katalysatoren investieren.

Zwar ist der Bau von elektrischen Schiffen heute meist noch teurer als von treibstoffbetriebenen. Doch Untersuchungen aus Norwegen zeigen, dass elektrische Schiffe ökonomisch sein können. Ausgerechnet Norwegen, der grösste Ölförderer Europas, ist der Vorreiter in der E-Schifffahrt und hat verschiedene Testschiffe mit Elektro- und Hybridmotoren im Einsatz.

Die Betriebskosten der ersten elektrischen Autofähre «Ampere» seien durch den Elektroantrieb um rund 80 Prozent gesunken, sagte Peter Due vom norwegischen Technologie-Unternehmen Kongsberg Maritime am Nordischen Elektrovehikel-Gipfel 2018 in Oslo. Und wie eine Studie von Siemens und der norwegischen Umweltorganisation Bellona zeigt, wären batteriebetriebene oder mit Hybridmotoren ausgerüstete Schiffe auf rund 70 Prozent aller Fährverbindungen in Norwegen schon heute profitabel. Das Energieunternehmen H2-Industries rechnet unter normalen Bedingungen mit gleichbleibenden oder gar leicht tieferen Betriebskosten von Schiffen mit der neue LOHC-Technologie.

Laut ihren Berechnungen könnte eine grosse Kreuzfahrtlinie, die beispielsweise in der Wüste eine eigene Solaranlage zur Stromgewinnung für die Herstellung von Wasserstoff baut, nach acht Jahren kostenfrei mit LOHC fahren.