Klimawandel

Wasserstoff und Co.: Wie die Schifffahrt grüner werden kann

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Stefan Parsch
container-ship; Shutterstock ID 66513733

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Foto: E.G.Pors / Shutterstock/E.G.Pors

Die Schifffahrt ist ein Klimasünder. Doch der Umstieg auf Elektroantrieb ist kaum möglich. Nun sind innovative Lösungen gefragt.

Berlin. Welthandel, Kreuzfahrten, Fischfang – die Schifffahrt hat einen großen Anteil an den weltweiten CO2-Emissionen. 90 Prozent des Warenverkehrs läuft über den Seeweg. Der Kampf gegen die Klimakrise muss daher auch dort ansetzen. Noch immer fährt ein Großteil der Hochsee-, Küsten- und Binnenschiffe mit Schweröl und Diesel, viele sogar ohne Abgasbehandlung.

Der Schiffsverkehr verursacht so derzeit etwa 2,5 Prozent des weltweiten Treibhausgas-Ausstoßes. Doch anders als bei Autos lassen sich die großen Schiffsmotoren meist nicht durch Elek­tromotoren ersetzen. Als klimafreundliche Ersatzkraftstoffe werden derzeit angesehen: Wasserstoff, Methanol und Ammoniak.

Alternative Kraftstoffe: Ist Ammoniak der neue Wasserstoff?

Ammoniak ist ein giftiges Gas. Seine großtechnische Erzeugung mit Stickstoff aus der Luft und Wasserstoff ist bereits ausgereift, da es ein wichtiger Ausgangsstoff für die Produktion von Düngemitteln ist. Die chemische Verbindung besteht aus einem Stickstoffatom und drei Wasserstoffatomen – und Wasserstoff ist ein klimaneutraler Brennstoff.

Reiner Wasserstoff aber hat den Nachteil, dass er bei der Lagerung viel Platz braucht oder dieser Bedarf mit viel Energie verringert werden muss. Das Gas wird entweder bei minus 253 Grad Celsius verflüssigt oder bei einem Druck von bis zu 700 bar – dem 700-Fachen des Luftdrucks – gespeichert. „Ammoniak begnügt sich als Flüssigkeit mit moderaten minus 33 Grad Celsius bei Normaldruck und 20 Grad Celsius bei 9 bar“, sagt Gunther Kolb vom Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme. Lagerung und Transport seien unkomplizierter. Man könnte auch sagen: Ammoniak vereinfacht die Lagerung von Wasserstoff.

MAN forscht intensiv an Ammoniaktechnologien

Doch durch das eine Stickstoffatom hat die Substanz auch Tücken: Beim unvollständigen Verbrennen von Ammoniak kann Lachgas entstehen, ein starkes Treibhausgas. Noch gibt es keine modernen Ammoniakmotoren, deshalb ist die Menge an ausgestoßenem Lachgas bei ihrem Betrieb nicht bekannt.

Ingenieure wie Bastian Lehrheuer vom Fuel Science Center der RWTH Aachen sind zuversichtlich, dass das Problem mit einem System zur Abgas-Nachbehandlung gut in den Griff zu bekommen ist. Einer der größten Produzenten von Schiffsmotoren, MAN, forsche intensiv an Ammoniaktechnologien. Auch der deutsch-finnische Hersteller Wärtsilä hat ein Demonstrationsprojekt angekündigt.

Lehrheuer geht davon aus, dass Motoren mit einer Eignung für zwei Kraftstoffe, etwa Methanol und LPG (Liquified Petroleum Gas/Autogas), recht einfach auf Ammoniak umgerüstet werden können. Ammoniak kann indessen nicht nur in Motoren verbrannt, sondern auch für eine Brennstoffzelle genutzt werden.

Dafür wird der Wasserstoff vom Ammoniak weitgehend abgetrennt und gereinigt. Reiner Stickstoff entweicht in die Luft oder wird zusammen mit dem Wasserstoff in die Brennstoffzelle gegeben. Bei optimaler Reaktionsführung entstehen keine klimaschädlichen Stickoxide, zu denen auch das Lachgas zählt.

Schifffahrt wird wohl erst einmal weiter auf Verbrennungsmotoren setzen müssen

Michael Steffen vom Zentrum für Brennstoffzellentechnik in Duisburg sieht die Brennstoffzelle als ausgereifte Technologie an. Allerdings seien Brennstoffzellen und die verbundenen Elektromotoren nicht so einfach an den Leistungsbedarf großer Schiffe anzupassen. Dennoch: „Rein technisch gesehen können Ammoniak und die Brennstoffzellentechnik von der Yacht bis zum Ozeanriesen eingesetzt werden.“

Wie Steffen geht auch Martin Cames vom Öko-Institut in Berlin davon aus, dass Ammoniak als Kraftstoff für Schiffe zuerst in Verbrennungsmotoren verwendet wird, erst später in Brennstoffzellen. Als Erstautor einer Studie zum Thema plädiert er für technische Maßnahmen, die das Umweltrisiko von Ammoniak so gering wie möglich halten: Von seiner tödlichen Wirkung auf Meereslebewesen her, etwa im Fall einer Havarie, sei Ammoniak ähnlich gefährlich wie Schweröl.

Auch die Lachgasemissionen hat Cames im Blick. Sein Fazit lautet: „Ammoniak ist ein Kandidat für einen zukünftigen Schiffskraftstoff, da er ein kohlenstofffreier postfossiler Kraftstoff ist.“ Er sei wahrscheinlich billiger als andere postfossile Kraftstoffe. Weil Lecks in Tanks die Menschen an Bord gefährden könnten, sei sein Einsatz bei Passagierschiffen allerdings fraglich. Cames sieht ebenso wie Bastian Lehrheuer Methanol als mögliche Alternative zu Ammoniak an, weil es nicht so umweltgefährlich sei.

Alternative Kraftstoffe sind nur unter bestimmten Bedingungen klimafreundlich

Ob Ammoniak oder Methanol – bei beiden werden größere Tanks benötigt, wenn die Schiffe mit einer Kraftstoffladung so weit fahren sollen wie bisher. Denn der Energiegehalt beider Substanzen sei nur etwa halb so groß wie bei Diesel, hebt Lehrheuer hervor.

Klimafreundlich ist Ammoniak zudem nur, wenn es auch klimaneutral hergestellt wird. Das ist beim traditionellen Verfahren nicht der Fall. Allein dieser Indus­trieprozess sorgt für 1,1 Prozent des weltweiten Treibhausgas-Ausstoßes. Deshalb konzentrieren sich manche Forscher auf andere Wege der Ammoniakerzeugung. „Dabei ist entscheidend für die Umweltfreundlichkeit, wie nachhaltig der Wasserstoff produziert wird“, sagt Ralf Peters vom Forschungszentrum Jülich. Dies werde künftig an Standorten geschehen, an denen große Mengen an Strom aus Solar- und Windkraft zur Verfügung stehen, etwa in Australien und Chile.

Auch erste konkrete Projekte gibt es: Zum Beispiel Ammoniakantriebe für eine Sportyacht, eine kleine Binnenfähre und ein Kreuzfahrtschiff, die das Forschungsprojekt Campfire entwickelt, oder auch die Umrüstung eines Versorgungsschiffs eines norwegischen Energiekonzerns.

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