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15.06.2015 | Motorentechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Gesundheitsgefahr durch Schiffsdiesel-Abgase

Autor:
Christiane Brünglinghaus

Schmutzige Schifffahrt: Der Schiffsverkehr bläst erhebliche Schadstoffmengen in die Luft. Wie gefährlich Schiffsabgase für die Gesundheit sind, haben jetzt Wissenschaftler der Universität Rostock nachgewiesen.

Es sind nicht nur Autos: Neben dem Straßenverkehr stellt auch der Schiffsverkehr eine relevante Quelle für schädliche Emissionen dar. Die meisten Schiffe werden mit Schweröl und Schiffsdiesel betrieben, wobei das Schweröl besonders umweltbelastend ist, wie Springer-Autor Wolf-Rüdiger Bretzke im Kapitel "Strategien und Konzepte zur Förderung der Nachhaltigkeit" (Seite 162) aus dem Buch Nachhaltige Logistik schreibt. Als umweltverträglicher gilt Schiffsdiesel. Doch bei der Verbrennung emittieren sowohl Schweröl als auch Schiffsdiesel neben Kohlendioxid (CO2) Schwefeloxide (SOx), Stickoxide (NOx) und Feinstaub.

Die Partikelemissionen aus Verbrennungsprozessen können zu vermehrten Erkrankungen der Lunge und des Herzkreislaufsystems führen. Insbesondere Bewohner von Küstenregionen sind durch Emissionen aus Schiffsmotoren belastet. Zum Beispiel entweichen in der Nordsee bis zu 90 Prozent der Schiffsemissionen innerhalb von nur 90 Kilometern Entfernung zur Küste, wie aus einem Hintergrundpapier zu Luftschadstoffemissionen von Containerschiffen des Naturschutzbundes Deutschland (NABU) hervorgeht. Allerdings sind die Kenntnisse, auf welche Weise derartige Emissionspartikel den Zellstoffwechsel von menschlichen Lungenzellen beeinflussen und welche chemischen sowie physikalischen Partikeleigenschaften für bestimmte zelluläre Reaktionen verantwortlich sind, noch gering.

Messkampagne: Abgase über Lungenzellen geleitet

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Daher haben Forscher im Rahmen einer Studie des internationalen Konsortiums Helmholtz Virtual Institute of Complex Molecular Systems in Environmental Health - Aerosol and Health (HICE) die Wirkung von Aerosolpartikeln aus den Abgasen eines Schiffsdieselmotors auf menschliche Lungenzellen untersucht.

Dazu wurde von Wissenschaftlern der Universität Rostock, des Helmholtz Zentrum München, des Karlsruher Instituts für Technologie, der Technischen Universität München, des Max Delbrück Zentrums für Molekulare Medizin, der Universität Luxemburg, der Universität Cardiff sowie der Universität Ostfinnland im Rahmen einer Messkampagne ein Schiffsdieselmotor betrieben. Als Kraftstoff kamen Schweröl oder normales Diesel zum Einsatz. In einem mobilen biologischen Laboratorium wurden die dabei entstandenen Abgase in verdünnter Form direkt über Lungenzellen geleitet. Dabei wurde ein neues Verfahren angewandt, das die Zellen direkt und unter realistischen Bedingungen mit den Abgasen in Kontakt bringt, erklären die Forscher.

Dieselkraftstoff statt Schweröl: unzureichende Maßnahme?

Beim Betrieb des Schiffsmotors mit dem unraffinierten Schweröl zeigen die Emissionen erwartungsgemäß eine höhere emittierte Feinstaubgesamtmasse als bei Verwendung des hochwertigen Dieselkraftstoffes. Weiterhin werden bei Schwerölbetrieb viel höhere Konzentrationen an bekanntermaßen toxischen Substanzen, wie bestimmten Metallen (Vanadium, Nickel), polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK) oder oxidierten organischen Verbindungen gefunden. Insgesamt sind die aus der Schwerölverbrennung stammenden Partikel reicher an organischen Verbindungen, Schwefel- und Metalloxiden bei einem relativ geringen Gehalt an elementarem Kohlenstoff (Ruß). Die Feinstaubpartikel der Diesel-Emissionen dagegen weisen höhere Anteile an elementarem Kohlenstoff (Ruß) auf.

Die Ergebnisse verdeutlichen laut den Forschern, dass dringend weitere Studien zur Wirkungsweise und akuten Toxizität von Feinstaubpartikeln aus dem Schiffsverkehr notwendig sind. Der Einfluss der Ruß-Fraktion der Emissionen scheint dabei besonders interessant zu sein. Es sei empfehlenswert, die Emissionen von Feinstäuben aus Schiffsemissionen - unabhängig vom verwendeten Kraftstoff und analog zum Straßenverkehr - durch Implementierung von Abgasfiltern zu reduzieren. Die bisher ergriffene Maßnahme zur Emissionsreduktion, nämlich Schweröl durch Dieselkraftstoff (Marine Gas Oil, MGO) zu ersetzen, könnte sich nach den Ergebnissen der Studie für die Reduktion akuter Gesundheitseffekte als unzureichend erweisen.

Lesen Sie mehr zu Seawater Scrubbing und Gas als Treibstoff für Schiffe auf Seite 2.

Abgasfilter und Seawater Scrubbing

Somit scheinen die Feinstaubemissionen nicht nur beim giftigen Schweröl, sondern auch beim Schiffsdiesel sehr gesundheitsschädlich zu sein. Bis heute sind jedoch Rußpartikelfilter oder ähnliche Abgasnachbehandlungssysteme nur vereinzelt in Schiffe eingebaut worden.

Hingegen sind SCR-Katalysatoren, die Schwefeloxidemissionen reduzieren, weltweit bei etwa 500 Schiffen im Einsatz. Die Technik kann mehr als 90 Prozent der NOx-Emissionen verringern. Eine weitere technische Maßnahme zur NOx-Emissionsreduktion ist das sogenannte Seawater Scrubbing. Durch einen Nachbehandlungsprozess werden die Schiffsabgase mit Seewasser gewaschen und so von gefährlichen Partikeln und Reststoffen gesäubert. Je nach System und benutztem Treibstoff kann damit der Schwefelausstoß um 70 bis 95 Prozent gesenkt werden, wie aus dem NABU-Hintergrundpapier hervorgeht. Fast alle Scrubbersysteme reduzieren auch die PM-Emissionen. Nachteilig sei aber, dass häufig das äußerst verdreckte Wasser mit den Rückständen ungefiltert ins Meer abgelassen wird. Da Scrubber auch mit Schweröl funktionieren und im Schiffsbetrieb an- und abgeschaltet werden können, befürchtet die NABU, dass der Einbau eines Scrubbers nicht nur ein Anreiz sein könnte, weiter Schweröl zu verfeuern, sondern den Scrubber nur dort zu verwenden, wo die Vorschriften es erfordern und diese kontrolliert werden. Außerdem erhöhe sich durch den Einsatz von Scrubbern der Brennstoffverbrauch um ein bis drei Prozent. Wegen der vielfältigen Nachteile für die Umwelt lehnt der NABU den Einbau von Scrubbern ab.

Gas als Treibstoff für Schiffe

Um die Emissionen von Schiffen wirksam zu reduzieren, wäre eine weitere mögliche Option der Einsatz von Flüssiggas (LNG). Denn Gas hat ein enormes Potenzial zur Vermeidung von Luftverschmutzung: Erdgas hat gegenüber Marine Diesel Oil (MDO) 25 bis 30 Prozent weniger CO2-, 100 Prozent weniger SOx-, mehr als 80 Prozent weniger NOx- und 100 Prozent weniger Partikel-Emissionen, schreibt Heinrich Reincke im Artikel "Reduktion von Emissionen durch Kreuzfahrtschiffe im Hafen - Hamburger Perspektive“ (Seite 27) aus der Zeitschrift Wasser und Abfall. Das Schiff würde also während der gesamten Fahrt weniger schädliche Emissionen erzeugen. Allerdings verbrennt das Gas unvollständig. So entstehen unter anderem klimaschädliche Methan-Emissionen. Ein aktuelles Beispiel für ein Schiff mit Erdgas- und Windantrieb ist das Cargoschiff Vindskip: Es fährt mit einem Erdgasantrieb aufs Meer und kann dann dort den riesigen Rumpf als Segel nutzt. Das soll den Schadstoffausstoß um 80 Prozent reduzieren. Gas als Treibstoff für Schiffe ist bisher aber noch wenig verbreitet.

Weniger ambitioniert, aber dennoch effektiv ist die Reduktion von Emissionen während der Liegezeit der Schiffe in Häfen. Die LNG-Hybrid-Barge namens Hummel - ein schwimmendes Flüssiggaskraftwerk - hat kürzlich erstmalig ein Kreuzfahrtschiff während seiner Liegezeit im Hamburger Hafen mit Strom versorgt. Neben Landstrom sind Flüssiggaskraftwerke eine Möglichkeit, die Schadstoffe aus dem Schiffsbetrieb während der Liegezeit deutlich zu reduzieren: Es werden keine Schwefeloxide oder Rußpartikel emittiert und der Ausstoß von Stickoxiden und Kohlendioxid wird verringert.

Politische Maßnahmen zur Reduzierung der Emissionen

Neben technischen sollen auch politische Maßnahmen dabei helfen, die Schadstoffe im Schiffsverkehr zu mindern. Seit Januar 2015 sind nach internationalen Vorgaben in den Stickoxidemissionskontrollgebiete (NOx Emission Control Areas, NECAs) nur noch Kraftstoffe mit Schwefelgehalten bis 0,10 Prozent Schwefelmasseanteil erlaubt. In Europa sind die Nordsee, die Ostsee und der Ärmelkanal als SECA ausgewiesen. Eine Verschärfung der Grenzwerte für Stickoxide, des sogenannten Tier-III-Standards, in den Stickoxidemissionskontrollgebiete (NOx Emission Control Areas, NECAs) ist für 2016 geplant. In Nordamerika gibt es ein kombiniertes NECA- und SECA-Gebiet. Eine Einführung von NECAs und SECAs in allen EU-Gewässern und Wirtschaftszonen auf See (EU 27) brächte Emissionsreduktionen laut dem NABU von 160.000 Tonnen SO2 und 970.000 Tonnen NOx.

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