Der Versand ist klimaschonend und schwer zu reinigen – diese Innovationen können helfen, Emissionen zu senken

Image Die Schifffahrt ist für einen Großteil der weltweiten Emissionen verantwortlich. William William/Unsplash, CC BY

Schiffe tragen mehr als 80% des Welthandels, und sie verlassen sich stark auf einige der am wenigsten umweltfreundlich Transportkraftstoffe zur Verfügung.

Es gibt keine billigen, weit verbreiteten Lösungen, die die Treibhausgasemissionen der Schifffahrtsindustrie senken können – tatsächlich gilt die Schifffahrt als eine der am schwierigsten zu dekarbonisierenden Industrien der Welt –, aber einige aufregende Innovationen werden derzeit getestet.

Als ein Professor für Schiffbau und Meerestechnik, arbeite ich an Schiffsantriebs- und Steuerungssystemen, einschließlich Elektrifizierung, Batterien und Brennstoffzellen. Diese Woche konzentriert sich die Aufmerksamkeit auf den Klimawandel, während sich die Staats- und Regierungschefs der Welt auf dem G-7-Gipfel treffen und die Unterhändler bei einem Treffen der Vereinten Nationen über Schiffsemissionen diskutieren International Maritime Organizationwerfen wir einen Blick auf die Möglichkeiten und einige der Kraftstoffe und Technologien, die wahrscheinlich die Zukunft der Branche bestimmen werden.

Klimaproblem der Schifffahrt

Versand ist das günstigste Möglichkeit, Rohstoffe und Schüttgüter zu bewegen. Das hat ihm sowohl einen enormen wirtschaftlichen Einfluss als auch einen großen COXNUMX-Fußabdruck verschafft.

Die Industrie emittiert ungefähr 1 Milliarde Tonnen Kohlendioxid pro Jahr – fast 3 % der weltweiten Emissionen laut IMO, einer spezialisierten UN-Organisation mit 174 Mitgliedsstaaten, die Standards für die Industrie setzt. Wäre die Schifffahrt ein Land, würde sie zwischen Japan und Deutschland als sechstgrößter Verursacher der weltweiten Kohlendioxidemissionen rangieren. Darüber hinaus treten fast 70 % der Emissionen von Schiffen innerhalb von 250 Kilometern Land auf, was sich auch auf die Luftqualität auswirkt, insbesondere in Hafenstädten.

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Technologische Innovation wird neben politischen Maßnahmen von entscheidender Bedeutung sein, um eine kohlenstoffarme oder emissionsfreie Schifffahrt zu erreichen. Akademische Forschungsinstitute, staatliche Labore und Unternehmen experimentieren jetzt mit der Elektrifizierung; kohlenstofffreie oder kohlenstoffarme Kraftstoffe wie Wasserstoff, Erdgas, Ammoniak und Biokraftstoffe; und alternative Energiequellen wie Brennstoffzellen und Solar-, Wind- und Wellenenergie. Jedes hat seine Vor- und Nachteile.

Warum die Elektrifizierung von Schiffen wichtig ist

Genau wie an Land ist die Elektrifizierung ein Schlüssel zur Reduzierung der Emissionen der Industrie. Es ermöglicht, mit fossilen Brennstoffen betriebene Motoren entweder durch alternative Stromerzeugungstechnologien zu ersetzen oder für einen emissionsarmen Betrieb zu verkleinern und zu modifizieren. Es ermöglicht auch Schiffen, im Hafen an Strom anschließen, wodurch ihre Emissionen im Leerlauf reduziert werden.

Schiffselektrifizierung und Hybridisierung sind signifikante Trends für Handels- und Militärschiffe. Ein Schiff zu elektrifizieren bedeutet, seine traditionellen mechanischen Systeme durch elektrische zu ersetzen. Einige Flotten haben Antrieb und Frachtumschlag bereits elektrifiziert. Hybridantriebssysteme hingegen integrieren verschiedene Stromerzeugungsmechanismen wie Motoren und Batterien, um ihre komplementären Eigenschaften zu nutzen.

Ich sehe eine tiefere Elektrifizierung und eine breitere Hybridisierung als Kernstrategie für eine grüne Schifffahrt.

Kräne laden Schiffscontainer auf ein im Hafen angedocktes Schiff. Schiffe, die im Hafen an Strom angeschlossen werden können, können die Verbrennung von Treibstoff vermeiden, der Treibhausgase und Umweltverschmutzung erzeugt. Ernesto Velázquez/Unsplash, CC BY

Enorme Möglichkeiten bestehen auch, den Betrieb der bestehenden Flotte zu verbessern – und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren – durch Automatisierung und Echtzeitsteuerung. Fortschrittliche Sensoren, künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen können Schiffen helfen, besser zu „sehen“, „zu denken“ und zu „handeln“, um die Effizienz zu verbessern und Emissionen zu reduzieren.

Umweltfreundlichere Kraftstoffe für Seereisen

Die Umstellung auf sauberere und umweltfreundlichere Kraftstoffquellen wird für die Dekarbonisierung der Schifffahrtsindustrie von entscheidender Bedeutung sein.

Die meisten Kraftwerke auf heutigen Schiffen basieren auf Verbrennungsmotoren, die billiges Schweröl verwenden. Innovationen bei der Konstruktion von Schiffsdiesel- und Gasturbinenmotoren und bei der Abgasbehandlung haben schädliche Emissionen gesenkt. Die meisten der „niedrig hängenden Früchte“ wurden jedoch geerntet, und es bleibt nur wenig Raum für dramatische Verbesserungen bei traditionellen Energiequellen.

Der Schwerpunkt liegt nun auf der Entwicklung saubererer Brennstoffquellen und effizienterer alternativer Stromerzeugungstechnologien.

Als dominante Energieträger für die Schifffahrt werden künftig kohlenstoffarme oder kohlenstofffreie Kraftstoffe wie Erdgas, Ammoniak und Wasserstoff prognostiziert. Ammoniak ist leicht zu transportieren und zu lagern und kann in Verbrennungsmotoren und Hochtemperatur-Brennstoffzellen eingesetzt werden. Aber wie Hydrierung, es wird größtenteils noch mit fossilen Brennstoffen hergestellt. Es ist auch giftig. Beide haben das Potenzial, mit Wasser und erneuerbarer Energie mittels Elektrolyse hergestellt zu werden, aber die kohlenstofffreie Technologie steckt noch in den Kinderschuhen und ist teuer.

Diese Kraftstoffe haben begonnen, schwere Dieselkraftstoffe in einigen Schiffssegmenten zu ersetzen. primär als Demonstrationsprojekte und zwar langsamer als nötig. Kosten und Infrastruktur bleiben große Hindernisse.

Erneuerbaren Energiequellen, sowie Wind, Solar- und Wellenenergie, sind ebenfalls vielversprechend. Die Integration erneuerbarer Quellen als kostengünstige und zuverlässige Energielösungen für Seeschiffe ist eine weitere Herausforderung, an der Entwickler arbeiten.

Der Versand ist klimaschonend und schwer zu reinigen – diese Innovationen können helfen, Emissionen zu senken

Schiffe mit Brennstoffzellen und Batterien antreiben

Auch Brennstoffzellen und Batterien sind als alternative Stromerzeugungstechnologien vielversprechend.

Durch elektrochemische Reaktionen erzeugen Brennstoffzellen hocheffizient und sauber elektrischen Strom, was sie für den Verkehr sehr attraktiv macht. Brennstoffzellen werden betrieben mit reiner Wasserstoff oder reformierte Gase, mit Ausnahme von Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die Erdgas oder Ammoniak als Brennstoff verwenden können.

Angesichts der bestehenden Brennstoffinfrastruktur müssen die meisten maritimen Brennstoffzellen-Demonstrationsprojekte heute flüssigen Wasserstoff speichern oder Bordsysteme verwenden, die Erdgas oder andere Brennstoffe in wasserstoffreiches Synthesegas umwandeln. Für eine breite Einführung der Brennstoffzellentechnologie muss eine Infrastruktur für die Wasserstoffspeicherung entwickelt werden.

Batterietechnologie ist für die Elektrifizierung unverzichtbar, auch für Schiffe mit Verbrennungsmotor als Antrieb. Es hat auch seine ganz eigenen Herausforderungen. Neben der Sicherstellung, dass die Batterien sicher und zuverlässig sind – Sie wollen keinen Brand oder Stromausfall mitten auf dem Ozean – sind Robustheit und Flexibilität für den Antrieb von Operationen wie Frachtumschlag und Schlepperoperationen erforderlich.

In die Zukunft investieren

Im Jahr 2018 hat der Ausschuss zum Schutz der Meeresumwelt der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation setze Ziele die CO40-Intensität der weltweiten Flotte bis 2030 um mindestens 2050 % zu reduzieren und ihre Treibhausgasemissionen bis 2008 gegenüber dem Niveau von XNUMX zu halbieren. Es wird erwartet verpflichtende Anforderungen übernehmen die diese langfristigen Ziele auf ihrer Sitzung vom 10. bis 17. Juni 2021 widerspiegeln.

Diese Ziele sind wichtig, aber sie lassen die Fristen für Maßnahmen weit in die Zukunft.

Länder und einige Reedereien empfehlen einen schnelleren Übergang. Anfang Juni kündigten die Regierungen Dänemarks, Norwegens und der Vereinigten Staaten zusammen mit dem Global Maritime Forum und dem Mærsk Mc-Kinney Møller Center for Zero Carbon Shipping eine neue Emissionsfreie Versandmission um zu versuchen, neue grüne maritime Lösungen schneller zu skalieren und bereitzustellen.

Der Schifffahrtsriese AP Møller-Maersk hat angekündigt, eine COXNUMX-Steuer von 150 USD pro Tonne Kohlendioxid um mehr Innovation und einen schnelleren Übergang zu fördern, obwohl andere in der Branche argumentieren, dass eine solche Steuer fast die Kosten für Bunkertreibstoff verdoppeln und Frachtkosten machen weitaus teurer, mit Auswirkungen auf die gesamte Weltwirtschaft.

Ich glaube, dass die große Vision einer emissionsfreien Schifffahrt verwirklicht werden kann, wenn die Gemeinschaften für Schiffsdesign und Flottenbetrieb mit politischen Entscheidungsträgern, der Logistikbranche und der breiten akademischen und technischen Gemeinschaft der Industrie zusammenarbeiten, um Lösungen zu finden.

Dies ist eine spannende Zeit, um im Bereich Energie- und Energielösungen für die Schifffahrt zu arbeiten. Die heute entwickelte Technologie wird nicht nur die Schifffahrtsindustrie, sondern auch die Gesellschaft verändern.

Über den Autor

Jing Sun, Professor und Lehrstuhlinhaber, Marinearchitektur und Schiffstechnik, University of Michigan
 

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Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Das Gespräch

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