Autor: Christoph Thiem

Einführung Die kommerzielle Schifffahrt befindet sich in einer herausfordernden Situation geprägt durch Kostendruck, stark schwankende Kraftstoffpreise und steigende Anforderungen an Umwelt und Klimaschutz. Es ist zu erwarten, dass die Vielfalt eingesetzter Kraftstoffe und Technologien sowie die Komplexität schiffstechnischer Energiesysteme - insbesondere für in Europa gebaute Schiffstypen - gegenüber heutigen Anlagen zunehmen werden. Beispielhaft seien an dieser Stelle die folgenden aktuellen Entwicklungen und Perspektiven genannt: – Integration von Abgasnachbehandlungssystemen [3, 169, 277], z. B. zur Einhaltung von Schwefeloxidemissionsgrenzwerten im Schwerölbetrieb [107, 255, 285] oder der Reduktion von Stickoxidemissionen [205, 342, 346] und Partikelemission [68, 217, 387], – Einbindung von Abwärmerückgewinnungsanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie und Reduzierung des Dieselgeneratoreinsatzes [33, 296, 339, 437], – Hybridisierung des Schiffsantriebes, etwa durch den Einsatz von Batterien sowie von PTI/PTO-Konzepten, und Ausnutzung gestiegener Freiheitsgrade bezüglich der Fahrweise der Anlage [97, 145, 148, 494], – Substitution von Dieselmotoren durch Brennstoffzellen zur Reduzierung betriebsbedingter Schadstoffemissionen [262, 449, 470, 483], – Einsatz alternativer Kraftstoffe [74, 96, 310] wie LNG [61, 89, 98, 347] oder Methanol [13, 268, 113, 418] zur Erfüllung von Umweltschutzzielen ohne Abgasnachbehandlung, – Verwendung von Landstrom und Energiespeichern zur Vermeidung von Abgasemissionen im Hafen [27, 491, 506]. Mit den wachsenden Möglichkeiten steigen auch die Anforderungen an Methoden und Werkzeuge für den Entwurf und die Bewertung schiffstechnischer Energiesysteme. Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts JOULES (Joint Operation for Ultra Low Emission Shipping) wurden hierzu umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, welche sich im Wesentlichen in drei Bereiche einteilen lassen [329]: 1. Aufbau einer Modellbibliothek und numerische Simulation von schiffstechnischen Energiesystemen zur Verbesserung des Zusammenwirkens einzelner Komponenten, 2. Ermittlung der durch die Bereitstellung von Betriebsstoffen und Komponenten verursachten Energieverbräuche und Emissionen sowie Abschätzung derer Bedeutung für die 2 1 Einführung Gesamtumweltwirkung von Schiffen, 3. Erarbeitung von Schätzwerten und Prognosen für Komponenten- und Betriebsstoffkosten zur Lebenszykluskostenanalyse verschiedener Systemvarianten. Auf dieser Basis wurden Konzepte für die Energieversorgung von in Europa gebauten Schiffstypen wie RoPax-Fähren, Kreuzfahrtschiffen und Offshore-Versorgern entwickelt, welche auf eine Reduktion schifffahrtsbedingter Luftemissionen abzielen. Im Rahmen des JOULESProjekts erarbeitete Ergebnisse bilden die Grundlage für diese Arbeit.