Synthetische Kraftstoffe könnten die Antwort auf das Netz der Schifffahrt sein

Autoren

Synthetische Kraftstoffe könnten die technologische Lösung sein, die die Schifffahrt braucht, weil sie die Möglichkeit versprechen, Null-Emissions-Ziele zu erreichen. Aber sie sind teuer und verlieren mehr Energie als fossile Brennstoffe. Da die Welt jedoch versucht, Netto-Null-Ziele zu erreichen, bleibt den Schifffahrtsunternehmen möglicherweise kaum eine andere Wahl, als sie stärker zu nutzen. Schließlich gibt es kaum Alternativen

Hier liegt das Dilemma: Auf die Schifffahrt entfallen 90 % der weltweit transportierten Güter, außerdem ist sie die energieeffizienteste Art des internationalen Gütertransports. Aber es ist auch eine Hauptquelle der globalen Treibhausgasemissionen. Umweltfreundlichere Alternativen werden in einem hart umkämpften Markt oft als unerschwinglich teuer angesehen. Und Veränderungen vollziehen sich oft erschreckend langsam.

Heute verursacht die internationale Schifffahrt jedes Jahr 681 Millionen Tonnen CO2. Während sich der Sektor hinsichtlich der Energieeffizienz verbessert, dürften die Emissionen bei etwa 600 Megatonnen bleiben, da der Seehandel bis 2030 voraussichtlich um 15 % zunehmen wird. Daher werden wir uns das Geschäftsszenario für synthetischen Schiffstreibstoff ansehen eine technologische Lösung zur Reduzierung der CO2-Emissionen. Wir werden beurteilen, wo wir uns gerade befinden und unter welchem Druck die Unternehmen stehen, ihre Netto-Null-Ziele zu erreichen. Und wir werden untersuchen, welche alternativen Kraftstoffe eine führende Technologie sein könnten, wenn sich die Wissenschaft verbessert und anpasst.

Es ist erwähnenswert, dass wir mit der Konsensansicht der erwarteten Nachfrage nach Schifffahrtsgütern vor dem aktuellen politischen Hintergrund arbeiten.

Die Kohlendioxidemissionen erreichten 2018 ihren Höhepunkt, werden aber bis 2030 voraussichtlich weiterhin über 600 Megatonnen CO2 betragen

Die Schifffahrt ist ein „schwer einzudämmender“ Sektor. Hier ist es unerschwinglich teuer oder die Technologie ist einfach noch nicht so weit, dass schädliche Emissionen sinnvoll reduziert werden können. Beispielsweise ist die vollständige Elektrifizierung der Seeschifffahrt aufgrund der technologischen Einschränkungen keine praktikable Strategie. Daher sind alle Übergangswege schrittweise und langwierig. Und der internationale Charakter der Seeschifffahrt hilft da auch nicht viel. Sie können argumentieren, dass jede politische Intervention global ausgerichtet und von der globalen Behörde, der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO), umgesetzt werden sollte.

Leider ist die IMO nicht gerade ein schnelllebiges Tier. Das Ziel besteht immer noch darin, den CO2-Ausstoß für die Schifffahrt bis 2050 gegenüber 2008 um 50 % zu senken und nicht gegenüber 1990, wie es das Pariser Abkommen vorsieht. Das ist sowohl von der Vereinbarung von 2015 als auch vom Netto-Null-Ziel für die Weltwirtschaft weit entfernt.

Andererseits ist es ermutigend zu sehen, dass sich einige große Containerlinien wie Maersk, MSC und Hapag Lloyd bereits dazu verpflichten, bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen.

Angesichts dieser technischen und politischen Einschränkungen gibt es drei Hauptstrategien zur Emissionsreduzierung:

Wir unterstreichen absolut die Bedeutung einer Nachfragereduzierung auf dem Weg zu einer Netto-Null-Wirtschaft, insbesondere in Sektoren, in denen es schwer ist, die CO2-Emissionen einzudämmen, wie der Schifffahrt und der Luftfahrt. Wir sind uns jedoch auch darüber im Klaren, dass dies nicht der wahrscheinlichste Weg ist, wenn man bedenkt, dass das Wachstum der Seeschifffahrt, das mit dem globalen BIP- und Bevölkerungswachstum zusammenhängt, allgemein angenommen wird.

Darüber hinaus führen Effizienzsteigerungen in der Praxis tendenziell dazu, den Anstieg der Emissionen zu stoppen, reduzieren die Emissionen jedoch nicht in einer Weise, die den Sektor auf den Netto-Null-Pfad bringt.

Schließlich wird das Angebot an biobasierten Kraftstoffen wahrscheinlich begrenzt sein, da große Mengen an Schiffskraftstoff ersetzt werden müssen und die Netto-Null-Pfade für andere Sektoren ebenfalls auf Biokraftstoffen basieren (z. B. Luftfahrt, Straßenverkehr und Chemiesektor). ).

Wir glauben, dass synthetische Kraftstoffe wahrscheinlich ein entscheidender Bestandteil des Übergangspfads der Seeschifffahrt zu einer Netto-Null-Wirtschaft sein werden. Und wir werden erklären, warum.

Heute, außerhalb der Emissionskontrollgebiete,VLSFO(Heizöl mit sehr niedrigem Schwefelgehalt) undHFO (Schweres Heizöl) in Kombination mit einem installierten Wäscher sind die Hauptbrennstoffe, die von großen Schiffen verwendet werden. HFO ist der Rückstand aus dem Destillations- und Crackprozess von Rohöl. Es enthält Verbindungen wie Schwefel und Stickstoff. Die Verwendung von HFO hat daher mehrere Auswirkungen auf die Umwelt. Es ist nicht nur ein großer Emittent von CO2, sondern stößt auch umweltschädliche Verbindungen wie Schwefel und Ruß aus. Sie stehen also vor dem politischen Dilemma, entscheiden zu müssen, welche Verschmutzung reduziert werden soll.

Wir konzentrieren uns auf das Ziel des Pariser Abkommens, die globale Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen. Da es bei der Begrenzung der globalen Erwärmung vor allem darum geht, die globalen CO2-Emissionen zu reduzieren, muss auch die Schifffahrtsindustrie dekarbonisiert werden. Dies erfordert den Übergang zu synthetischen Kraftstoffen, die von der Quelle bis zum Nachlauf kein oder nur wenig CO2 ausstoßen.

Abgesehen von HFO gibt es noch andere ölbasierte Kraftstoffe, die Schiffe verwenden. Dazu gehört Marine-Gasöl (MGO), Heizöl mit sehr niedrigem Schwefelgehalt (VLSFO) oder Heizöl mit extrem niedrigem Schwefelgehalt (ULSFO, die in Emissionsschutzgebieten wie der Nord- und Ostsee verpflichtend sind). Flüssiges Erdgas (LNG) ist ein aufstrebender Kraftstoff, der im Vergleich zu erdölbasierten Kraftstoffen ein alternativer und „saubererer“ Kraftstoff ist, aber immer noch ein fossiler Kraftstoff ist, der CO2 ausstößt.

Viele neue Schiffe, die heute gebaut werden, sind auf eine hohe Energieeffizienz ausgelegt, und die IMO-Vorschriften spielen dabei eine Rolle. Viele Schiffe stellen zudem auf den Betrieb mit LNG um, um Emissionen zu reduzieren. Es handelt sich jedoch nicht um eine dauerhafte Lösung, sondern eher um einen Zwischenschritt zur vollständigen Dekarbonisierung der Schifffahrtsbranche.

Hier kommen synthetische Kraftstoffe ins Spiel.Synthetische Kraftstoffe werden in einer Chemiefabrik durch einen chemischen Prozess hergestellt, anstatt aus der Erde abgebaut und raffiniert zu werden. Im Idealfall würde dieser Produktionsprozess keine fossilen Brennstoffe erfordern (der grüne Weg).

In diesem Artikel beleuchten wir die Produktionskosten synthetischer Kraftstoffe (Well-to-Tank-Kosten) und den Anwendungsfall synthetischer Kraftstoffe in der Schifffahrt (Tank-to-Wake-Kosten). Angesichts des aktuellen Standes der TechnikMethanol, Ammoniak und Wasserstoff gelten als relevante synthetische Kraftstoffe in der Schifffahrt. Die Tabelle am Ende dieses Artikels beschreibt diese Kraftstoffe.

Denken Sie daran, dass es sich bei diesen Kraftstoffen nicht nur um theoretische Konzepte handelt. In der Containerschifffahrt gab es in den letzten sechs Monaten eine Reihe von Bestellungen für methanolfähige und -bereite Schiffe. Hierbei handelt es sich um Dual-Fuel-Schiffe, die nach einer zukünftigen Umrüstung auf grünes Methanol umsteigen können. Maersk hat beispielsweise 19 solcher Schiffe bestellt.

Wenn herkömmlicher, auf fossilen Brennstoffen basierender Schiffstreibstoff im Schiffsmotor verbrannt wird, reagieren Kohlenstoffatome (C) mit dem Sauerstoff in der Luft (O2), der Energie liefert und CO2 erzeugt. Diese Option wird oft als „schwarze“ oder „schmutzige“ Technologie angesehen, die den CO2-Ausstoß erhöht und zur globalen Erwärmung beiträgt. Als Anhaltspunkt gilt, dass ölbasierte Kraftstoffe 3,5 bis 3,7 Kilogramm CO2 pro Tonne Eigengewicht und Kilometer ausstoßen. Ein ähnliches Schiff, das mit Flüssigerdgas betrieben wird, spart etwa 30 % der Kohlenstoffemissionen ein, stößt aber immer noch 2,7 Kilogramm CO2 pro Kilometer aus.

Synthetische Kraftstoffe wie Wasserstoff und Ammoniak können den CO2-Ausstoß in der Schifffahrt drastisch reduzieren, insbesondere wenn sie mit Ökostrom (grün) oder mit Carbon Capture and Storage (blau) hergestellt werden.

Der Zauber synthetischer Kraftstoffe besteht darin, dass der CO2-Ausstoß von Schiffen drastisch reduziert oder bei wasserstoffbetriebenen Schiffen oder Schiffen, die mit Ammoniak betrieben werden, sogar aufgehoben werden kann. Und das gilt insbesondere dann, wenn der zur Herstellung von Ammoniak benötigte Wasserstoff mit Elektrolyseuren hergestellt wird, die vollständig mit erneuerbarem Strom betrieben werden (der dunkelgrüne Wasserstoff).

Methanol wird aus Synthesegas hergestellt, das eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid ist und daher noch Kohlenstoffatome enthält (siehe Anhangtabelle am Ende dieses Artikels). Schiffe, die mit Methanol fahren, stoßen immer noch CO2 aus. Unsere Berechnungen zeigen, dass die Emissionen im Vergleich zu erdölbasierten Kraftstoffen um etwa 20 % reduziert werden, wenn das Methanol vollständig umweltfreundlich ist (das heißt, es wird mit grünem Wasserstoff und 100 % erneuerbarem Strom hergestellt). Wenn das Methanol mit blauem Wasserstoff hergestellt wird, stößt das Schiff netto etwa 13 % weniger CO2 aus.

Synthetische Kraftstoffe müssen nachhaltig hergestellt werden

Beachten Sie auch, dass LNG weniger Emissionen ausstößt als grünes und blaues Methanol, aber die gängige Ansicht ist, dass Erdgas – und damit fossilbasiertes LNG – in einer Netto-Null-Wirtschaft auslaufen sollte und daher ein „Übergangskraftstoff“ ist. Das dürfte auch für Methanol gelten, da es mehr Kohlenstoffemissionen verursacht als fossilbasiertes LNG. Künftig könnte synthetisch hergestelltes LNG (auch E-LNG genannt) Teil des Kraftstoffmixes in der Schifffahrt sein, aber darüber schauen wir uns ein anderes Mal an.

Beachten Sie abschließend, dass graues Ammoniak und graues Methanol tatsächlich viel umweltschädlicher sind als fossilbasierte Schiffskraftstoffe. Die Herstellung synthetischer Kraftstoffe ist an physikalische Gesetze gebunden, die hohe Energieverluste mit sich bringen. Infolgedessen sind die Klimaauswirkungen synthetischer Kraftstoffe im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen schlechter, es sei denn, sie werden auf nachhaltigere Weise hergestellt (d. h. mit blauem oder grünem Wasserstoff anstelle von grauem). Man kann mit Fug und Recht sagen, dass die Schifffahrt die Lage sogar noch verschlimmern kann, wenn sie synthetische Kraftstoffe auf nicht nachhaltige Weise nutzt.

Wasserstoff für synthetische Kraftstoffe in der Schifffahrt muss blau oder grün sein, um Kohlenstoffemissionen zu reduzieren oder zu eliminieren

Mittlerweile ist also klar, dass synthetische Kraftstoffe den schwer zu reduzierenden Schifffahrtssektor radikal „grüner“ machen und ihn auf den Weg zu Netto-Null-Emissionen bringen können. Voraussetzung ist, dass der benötigte Wasserstoff kohlenstoffarm, also mit blauem oder grünem Wasserstoff, hergestellt wird.

Die offensichtlichen Fragen sind dann: Warum ist es nicht schon passiert? Und warum nutzen wir nicht schon jetzt synthetische Kraftstoffe in Schiffen?

Die Antwort ist ziemlich einfach. Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen und der Produktionsprozess ist im Vergleich zu herkömmlichem Kraftstoff selbst bei ausgereifter Technologie sehr energieintensiv. Daher sind die Produktionskosten für synthetischen Kraftstoff viel höher. Derzeit erhöhen die grünen Optionen die Kraftstoffkosten im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen um das 4- bis 9-fache, die blauen Optionen erhöhen die Kraftstoffkosten um das 2- bis 5-fache.

Indikative, nicht subventionierte Kosten für Schiffskraftstoffe in Euro pro Eigengewicht und 1.000 km (Euro/DWT/1.000 km)

Dieser Preisunterschied ist sehr wichtig für „Dual-Fuel-Schiffe“, die mit minimalen Anpassungen sowohl mit synthetischen Kraftstoffen wie Methanol oder Ammoniak als auch mit fossilen Kraftstoffen betrieben werden können. Für diese Schiffe bleibt es eine Option, auf die Verbrennung fossiler Bunkertreibstoffe umzusteigen, wenn nicht während einer Fahrt, dann zumindest zwischen den Fahrten.

Es gibt zwei Möglichkeiten, diesen großen Preisunterschied zu betrachten:

Eine Möglichkeit wäre zu sagen, dass synthetische Kraftstoffe derzeit zu teuer seien. Dies kann teilweise durch Subventionen und Innovation gelöst werden, da die Produktionskosten für Wasserstoff sinken könnten. Es gibt viele Studien, die große Kostenrückgänge für grünen Wasserstoff vorhersagen. Diese entstehen aber nur, wenn die Kapitalkosten für Elektrolyseure stark sinken, die Strompreise sinken und die CO2-Preise weiter steigen. Das ist nicht undenkbar, aber auch noch nicht beschlossene Sache. Es könnte auch sein, dass Kunden bereit sind, einen Aufpreis für den umweltfreundlichen Versand zu zahlen, aber es bleibt abzuwarten, inwieweit sich dies auf die Preise für den Containertransport auswirken wird.

Es ist nahezu unmöglich, die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit synthetischer Kraftstoffe in der Schifffahrt vorherzusagen

Man könnte auch sagen, dass fossilbasierte Kraftstoffe derzeit zu billig sind und synthetische Kraftstoffe nicht im „fairen Kampf“ stehen. Das EU-Paket „Fit for 55“ geht diesen Punkt an, indem es das EU-Emissionshandelssystem (ETS) auf den Seeverkehr ausdehnt. Diese Bepreisung von Kohlenstoffemissionen wird die Obergrenze zwischen fossilen und synthetischen Kraftstoffen, insbesondere den grünen und blauen, verringern. Und der CO2-Grenzausgleichsmechanismus der EU könnte dazu führen, dass auch andere Regionen der Welt CO2-Emissionen in der Schifffahrt besteuern, sodass sie die Steuereinnahmen selbst nutzen können, anstatt beispielsweise die CO2-Kosten an Europa zu zahlen.

Der Preis fossiler Brennstoffe wird aber auch stark von den Preisstrategien der Ölförderländer abhängen. Und wir wissen nicht, wie diese Länder während der Energiewende reagieren werden. Werden sie den Markt in Erwartung einer geringeren Ölnachfrage mit Öl überschwemmen, wodurch es für synthetische Kraftstoffe schwieriger wird, mit fossilen Kraftstoffen zu konkurrieren (das grüne Paradoxon)? Oder gelingt es ihnen, die Preise hochzuhalten, indem sie die Produktion koordiniert drosseln, was nötig ist, um die Preislücke zu synthetischen Kraftstoffen zu schließen?

Angesichts dieser großen Unsicherheiten ist es nahezu unmöglich, die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit synthetischer Kraftstoffe in der Schifffahrt vorherzusagen. Und man sollte sich nicht unbedingt darauf verlassen, dass die Routen, die es gibt, als Anhaltspunkt dafür dienen, was in vielen Jahren passieren könnte. Reedereien werden diese Entwicklungen genau beobachten und sollten in Preisszenarien statt in exakten Prognosen denken.

Synthetische Kraftstoffe stellen zudem einen nicht gerade erfreulichen Kompromiss zwischen Treibstoffkosten und Frachterlösen dar. Während synthetische Kraftstoffe durch geringere CO2-Emissionen einen positiven Einfluss auf das Klima haben könnten, weisen sie eine geringere Energiedichte auf, insbesondere auf volumetrischer Basis.

Die schlechte volumetrische Physik synthetischer Kraftstoffe führt dazu, dass Schiffe, die mit ihnen betrieben werden, größere Tanks einbauen müssen, um die gleiche Distanz zurückzulegen. Dies bedeutet jedoch weniger Platz für Fracht und geringere Einnahmen. Oder sie könnten die gleiche Ladungsmenge mit einer ähnlichen Tankgröße transportieren, müssten dann aber häufiger tanken. Und da das Schiff während des Tankens angedockt ist, verdient es kein Geld, indem es Fracht um die Welt transportiert.

Unseren Berechnungen zufolge müssten Schiffe, die mit Methanol betrieben werden, zwei- bis zweieinhalbmal häufiger tanken als Schiffe, die mit HFO, MGO oder VLSFO betrieben werden (14-mal im Jahr im Vergleich zu 6-7-mal). Beachten Sie jedoch, dass die Zahl ziemlich ähnlich ist wie bei Schiffen, die mit LNG betrieben werden.

Bei Schiffen, die mit Ammoniak oder Wasserstoff betrieben werden, ist das Bild noch schlechter. Aufgrund der chemischen Eigenschaften müssen sie bei vergleichbarer Tankgröße etwa fünfmal häufiger tanken als Schiffe, die mit ölbasierten Kraftstoffen betrieben werden. Allerdings ist es keine realistische Option, etwa 30 Mal im Jahr zu tanken. Daher muss die Tankgröße für Schiffe mit Ammoniak- und Wasserstoffantrieb größer sein, was bei gleichbleibender Schiffsgröße weniger Platz für Ladung bedeutet.

Ungefähre Anzahl der jährlichen Tankvorgänge*

Es ist wichtig, sich nicht mitreißen zu lassen. Synthetische Kraftstoffe werden eindeutig Teil eines Netto-Null-Pfads sein, insbesondere für Sektoren, in denen es schwierig ist, die CO2-Emissionen zu reduzieren, wie die Schifffahrt und die Luftfahrt, insbesondere für „einfache technologische Lösungen“ wie die Elektrifizierung und End-of-Pipe-Lösungen wie die CO2-Abscheidung usw Lagerung hält wenig Versprechen. Aber wir dürfen es nicht zu leicht nehmen, es gibt auch Schattenseiten.

Das Problem bei synthetischen Kraftstoffen besteht darin, dass sie im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen, die im Boden vorkommen, hergestellt werden müssen. Und dieser Produktionsprozess ist sehrenergieintensiv . Beispielsweise gehen bei der Herstellung von Methanol und Ammoniak etwa 65 bis 50 % der Energie verloren (Produktionseffizienz). Und etwa 45 % bis 60 % der Energie gehen durch die Verbrennung des Treibstoffs im Schiffsmotor verloren (Antriebseffizienz). Zusammengenommen ergeben sich Gesamtwirkungsgrade von 20 % im schlechtesten und 25 % im besten Fall, was bedeutet, dass bei der Verwendung synthetischer Kraftstoffe bis zu 80 % der Energie verloren gehen. Anders ausgedrückt: Schiffe, die mit synthetischen Kraftstoffen betrieben werden, verbrauchen nur 20–25 % der bereitgestellten Energie. Das ist eine erschreckend niedrige Leistung.

Synthetische Kraftstoffe benötigen viel grünen Wasserstoff und somitÖkostrom von Windkraftanlagen und Sonnenkollektoren. In den Niederlanden beispielsweise werden mehr als 100 Gigawatt (GW) Offshore-Windenergie benötigt, um alle ölbasierten Bunkertreibstoffe für die Luft- und Schifffahrt durch synthetische Kraftstoffe zu ersetzen. Derzeit sind lediglich 3 GW installiert, und es wird erwartet, dass dieser Wert bis 2030 auf 20 GW und bis 2050 auf 70 GW ansteigt. Dies sind zwar sehr ehrgeizige Ziele für Offshore-Windenergie, sie bleiben jedoch immer noch hinter dem zurück, was für die Schifffahrt und Luftfahrt erforderlich wäre. Aber auch andere Branchen wollen Ökostrom nutzen, etwa die Stahlindustrie, die Kunststoffindustrie, der Straßenverkehr sowie Gewerbe- und Wohnimmobilien. Die geringe Energieeffizienz synthetischer Kraftstoffe ist also nur dann gerechtfertigt, wenn grüne Energie in einer Netto-Null-Wirtschaft reichlich vorhanden ist, und wir haben dieses Ziel sicherlich noch nicht erreicht.

Synthetische Kraftstoffe erfordern nicht nur grünen Wasserstoff, einige (wie Methanol) auchgrüne Kohlenstoffquellen . Derzeit sind fossile Brennstoffe eine reichlich vorhandene und kostengünstige Kohlenstoffquelle, aber in einer Netto-Null-Wirtschaft wird es sie nicht wirklich geben. Infolgedessen werden grüne Kohlenstoffquellen in einer Netto-Null-Wirtschaft knapp sein und müssen aus Biomasse, Abfällen (Recycling von Kunststoffen und Lebensmitteln) und Kohlenstoffspeichern (unterirdische Speicher aus CCS-Aktivitäten oder der Luft durch Direct Air Capture) stammen. Alle diese Quellen sind noch nicht ohne weiteres verfügbar und kommerzialisiert. Daher dürfte die Produktion großer Mengen synthetischer Kraftstoffe im besten Fall einem harten Wettbewerb um grüne Kohlenstoffquellen mit anderen Sektoren ausgesetzt sein, im schlimmsten Fall einem Wettbewerb um Kohlenstoffknappheit.

Angesichts der Energieineffizienzen und des wahrscheinlichen Mangels an grünen Kohlenstoffquellen könnte es besser sein, zu produzierenBlau statt Grün Methanol. Warum sollte man grünen Wasserstoff produzieren und ihn mit einer grünen Kohlenstoffquelle kombinieren, während Methanol direkt aus einer reichlich vorhandenen fossilen Kohlenstoffquelle hergestellt werden kann und seine Emissionen mit CCS reduziert werden können? Unser Emissionsdiagramm zeigt, dass grünes und blaues Methanol ungefähr die gleichen Emissionswerte aufweisen und beide weniger emittieren als die derzeit verwendeten fossilen Brennstoffe, mit Ausnahme von LNG. Während Schiffseigner wie Maersk oder ihre großen Kunden wie Ikea, Amazon und Unilever möglicherweise grüne Lösungen bevorzugen, um sich als nachhaltige Unternehmen zu positionieren, könnte ein bisschen Energiesystemdenken zu anderen Entscheidungen führen (zum Beispiel zu blauen Optionen). bleiben fossilbasiert).

Obwohl synthetische Kraftstoffe auf umweltfreundliche Weise hergestellt werden können, fliegen sie nicht einfach deshalb, weil sie grün sind. Synthetische Kraftstoffe müssen die etablierte fossile Technologie schlagen, aber das wird angesichts der schlechten Physik und Wirtschaftlichkeit synthetischer Kraftstoffe kein Volltreffer sein. Daher fällt es uns schwer, uns eine Zukunft vorzustellen, in der synthetische Kraftstoffe die fossilen Kraftstoffe in der Seeschifffahrt vollständig ersetzen.

Das heißt aber auch nicht, dass ihre zukünftige Rolle marginal sein wird. Schließlich gibt es außer Biokraftstoffen, deren Angebot begrenzt sein wird, nur sehr wenige andere CO2-freie Optionen für die Seeschifffahrt. CO2-freier Versand bedeutet einfach CO2-freie Kraftstoffe! Aus diesem Grund werden synthetische Kraftstoffe Teil des Weges des Sektors zu einer Netto-Null-Wirtschaft sein, aber in welchem Ausmaß ist noch schwer vorherzusagen.

Schließlich dürften auch politische Entwicklungen dazu führen, dass synthetische Kraftstoffe gefördert werden. Ziel der Europäischen Union ist es, die Treibhausgasintensität im Jahr 2050 um 80 % im Vergleich zum Niveau von 2020 zu reduzieren, beginnend mit 2 % im Jahr 2025. Und die IMO sieht sich zunehmendem Druck ausgesetzt, ihre Ambitionen zur Reduzierung der CO2-Emissionen zu erhöhen. Das bedeutet auch, dass die Schifffahrt gezwungen sein wird, kohlenstoffarme Kraftstoffe zu verwenden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass synthetische Kraftstoffe mit höheren Kosten verbunden sind. Die direkten Kosten höherer Treibstoffpreise und die indirekten Kosten häufigeren Auftankens oder weniger Fracht, die verschifft werden kann. Daher müssen die Schifffahrtsgebühren für Schiffe, die mit synthetischen Kraftstoffen betrieben werden, höher sein. Zweitens schädigen fossile Brennstoffe zwar das Klima, sind aber in ihren chemischen Eigenschaften oft überlegen. In dieser Hinsicht sind sie kaum zu schlagen.

Es ist noch zu früh, um zu sagen, wann die Schifffahrt nachweislich nachhaltig wird. Auch heute noch sind die Wege zur Nullemission unklar. Und sie sind teuer. Aber zumindest sehen wir einen möglichen Weg zu einer saubereren maritimen Industrie, auch wenn wir nicht sagen können, wann wir dort ankommen und welcher der verfügbaren synthetischen Kraftstoffe letztendlich dominieren wird. Wenn die Schifffahrt gute Fortschritte machen will, muss sie sich auf einen mehrgleisigen Ansatz verlassen, der mit der Energieeffizienz beginnt und dann auch Biokraftstoffe und Flüssiggas einschließt.

Kraftstoffe in der Schifffahrt und ihre wesentlichen Eigenschaften aus wirtschaftswissenschaftlicher Sicht

Schweröl (HFO)

HFO ist der Rückstand des Destillations- und Crackprozesses von Rohöl. Es muss während der Lagerung auf 40 °C erhitzt werden, um zu verhindern, dass es zu einer „festen Substanz“ wird, die nicht in Schiffsmotoren verbrannt werden kann. Schweröl hat im Vergleich zu anderen Kraftstoffarten einen relativ hohen Schwefelgehalt und der Schwefel wird mit den Schiffsabgasen in Form von Schwefeldioxid (SO2) emittiert, das für lebende Organismen schädlich ist und zu saurem Regen beitragen kann. Daher werden dem Schiff Abgasreinigungssysteme (allgemein als „Wäscher“ bezeichnet) hinzugefügt, um die Schwefelemissionen zu reduzieren.

Der Ölpreis und die Energieverluste im Produktionsprozess sind die wichtigsten wirtschaftlichen Parameter des Business Case. Die Seeschifffahrt unterliegt keinem CO2-Preis.

Marinegasöl (MGO)

MGO ist ebenfalls ein Rückstand des Destillations- und Crackprozesses von Rohöl, muss aber im Gegensatz zu HFO bei der Lagerung nicht erhitzt werden.

Der Ölpreis und die Energieverluste im Produktionsprozess sind die wichtigsten wirtschaftlichen Parameter des Business Case. Die Seeschifffahrt unterliegt noch keinem CO2-Preis.

Heizöl mit sehr niedrigem Schwefelgehalt (VLSFO)

Auch als „0,5 % Schwefel-konformer Kraftstoff“ bezeichnet, ist ein Kraftstoff, der im Vergleich zu HFO und MGO weniger Schwefelemissionen verursacht.

HFO, MGO und VLSFO haben ungefähr die gleiche spezifische Dichte und Energiedichte von etwa 40–42 MJ/kg und 900–1.000 kg/m3. Das macht diese fossilen Brennstoffe aus chemischer Sicht überlegen: Aus einer kleinen Menge Brennstoff lässt sich viel Energie gewinnen. Abgesehen von den CO2-Emissionen sind sie kaum zu übertreffen.

Der Ölpreis und die Energieverluste im Produktionsprozess sind die wichtigsten wirtschaftlichen Parameter des Business Case. Die Seeschifffahrt unterliegt noch keinem CO2-Preis.

Flüssigerdgas (LNG)

LNG ist eine farblose und ungiftige Flüssigkeit, die entsteht, wenn Erdgas auf -162 °C (-260 °F) abgekühlt wird. Durch den Kühlprozess schrumpft das Gasvolumen um das 600-fache und ermöglicht so eine sichere Lagerung und einen sicheren Transport. Im flüssigen Zustand entzündet sich LNG nicht. Wenn LNG seinen Bestimmungsort erreicht, wird es in Regasifizierungsanlagen wieder in Gas umgewandelt. LNG entwickelt sich mittlerweile zu einem kostengünstigen und sauberen Transportkraftstoff, insbesondere für die Schifffahrt und den Schwerlasttransport auf der Straße.

LNG hat im Vergleich zu HFO, MGO und VLSFO eine höhere spezifische Dichte (50 MJ/kg), aber seine Energiedichte ist um 50 % niedriger (ca. 450 kg/m3), was bedeutet, dass LNG größere Tanks benötigt, um im Vergleich dazu das gleiche Energieniveau zu erzielen zu ölbasierten Kraftstoffen.

Der Erdgaspreis, die Verflüssigungs-, Transport- und Vergasungskosten sind die Haupttreiber des Business Case. Die Seeschifffahrt unterliegt noch keinem CO2-Preis.

Wasserstoff

Wasserstoff ist eines der kleinsten, einfachsten und am häufigsten vorkommenden Atome der Welt. Es wird geschätzt, dass es 75 % der Masse des Universums ausmacht. Auf der Erde sind Unmengen an Wasserstoffatomen in Wasser, Pflanzen, Tieren und Menschen enthalten. Obwohl es in fast allen Molekülen von Lebewesen vorkommt, ist es als eigenständiges Gas sehr selten. Das bedeutet, dass Wasserstoff durch chemische Prozesse hergestellt werden muss. Es gibt drei Hauptproduktionsprozesse, die alle durch eine Farbe gekennzeichnet sind:

Wasserstoff hat eine hohe spezifische Dichte von 120 MJ/kg, aber eine extrem niedrige Energiedichte von nur 40 kg/m3, sodass zur Speicherung des Gases große Tanks erforderlich sind. Durch die Verflüssigung von Wasserstoff kann die Energiedichte auf 71 kg/m3 verbessert werden. Da dies bei -252 °C geschieht, ist viel Energie erforderlich und dennoch bleibt die Energiedichte im Vergleich zu fossilen Schiffskraftstoffen gering.

Der Erdgaspreis (grau), der CO2-Preis (grau und blau) oder der Strompreis (grün) sowie Energieverluste sind die Hauptkostentreiber.

Ammoniak

Ammoniak (NH3) wird durch die Verbindung von Stickstoff mit Wasserstoff hergestellt und benötigt daher keine fossilen Brennstoffe. Der Prozess heißt Haber-Bosch-Prozess und läuft unter hoher Temperatur und hohem Druck ab und benötigt daher viel Energie. Im Vergleich zu anderen fossilen Brennstoffen ist die Energiedichte relativ gering. Grauer, blauer und grüner Ammoniak bezieht sich auf die Verwendung von grauem, blauem und grünem Wasserstoff zur Herstellung von Ammoniak. Die Energiedichte von Ammoniak ist viel besser als die von Wasserstoff (840 gegenüber 40 kg/m3), weshalb Ammoniak oft als Träger für den Transport von Wasserstoff angesehen wird. Da Ammoniak jedoch eine hochgiftige Flüssigkeit ist, ist der Transport nicht ohne Risiken. Wenn etwas schief geht, kann die Umweltverschmutzung verheerende Folgen haben.

Der Erdgaspreis (grau), der CO2-Preis (grau und blau) oder der Strompreis (grün) sowie Energieverluste sind die Hauptkostentreiber.

Methanol

Methanol ist ein weit verbreiteter Alkohol, der als Ausgangsstoff für viele verschiedene Grundchemikalien wie Kunststoffe dient, aber auch als Schiffstreibstoff verwendet werden kann. Methanol wird aus Synthesegas oder Synthesegas hergestellt, das eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid ist. Da im Synthesegas mehr Wasserstoff vorhanden ist, als für die Methanolproduktion verbraucht wird, findet eine zusätzliche Reaktion statt, bei der dem System CO2 hinzugefügt wird, um mit dem verbleibenden Wasserstoff zu reagieren. Dieses CO2 gelangt wieder in die Atmosphäre, wenn Methanol in einem Schiffsmotor verbrannt wird.

Die Auswirkungen auf die Umwelt hängen von der Art der CO2-Quelle ab. Wenn das CO2 aus CCS-Aktivitäten genutzt wird, ist der Prozess „klimaneutral“; Der Schifffahrtssektor emittiert den Kohlenstoff, der in anderen Wirtschaftszweigen (z. B. der Fertigung) abgeschieden wird. Wenn das CO2 durch Direct Air Capture oder DAC direkt aus der Luft entnommen wird, ist der Prozess „Netto-Null“, da der Schifffahrtssektor den Kohlenstoff ausstößt, der zuerst aus der Luft entnommen wurde.

Abhängig von der Wasserstoffquelle im Synthesegas kann Methanol auch als graues, blaues oder grünes Methanol gekennzeichnet werden.

Der Erdgaspreis (grau), der CO2-Preis (blau) oder der Strompreis (grün) sowie Energieverluste sind die Hauptkostentreiber.

Methanol kann weiterverarbeitet werdenDimethylether (DME) der aufgrund seiner hohen Cetanzahl auch als Alternativkraftstoff in Dieselmotoren eingesetzt werden kann. Da jedoch zusätzliche Produktionsschritte erforderlich sind, ist die Wirtschaftlichkeit im Vergleich zur Verwendung von Methanol tendenziell schlechter.

Stichworte

Herunterladen

Aktie