SIEMENS

Die dänische Reederei Maersk und der Schiffbauer Daewoo bauen in Südkorea gemeinsam die größten Schiffe der Welt. 400 Meter lang, 59 Meter breit und 73 Meter hoch: In ihrem Rumpf könnte man eine Basketball-Halle, ein American-Football-Stadion und eine Eishockey-Arena mit jeweils mehreren tausend Zuschauerplätzen unterbringen. Insgesamt werden die Schiffe bis zu 18.000 Standardcontainer aufnehmen können – 16 Prozent mehr als das bisher größte Containerschiff „Emma Maersk“. Laut Maersk ließen sich damit 111 Millionen Paar Turnschuhe transportieren, genug für alle Einwohner Mexikos.

Doch nicht nur bei der Größe soll die neue Schiffsklasse „Triple-E“ Maßstäbe setzen: Sie soll auch ein Muster an Energieeffizienz und Umweltschutz sein. Die Ingenieure nehmen hier vor allem die Antriebe genau unter die Lupe. „In der Seefracht entstehen Kosten vor allem durch den Treibstoffverbrauch“, sagt Kay Tigges, Schiffsbauingenieur bei Siemens. So verbraucht die „Emma Maersk“ bei entsprechender Beladung rund 14.000 Liter Schweröl pro Stunde und stößt über 40 Tonnen CO₂ aus – mehr als eine fünfköpfige Familie in Deutschland im Jahr. Jede Einsparung macht sich also für die Geldbeutel der Reedereien wie für die Umwelt schnell bezahlt.

Die Schiffe der „Triple-E“-Klasse werden deshalb mit einem effizienteren Antriebssystem ausgestattet, für das Siemens wichtige Komponenten liefert. Zwei schwerölbetriebene Motoren mit einer Gesamtleistung von 86.000 PS treiben die beiden 10 Meter breiten und 70 Tonnen schweren Schiffsschrauben an. Im Vergleich zu anderen Schiffsantrieben laufen die Motoren langsamer und haben einen besonders langen Hub, das heißt die Kolben legen im Zylinder einen längeren Weg zurück, was den Treibstoffverbrauch um zwei bis vier Prozent verringert. Allerdings lässt sich der Wirkungsgrad noch weiter verbessern. „Derzeit geht etwa die Hälfte der eingesetzten Energie als Abwärme verloren. Deshalb werden wir in die Triple-E-Frachter ein spezielles System einbauen, das diese Verlustwärme in elektrische Energie umwandelt. Dies haben wir auch bei anderen Schiffen bereits eingesetzt“, sagt Tigges.

Die heißen Abgase der Maschinen werden dabei nicht einfach in die Luft geblasen, sondern erhitzen Wasser und treiben damit eine Dampfturbine und einen Generator an. Der so gewonnene Strom kann auf dem Schiff verwendet werden, wodurch zusätzliche Dieselaggregate zur Stromerzeugung überflüssig werden. Bis zu 25 Megawattstunden (MWh) Strom erzeugt das Rückgewinnungssystem der Triple-E-Schiffe auf diese Weise im Jahr. Elektrizität wird auf Seefrachtern nicht nur für die Bordelektronik, sondern auch für die Fracht selbst benötigt, denn viele Container müssen während der Fahrt gekühlt werden.

Für den Fall, dass auf den Schiffen weniger Strom gebraucht wird, als der Generator erzeugt, haben die Siemens-Ingenieure an beiden Antriebswellen einen Wellengeneratormotor angebracht. Dieser unterstützt dann mit dem überschüssigen Strom den Antrieb. Im Idealfall kann dadurch an beiden Antriebssträngen zusammen eine zusätzliche Leistung von bis zu sechs Megawatt (MW) abgerufen werden und das bei gleichem Treibstoffverbrauch. Der Wellengeneratormotor kann zudem auch Strom erzeugen: Dann schaltet das System vom Motor-Modus in den Generator-Modus und produziert zusätzlich Elektrizität aus der Bewegung der Antriebswelle. Bei Containerschiffen tritt dieser Fall immer wieder ein, erklärt Tigges: „Oft kann die Dampfturbine nicht genug Energie liefern, um den großen Stromdurst der Kühlcontainer zu stillen – die Kühlleistung kann in warmen Gegenden schon mal acht bis elf MW betragen.“ Das entspricht der Leistung von zwei großen Windturbinen. Mit den Siemens-Systemen würde der Kraftstoffverbrauch um mehr als zwölf Prozent sinken, sagt Tigges. Und damit auch die Treibhausgas-Emissionen. „Pro geladenem Container soll der CO₂-Ausstoß der Superfrachter deshalb 50 Prozent unter dem Branchendurchschnitt auf der Route zwischen Asien und Europa liegen“, erläutert der Ingenieur.

Lernfähige Schiffe. Um die Energiebilanz der ganzen Flotte zu verbessern, wird auf den neuen Schiffen zudem ein digitaler Effizienz-Manager installiert. Das Siemens-System ist bereits auf einigen Schiffen im Einsatz. Es wertet bis zu 10.000 Messpunkte aus, darunter Antriebsdaten wie den aktuellen Treibstoff- und Energieverbrauch, aber auch über die Wasserlage, die Rudereinstellungen oder das Wetter. Wenn nötig werden diese Werte im Sekundentakt abgefragt. „Unsere Lösung ist ein offenes System. Wie bei einem Smartphone können verschiedene Anbieter Apps für diese Plattform entwickeln und alle Daten des Systems nutzen.

Zum Beispiel gibt es ein Programm, das in Abhängigkeit von Schiffsdaten und Wetter eine optimale Route vorschlägt oder die beste Wasserlage für die aktuellen Bedingungen“, sagt Tigges. Per Satellitenverbindung können die Daten auch an die Reederei gesendet werden und eine effiziente Flottenplanung ermöglichen. „Die Schiffe lernen so voneinander. Außerdem fördert das den Wettbewerb unter den Kapitänen, da die Reederei sieht, wer sparsam unterwegs ist. Wenn das System optimal eingesetzt wird, können die Betriebskosten noch einmal um zwei bis drei Prozent gesenkt werden.“

Der Effizienzgewinn macht sich für die Reederei bezahlt und könnte selbst für das Weltklima von Bedeutung sein, denn der Anteil des Schiffsverkehrs an den globalen CO₂-Emissionen ist nicht zu unterschätzen. Die International Maritime Organization errechnete in einer Studie aus dem Jahr 2011 für das Jahr 2007 CO₂-Emissionen durch den internationalen Schiffsverkehr von 870 Millionen Tonnen. Das ist mehr als der jährliche Ausstoß Deutschlands und ein Anteil von 2,7 Prozent an allen weltweiten Emissionen. Effizienzsteigerungen sind daher dringend notwendig, obwohl der Seeweg gemessen an den Treibhausgas-Emissionen pro Tonnenkilometer immer noch die umweltfreundlichste Methode ist, Waren über weite Strecken zu transportieren. Die Reederei Maersk gibt an, dass beim Transport einer Tonne Fracht mit den neuen Containerschiffen pro Kilometer nur drei Gramm CO₂ ausgestoßen werden. Zum Vergleich: Wird eine Tonne mit dem Lkw über einen Kilometer transportiert, so sind es laut Maersk 47 Gramm und mit dem Flugzeug sogar 560 Gramm.