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HANSA 06-2018

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Schiffstechnik | Ship

Schiffstechnik | Ship Technology Scrubber & Co. – wie sauber wird Abgas? Wie schlagen sich die heutigen Möglichkeiten zur Reinigung von Schiffsabgasen, können mit ihnen die ambitionierten Klimaziele erreicht werden? Eine Betrachtung des derzeitigen Stands der Technik soll zeigen, wie zukunftsfest diese ist Schiffsmotoren produzieren konzeptbedingt große Mengen an Abgasen, da diese mit einem hohen Luftüberschuss betrieben werden. Die Abgase enthalten an Schadstoffen u.a. Schwefeloxide, Stickoxide, Rußpartikel, Metallaschen und als klimaschädigendes Gas Kohlendioxid. Die Internationale Maritime Organisation (IMO) hat mit den Regulierungen MEPC.198(62) für Stickoxide und MEPC.259(68) für Schwefeloxide verbindliche Grenzwerte für die Schifffahrt eingeführt, die ab 2020 (SOx) respektive 2021 (NO x ) in Kraft treten. Für Partikel (Rußpartikel, Metallaschen) gibt es derzeit noch keine Regulierung. Im April 2018 hat die IMO beschlossen, bis zum Jahr 2050 die CO2-Emissionen in der Schifffahrt um 50% zu senken. In diesem Beitrag werden die technischen Möglichkeiten zur Abgasreinigung von Schiffsmotoren dargestellt. Zur Minimierung bzw. Vermeidung von Schadstoffen im Abgas von Großmotoren stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung: Primärmaßnahmen, die während des Verbrennungsprozesses greifen und Sekundärmaßnahmen, die als Abgasnachbehandlung zusammengefasst werden können, da diese eingesetzt werden, wenn das Abgas den Motor bereits verlassen hat. Zu den Primärmaßnahmen zählt mit Hinblick auf die Minimierung von Schwefeloxiden die Verwendung von schwefelarmen Kraftstoffen (

Schiffstechnik | Ship Technology zur Verfügung, der aus dem PKW- und LKW-Bereich bereits bekannt ist und zum Stand der Technik gehört. Hierbei wird in den Abgasstrang nach dem Motor eine wässrige Harnstofflösung (bekannt unter dem Namen AdBlue) eingespritzt, die verdampft und das für die chemische Reaktion notwendige Ammoniak (NH3) freisetzt. Die Stickoxide reagieren mit dem Ammoniak und bilden wieder Stickstoff und Wasser, also unschädliche Komponenten der Luft. Problem Feinstaub Die Minimierung oder Abscheidung von Partikeln gestaltet sich ungleich schwieriger. Da jede Verbrennung in einem Motor eine unvollständige Verbrennung ist, kann die Entstehung von Partikeln bzw. Ruß nicht vermieden werden. Die Verwendung von schwefelarmen Kraftstoff wie z.B. MGO reduziert den Anteil der schwefelgebundenen Partikel, z.B. Sulfate. Doch die Bildung von Ruß und elementarem Kohlenstoff kann durch diese Primärmaßnahme nur geringfügig minimiert werden. So genannte Ausbrandverbesserer, die als flüssiges Additiv dem Kraftstoff vor Einspritzung hinzudosiert werden, können die gesamte Partikelfracht zwar verringern, jedoch nicht vollständig Abstract: Scrubbers and company – how clean is the exhaust gas? Are modern systems of maritime exhaust gas cleaning doing a good job and will ambitious climate goals be met at all? An evaluation of current state of the art technology is given to test the futurability. As a result, scrubbers are capable of depositing up to 98% of the particulate matter if properly dimensioned, but are barely able to remove the particulate matter that is also generated. The ambitious goal of reducing CO 2 emissions in shipping by 50% by 2050 cannot be achieved with the current state of the art. Engine efficiency is already well over 50% and can only be further optimized in very small steps. Further info: redaktion@hansa-online.de verhindern. Auch diese Primärmaßnahme kann nur einen Teilbereich des Problems lösen. Sekundärmaßnahmen, wie die aus der Automobilindustrie bekannten Dieselpartikelfilter stehen für schwerölgefeuerte Großmotoren ebenfalls nicht zur Verfügung, da die Partikelmenge, die aus einem Großmotor kommt, signifikant größer ist als z.B. die aus einem Diesel-Pkw-Motor. Auch lässt sich die Dieselpartikelfilter-Regeneration, wie aus dem Pkw-Bereich bekannt, bei den großen Abgasmengen und Partikelfrachten nicht zuverlässig umsetzen. Die im ersten Teil beschriebenen Scrubber sind in der Lage, bei entsprechender Auslegung bis zu 98% der Partikelfracht abzuscheiden, doch sind sie kaum in der Lage, die ebenfalls entstehenden Feinstäube zu entfernen. Das ambitionierte Ziel, in der Schifffahrt den CO2-Ausstoß um 50% bis 2050 zu senken, lässt sich mit dem derzeitigen Stand der Technik nicht erreichen. Der Wirkungsgrad der Motoren liegt schon heute bei deutlich über 50% und lässt sich nur in sehr kleinen Schritten noch weiter optimieren. Der Spielraum für die Motorenhersteller ist hier sehr begrenzt. Wenn kohlenstoffhaltige Kraftstoffe eingesetzt werden, entsteht bei der Verbrennung zwangsläufig CO2, allerdings hat LNG (das hauptsächlich aus Methan CH4 besteht) ein günstigeres Kohlenstoff- Wasserstoff-Verhältnis als Schweröl oder Gasöl, was zu einer um ca. 25% niedrigeren CO2-Emission führt. Dagegen rechnen muss man die deutlich größere klimaschädigende Wirkung von Methan (bezogen auf CO2 ca. 23 Mal mehr in einer 100 Jahre Betrachtung und ca. 70 mal mehr in einer 20 Jahre Betrachtung). D.h., das bei einem mit LNG betriebenen Schiff die Methan- Emission, bestehend aus Methan-Schlupf des Motors und dem Methan-Boil-Off-Gas des LNG-Tanks, die CO2-Emission zwar gesenkt wird, die klimaschädigende Wirkung des Methans jedoch den CO2-Vorteil wieder mehr als ausgleicht. Zusammengefasst kann festgestellt werden, dass ein Teil der Emissionen (Schwefeloxide und Stickoxide) aus Schiffsmotoren mit Primär- und Sekundärmaßnahmen deutlich zum Wohle der Umwelt und der Menschen minimiert werden kann. Feinstaub und klimaschädigendes CO2 sowie Methan bleiben weiter eine Herausforderung für die Entwicklung neuer Kraftstoffe oder Abgasreinigungstechnologien. Autoren: Ralf Jürgens, Thomas Reynolds, Claas Günther, ERC Technik Foto: Wägener HANSA International Maritime Journal – 155. Jahrgang – 2018 – Nr. 6 45

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