The Potential of Shore Power to Mitigate Air Pollution in Seaports: A Case Study of the Port of Bremerhaven Based on Vessel OPS Capability

Wenn ein riesiges Schiff am Kai liegt, ruht es nicht einfach; es summt mit der ständigen, lärmenden Arbeit, seine Lichter am Brennen zu halten, seine Kühlung in Betrieb zu halten und die Besatzung komfortabel zu versorgen. Jahrzehntelang war die Standardmethode, diese Systeme zu betreiben, die eigenen Dieselmotoren des Schiffes laufen zu lassen, wobei direkt neben der Stadt Treibstoff verbrannt wird. Diese Praxis, bekannt als „Hotelling“, pumpt einen stetigen Strom von Rauch und Abgasen in die Luft rund um den Hafen und trägt so zu lokalen Gesundheitsproblemen und dem Klimawandel bei. Die Lösung, die Ingenieure und Umweltschützer vorschlagen, ist überraschend einfach: Das Schiff an Land anzuschließen. Durch den Anschluss an das Stromnetz an Land kann ein Schiff seine schmutzigen Motoren abschalten und statstattdessen sauberen Strom beziehen. Diese Technologie, die Landstromversorgung (Onshore Power Supply), existiert und funktioniert, aber ihre Einführung verlief schleppend, gefangen zwischen den hohen Kosten für den Bau der Anschlüsse und der Ungewissheit, ob sie wirklich günstiger oder sauberer ist als das Verbrennen von Treibstoff.

Forscher des Instituts für Maritime Wirtschaft und Logistik sowie der Heriot-Watt-Universität beschlossen, diese Ungewissheit zu beseitigen, indem sie einen echten, funktionierenden Hafen untersuchten: Bremerhaven in Deutschland. Anstatt über zukünftige Möglichkeiten zu spekulieren, untersuchten sie die tatsächlichen Bewegungen tausender Schiffe, die den Hafen im Jahr 2024 besuchten. Sie konzentrierten sich auf drei spezifische Schiffstypen, die den Hafen dominieren: die kistenartigen Containerschiffe, die globale Waren transportieren, die massiven Kreuzfahrtliner, die Touristen bringen, und die Autotransporter, die Automobile transportieren. Das Team sammelte detaillierte Aufzeichnungen über jeden Zeitpunkt, an dem diese Schiffe an kamen und ablegten, und berechnete genau, wie lange sie am Kai lagen und wie viel Energie sie benötigt hätten, um ihre Systeme am Laufen zu halten. Anschließend bauten sie ein Computermodell, um drei verschiedene Zukünfte für den Hafen zu simulieren. Im ersten Szenario betrachteten sie die Realität von heute, in der kein Schiff Landstrom nutzt. Im zweiten Szenasten stellten sie sich einen Mittelweg vor, bei dem nur die Schiffe, die bereits für den Anschluss ausgestattet sind, diesen auch nutzen würden. Im dritten Szenario entwarfen sie eine vollständige Transformation, in der jedes einzelne geeignete Schiff für die gesamte Dauer seines Aufenthalts einsteckt.

Die Ergebnisse dieser Simulation zeigen einen krassen Gegensatz zwischen der aktuellen Situation und dem, was möglich ist. Im Basisszenario, in dem Schiffe weiterhin Treibstoff verbrennen, verzeichnet der Hafen eine massive Rechnung für die Schäden an der menschlichen Gesundheit und dem Klima. Die Forscher berechneten, dass die Luftverschmutzung und die Treibhausgase, die durch diese Schiffe freigesetzt werden, der Gesellschaft fast 97 Millionen Euro pro Jahr an Gesundheitsschäden und Klimaeffekten kosten – eine Zahl, die tatsächlich höher ist als die Kosten für den Treibstoff selbst. Diese versteckten Kosten repräsentieren den Preis für Atemwegserkrankungen und Umweltzerstörung, den die Hafenregion zahlt, ohne ihn auf einer Treibstoffrechnung zu sehen. Als die Forscher jedoch ihr Modell auf das Szenario umstellten, in dem nur die Schiffe, die derzeit in der Lage sind, Landstrom zu nutzen, diesen auch tatsächlich nutzen, änderte sich das Bild dramatisch. Selbst dieser Teilwechsel, der nur einen Bruchteil der gesamten Flotte umfasst, senkte die externen Gesamtkosten um fast ein Viertel und sparte über 22 Millionen Euro jährlich ein. Die bedeutendsten Verbesserungen kamen von den Containerschiffen, schlichtweg weil es so viele von ihnen gibt, aber die Reduzierung schädlicher Schadstoffe wie Stickoxide und Feinstaub war bei allen Schiffstypen spürbar.

Die auffälligste Erkenntnis ergab sich, als das Team eine Zukunft modellierte, in der jedes Schiff, das Landstrom nutzen kann, diesen auch tatsächlich nutzt. In diesem Szenario der vollständigen Einführung sanken die Betriebskosten für den Hafen und die Reedereien um 8-0 Prozent. Der Grund für diese dramatischen Einsparungen liegt im Preis der Energie. In Deutschland gewährt die Regierung einen speziellen Steuersatz auf Strom, der für diesen spezifischen Zweck verwendet wird, was ihn deutlich günstiger macht als den Kauf von Marineöl. Unter diesen Bedingungen ist der Betrieb der Schiffe mit Elektrizität weitaus kostengünstiger als das Verbrennen von Diesel. Darüber hinaus waren die Umweltvorteile nahezu total; die externen Kosten fielen um mehr als 97 Prozent. Die Luft um den Hafen herum wäre fast vollständig frei von den Dämpfen, die derzeit aus den Schornsteinen der Schiffe wehen. Die Forscher merkten an, dass der einzige verbleibende Treibstoffverbrauch für die kurzen Momente des An- oder Abklemmens des Kabels oder für sehr kurze Besuche wäre, bei denen das Einstecken nicht praktikabel ist.

Dennoch bietet die Studie auch eine ernüchternde Erinnerung daran, dass Technologie allein kein Zauberstab ist. Die Forscher wiesen darauf hin, dass die Sauberkeit des Landstroms vollständig davon abhängt, wie dieser Strom erzeugt wird. Wenn das Stromnetz immer noch Kohle oder Gas verbrennt, um die neue Nachfrage zu decken, verschiebt sich die Verschmutzung lediglich vom Schornstein des Schiffes zum Schornstein des Kraftwerks, und die Klimavorteile schrumpfen. Zudem hob die Studie eine wachsende Komplikation durch Flüssigerdgas, oder LNG, hervor, ein Treibstoff, zu dem viele neue Schiffe übergehen. Während LNG sauberer als Diesel ist, müssen Schiffe, die es nutzen, während sie im Hafen liegen, oft überschüssiges Gas abfackeln, und viele dieser Schiffe sind noch nicht darauf ausgelegt, das Landstromsystem zu nutzen. Dies schafft ein Missverhältnis, bei dem die neuesten, „saubereren“ Schiffe möglicherweise nicht in der Lage sind, die sauberste verfügbare Lösung zu nutzen. Die Forscher stellten auch fest, dass der finanzielle Erfolg dieses Plans stark von den aktuellen Steuervergünstigungen für Strom abhängt; ohne diese würde der Kostenvorteil verschwinden und der Übergang ins Stocken geraten.

Letztendlich kommt die Studie zu dem Schluss, dass die Landstromversorgung ein mächtiges Werkzeug ist, aber sie erfordert eine koordinierte Anstrengung, um zu funktionieren. Es reicht nicht aus, dass ein Hafen die Kabel baut; die Schiffe müssen nachgerüstet werden, um sie aufzunehmen, und der Strom muss aus einem sauberen Netz kommen. Die Daten aus Bremerhaven zeigen, dass das Potenzial, Geld zu sparen und die öffentliche Gesundheit zu verbessern, enorm ist, aber es ist an Bedingungen geknüpft. Der Übergang erfordert, dass Häfen, Reedereien und Regierungen zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass der Strom erschwinglich ist, die Infrastruktur bereit ist und die Schiffe kompatibel sind. Der Weg nach vorn für den Hafen von Bremerhaven, und potenziell für Häfen weltweit, ist klar: Steckt die Schiffe ein, aber nur, wenn das restliche System bereit ist, die Veränderung zu unterstützen. Die Technologie ist vorhanden, der wirtschaftliche Fall unter den richtigen Regeln ist stark und der ökologische Ertrag ist unmittelbar, aber es erfordert einen ganzheitlichen Ansatz, der über das bloße Installieren einer Steckdose hinausgeht.