Untersuchungen der Partikelemissionen neuartiger synthetischer Kraftstoffe
Prof. Dr.-Ing Wiktoria Vith, Hochschule Flensburg
Partikelemissionen aus der Schifffahrt rücken neben gasförmigen Emissionen in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus der öffentlichen Debatte zur Transformation der maritimen Wirtschaft, da sie zur globalen Erwärmung als Feinstaub beitragen und eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen. Besonders betroffen von dem Feinstaub sind Küstengebiete. Daher besteht für die Schifffahrt ein großer Bedarf an der Erforschung alternativer Kraftstoffe mit Potenzial zur Reduktion sowohl der Treibhausgase als auch Partikelemissionen.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens „ParShip“ an der Hochschule Flensburg wurden Untersuchungen zu Partikelemissionen nach der Verbrennung zwei neuartiger synthetischer Kraftstoffe (GTL und HVO) durchgeführt, die traditionell verwendete Destillat-Flüssigkraftstoffe (z. B. Marinedieselöle) teilweise ersetzen könnten. Die Basislinie bildeten Partikelemissionen aus der Verbrennung von Schweröl in Kombination mit einem Abgaswäscher (Scrubber), dessen Nebeneffekt sich neben der Neutralisation der sauren Abgase auch in der Auswaschung von Partikeln äußert.
Für die Untersuchungen stand „onshore“ eine schiffsähnliche Anlage bestehend aus einem Schiffsmotor (0,72 MW) und einem Abgasnachbehandlungssystem (closed-loop scrubber) mit geeigneter Messtechnik zur Verfügung. Je nach anliegender Motorlast (25 %, 50 %, 75 %MCR) wurden unterschiedliche Partikelmengen mit zum Teil unterschiedlichen Größenverteilungen in die Atmosphäre emittiert. Daraus konnten so genannte Emissionsfaktoren für Partikelanzahl (PN) und Partikelmasse (PM) im Verhältnis zur abgegebenen Motorleistung (kWh) für verschiedene Kraftstoffe ermittelt werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Partikelemissionen um 80% bei dem Wechsel von Schweröl zu schwefelarmen Kraftstoffen verringern. Die neuartigen Kraftstoffe verursachen um ca. 20% geringere partikuläre Emissionen als Dieselkraftstoffe. Die Ergebnisse zeigen auch einen klaren Trend, dass die Partikelbildung mit zunehmender Motorlast abnimmt. Die Scrubbertechnologie reduziert die Partikelemissionen bei allen beanstandeten Kraftstoffen nur mäßig, was mit der Bildung sehr feiner Partikel zusammenhängt.
Die Modellierung der Partikelemissionen mit den ermittelten Emissionsfaktoren und den Schiffsbewegungsdaten für die Modelregion von Nord-Ostseekanal bei der Passagenzahl von 30.000 Schiffenfahrten pro Jahr ergab Feinstaubemissionen aus der Verbrennung der Dieselkraftstoffe von ca. 17.000 Tonnen.
Angesichts der verhältnishohen PN- und PM-Emissionen, insbesondere der lungengängigen Partikel, bei niedrigen Motorlasten, die für den Betrieb von Küstenschiffen typisch sind, wäre der Einsatz eines nachgeschalteten Abgasreinigungsystems jedoch von Vorteil für die Luftqualität und die menschliche Gesundheit, insbesondere in Anbetracht der bevorstehenden IMO-Vorschriften zur weiteren Begrenzung von Partikelemissionen wie Ruß. In diesem Zusammenhang wird erwartet, dass Abgasreinigungsysteme wie Wäscher optimiert werden müssen, um nicht nur Schwefelemissionen, sondern auch Partikel- und Rußemissionen von Schiffsmotoren zu reduzieren. Ein breiter Einsatz von anderen Technologien wie Dieselfilter ist auch denkbar.
