Der Umweltschutz in der Seeschifffahrt, international oft als Green Shipping bezeichnet, hat seit mehreren Jahrzehnten an Bedeutung gewonnen.
Die Motoren von Hochseeschiffen emittieren Abgase in die Atmosphäre und flüssige und feste Schiffsabfälle ins Meerwasser. Im Meer gibt es Ökosysteme (siehe auch Meeresschutz).
Verschiedene Rechtsabkommen und freiwillige Initiativen enthalten Regeln zu dieser Verschmutzung. Es gibt zahlreiche schiffbauliche Konzepte, die einen umweltfreundlicheren Schiffsbetrieb zum Ziel haben. Wenn Schiffe schneller fahren, steigt ihr Kraftstoffverbrauch exponentiell. Angesichts hoher Ölpreise lohnt sich für viele Hochseeschiffe das Slow steaming. mini|Abgasfahne einer Schnellfähre beim Auslaufen
Übersicht der Umweltbelastungen durch die Seeschifffahrt Schiffsantriebe mini|Entwicklung des globalen Güterverkehrs in Mio. Tonnen und der Transportleistung in Mrd. Tonnen-Meilen (tm) über See
Die Seeschifffahrt ist der weitaus größte Verkehrsträger der Weltwirtschaft. Ohne sie wäre die Globalisierung seit dem Zweiten Weltkrieg nicht möglich gewesen. Die Seeschifffahrt erbrachte im Jahr 2000 eine Transportleistung von rund 42.500 Mrd. Tonnen-Kilometer. Ihr spezifischer Energieverbrauch (= SEC = Energieverbrauch pro Tonne und Transportkilometer) ist mit 5–10 g/t km weitaus geringer als bei anderen Transportmitteln wie Frachtflugzeug (400–600 g/t km), Eisenbahn und Lastkraftwagen. Die Transportgeschwindigkeit ist dagegen relativ gering. Die in den vergangenen 10–15 Jahren extrem gestiegenen Brennstoffpreise (1999 = 60 $/t Schweröl; 2013 = 600 $/t Schweröl) haben dazu geführt, dass z. B. Containerschiffe langsamer fahren und dadurch erheblich weniger Brennstoff verbrauchen. Außerdem werden Maßnahmen getroffen, um durch Propulsion verbessernde Maßnahmen (Leitflächen vor und hinter dem Propeller) und Reibungsverringerung (Luftschmierung) die Antriebsleistung zu reduzieren.
Marinedieselöl hat einen relativ hohen Schwefelgehalt; die Abgase von Schiffsdieselmotoren enthalten deshalb viel Schwefeldioxid. Der Schwefelgehalt von Schweröl beträgt im Mittel 2,5 Prozent. Ein geringer spezifischer Energieverbrauch bedeutet auch eine geringe CO2-Belastung; der CO2-Ausstoß ist bei Antrieben mit Verbrennungskraftmaschinen etwa mit dem Faktor 3 proportional dem Kraftstoffverbrauch. Der NOx-Ausstoß und die Schwefeldioxid-Emissionen hängen vom Verbrennungsprozess beziehungsweise vom Schwefelgehalt im Kraftstoff ab; sie sind durch die Art des Brennstoffs direkt beeinflussbar.
mini|Verteilung der NOx-Emissionen auf die in der weltweiten Schifffahrt vertretenen Antriebsanlagen und Hilfsdiesel
In der Schifffahrt entstehen wie bei den anderen Verkehrsträgern (Pkw, Lkw, Flugzeug, Eisenbahn) Umweltbelastungen durch Abgase, Abfälle, Öl, Abwasser und Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Stickoxide, CO2 und Schwefeldioxid im Abgas. Der maximale NOx-Ausstoß wird seit dem Jahr 2000 mit einer IMO-Vorschrift geregelt. Die Hersteller von Schiffsmotoren, wie MAN B & W, Wärtsilä/Sulzer AG, Mitsubishi, MaK, MTU, Deutz und andere haben verschiedene Verfahren erforscht und ihre Motoren entsprechend weiterentwickelt. Moderne Motoren erfüllen diese Vorschriften durch eine Steuerung der innermotorischen Verbrennung. Höhere Anforderungen werden durch eine direkte oder indirekte Wasserzugabe erreicht und höchste Anforderungen durch motorexterne Maßnahmen, z. B. mit einem nachgeschalteten Katalysator oder Abgasrückführung.
mini|Reduktion von Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen, Ruß und Lärm durch den SINOx-Katalysator für Schiffe
In „Köhler, H. W.: Beurteilung der NOx-Emission durch die weltweite Schifffahrt Schiff und Hafen, Nr. 11/2002“ ist das Ergebnis einer von MAN B&W durchgeführten Studie zur weltweiten NOx-Umweltbelastung durch die Schifffahrt dargestellt. Die Grundlagen dieser Studie waren die Emissionscharakteristiken der Haupt- und Hilfsmaschinen von Schiffen, realistische Randbedingungen für den Betrieb wie Einsatzdauer, Belastung, Art des Brennstoffes und reale spezifische Brennstoffverbräuche der Motoren. Weltweit sind mehr als 90.000 Schiffe mit einer Vermessung von mehr als 100 BRZ registriert, deren 117.000 Antriebsmotoren über eine Nennleistung von insgesamt 286 Mio. Kilowatt verfügen, d. h. im Mittel 3.200 Kilowatt Antriebsleistung pro Schiff. Für die Hilfsmotoren wurden 30 Mio. Kilowatt Nennleistung angegeben.
Das Ergebnis dieser Studie war, dass die internationale Schifffahrt im Jahr 2001 rund 282 Mio. Tonnen Brennstoff verbrauchte und mit 23,5 Mio. Tonnen NOx etwa 15 Prozent der von Menschen verursachten globalen NOx-Emission verursachte. Die jährliche globale NOx-Emission betrug rund 195 Mio. t, etwa 156 Mio. t davon wurden vom Menschen durch Industrie, Verkehr und Hausbrand verursacht. Der Schiffs- und Luftverkehr war daran mit insgesamt 26,4 Mio. Tonnen beteiligt.
Der Schwefeldioxidausstoß der Schiffsmotoren hängt vom verwendeten Brennstoff ab. In der Seeschifffahrt wird heute vorwiegend hochviskoses Schweröl verbrannt, das auf 100–140 °C erhitzt wird, um die benötigte Einspritzviskosität zu bekommen. Ein preisgünstiger Kraftstoff, der Preis schwankte zwischen 1999 und 2009 etwa zwischen 60 und 600 US-Dollar/Tonne (entsprechend 0,06–0,60 USD pro Liter). Die Alternative wäre das fast doppelt so teure Marinedieselöl (MDO) oder schwefelarmes Schweröl mit 0,6–0,9 Prozent Schwefel, das gegen Aufpreis an vielen Bunkerstationen angeboten wird. Alle diese Treibstoffe sind bisher wegen des grenzüberschreitenden Verkehrs und mangelnder Einigkeit der globalen Staatengemeinschaft steuerfrei. Im Schweröl darf laut Internationaler Seeschifffahrts-Organisation (IMO) bis zu 4,5 Prozent Schwefel enthalten sein, der mittlere Schwefelgehalt liegt um zwei bis drei Prozent.
Mit Hilfe des von der Seeschifffahrt verbrauchten Brennstoffes (überwiegend Schweröl) lassen sich auch die CO2- und SO2-Emissionen überschlägig bestimmen. So wurden 2001 etwa 800–900 Mio. Tonnen CO2 und 10–14 Mio. Tonnen Schwefeldioxid bei zwei bis drei Prozent Schwefelgehalt im Brennstoff von Schiffen in die Atmosphäre abgegeben. Lloyd’s Register of Shipping gab 10 Mio. Tonnen pro Jahr SO2 und 9,3 Mio. Tonnen pro Jahr NOx an.
Im Rahmen eines AiF-Forschungsvorhabens an der Technischen Universität Hamburg-Harburg wurden verschiedene Verfahren zur NOx-Reduzierung auf Schiffen verglichen. Es wurde eine Hilfestellung erarbeitet, mit der Werften und Reedereien klare Entscheidungskriterien für eine schadstoffmindernde Aus- oder Umrüstung ihrer Schiffe erhalten.Christoph Thielen, Horst Rulfs: Minderung der Stickoxid-Emissionen auf Schiffen. In: Schiff und Hafen, Nr. 4/2008. Ausführlich: Abschlussbericht AiF 14640N, getinfo.de
Schwefel-Reduzierung mini|hochkant|Einbau der Entschwefelungsanlage der Timbus
Auf der Timbus, einem Schiff der Reederei Rörd Braren aus Kollmar, wurde Ende 2009 eine Entschwefelungsanlage eingebaut, um die Anlage im Seebetrieb zu testen.Die Sauberkeit auf See fordert einen hohen Preis. FAZ.net, 19. Januar 2010 Hier werden im Rahmen eines Forschungsvorhabens der TU Hamburg-Harburg und der 'Couple Systems GmbH' Untersuchungen im realen Schiffsbetrieb zur Rauchgasentschwefelung durchgeführt. Dabei handelt es sich um ein „trockenes Verfahren“, das sich in Landkraftwerken bewährt hat. Zwei andere Verfahren in der Schiffstechnik werden als „nasse Verfahren“ bezeichnet, sie arbeiten mit Frischwasser oder auch Seewasser.
Anfang 2010 hat der Hersteller Alfa Laval Aalborg B.V. eine Entschwefelungsanlage auf Basis des nassen Systems an Bord der „Tor Ficaria“ der dänischen Reederei „DFDS Tor Line“ installiert. Dieses Hybridsystem kann mit Frischwasser oder mit Seewasser betrieben werden. Der Nasswäscher reinigt die durchlaufenden Abgase des Hauptmotors vom Typ MAN B&W 9L60MC-C (Gesamtleistung rund 21 Megawatt).Exhaust Gas Scrubber Installed Onboard MV Ficaria Seaways (PDF; 848 kB; 31 S.) Dänisches UmweltministeriumMore than one year in operation (Erfahrungsbericht; Präsentation)
Ölschlamm mini|Freiwillige beim Säubern eines Strandabschnitts (Galicien, März 2003) Auch wenn die spektakulären Unfälle wie Exxon Valdez, Erika oder Prestige die Öffentlichkeit in regelmäßigen Abständen aufrütteln, stellt auch die illegale Entsorgung von Ölrückständen eine große Belastung für die Umwelt dar. Die Ölrückstände entstehen auf den Schiffen vorwiegend bei der Reinigung des Schweröls. Etwa ein Prozent (weltweit rund 2,8 Mio. Tonnen) des Schweröls bleibt nach der Separierung und Filterung als Ölschlamm zurück. Auch bei der Schmierölreinigung und bei der Bilgenwasserentölung fällt Ölschlamm an. Mit Bilge werden die tiefsten Bereiche in den Maschinen- und Laderäumen bezeichnet, die an den beiden Schiffsseiten Kondensat und Leckagewasser sammeln. In den Maschinenraumbilgen befindet sich ein Gemisch aus Seewasser, Frischwasser, Schweröl, Schmieröl, Kaltreinigeremulsionen und Schmutz. Dieses Gemisch, als Bilgenwasser bezeichnet, wurde früher mit der Lenzpumpe nach außenbords gepumpt.
Zur Reinigung ist inzwischen ein Bilgenwasserentöler (OWS=Öl-W) vorgeschrieben, der das Bilgenwasser vom Öl reinigt. Zugelassen ist ein Restölgehalt von 15 ppm, d. h. 15 Gramm Öl pro 1.000 Liter Bilgenwasser, in NSA (National Special Areas) gilt ein Restölgehalt von <5 ppm, d. h. 5 Gramm pro 1.000 Liter Bilgenwasser. Dieser Grenzwert wird von der MARPOL-Anlage I, Resolution MEPC 107 (49) vorgegeben und wird durch eine Messeinrichtung überwacht. Bei Überschreitung wird Alarm ausgelöst und das nicht einleitfähige Bilgenwasser wird zurück in die Bilge gepumpt. Das Außenbordventil ist damit automatisch geschlossen. Die anfallende Menge an Bilgenwasser ist von der Art und Größe, aber auch vom Zustand und Alter der Schiffe abhängig. Die IMO rechnet im Mittel mit etwa 2–3 m³ pro Schiff und Tag, das sind hochgerechnet 1.000–1.500 t Bilgenwasser je Schiff und Jahr. Das im Bilgewasserentöler (OWS) getrennte Altöl wird in einem Altöltank gesammelt.
Für das Ballastwasser (nicht Bilgenwasser) in Öltankern gelten höhere Grenzwerte (technisch wären niedrigere, also bessere Grenzwerte möglich). Der Ölschlamm wird in Schlammtanks gesammelt und im Hafen abgegeben, wenn die entsprechende Infrastruktur vorhanden ist. Dass dies nicht immer der Fall ist, wurde von einem erfahrenen Kapitän beschrieben.J. Schwarzer: Die Entsorgungsproblematik auf Schiffen in Häfen aus der Sicht des Reeders. In: Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft, 1998 Aber auch die Entsorgungskosten sind ein Grund, eine illegale Ölschlammentsorgung ins Meer durchzuführen,J. Henckeroth: Illegale Entsorgung von Ölrückständen. In: Ingenieur Journal, Jan./Febr. 2003 obwohl Öltagebücher mit Eintragung der gebunkerten Brennstoffe und entsorgten Ölschlämme vorgeschrieben sind.
Ballastwasser mini|320px|Klassifizierung von Verfahren zur Ballastwasseraufbereitung Schiffe tragen mit ihrem für die Schiffsstabilität nötigen Ballastwasser Organismen wie beispielsweise kleine Fische, Plankton oder auch Keime um die Welt. Inzwischen haben sich auf diese Weise weltweit zahlreiche fremde Arten an Orten angesiedelt, in denen sie ursprünglich nicht zuhause sind. Die Folgekosten für Schäden, die durch eingeschleppte Organismen hervorgerufen werden, können zwar kaum beziffert werden, die Einwanderung invasiver Lebewesen erzeugt aber vor allem deshalb in ihren neuen Verbreitungsgebieten Probleme, weil sie sich anfangs oft ungehindert von ortsansässigen Konkurrenten, Fressfeinden und Parasiten behaupten und schlimmstenfalls unkontrolliert vermehren können.