Ammoniak als Shipping Fuel – eine Übersicht

Welche Rolle kann Ammoniak als Low-Carbon Fuel in der Seeschifffahrt spielen? Das potenzielle Marktvolumen wäre enorm, aber die Unwägbarkeiten sind genauso groß. Es gibt eine ganze Reihe von Kandidaten, die fossile Fuels ersetzen wollen. Noch ist unklar, wer sich durchsetzen wird.

Die Reeder stehen damit vor schwierigen Entscheidungen. Große Seeschiffe sind normalerweise 25-35 Jahre im Einsatz. Ein neues Schiff, das heute in Auftrag geht, wird erst 2027/28 in See stechen und dort auch noch im Jahr 2050 unterwegs sein.

Ammoniak ist ein Thema unseres neuen Langzeitprojekts Fuel.Tracker.2050. Es startet in diesem Monat und verfolgt den Ausstieg aus fossilem Öl in Deutschland, in der EU und weltweit mit Analysen, Recherchen und News.

Ammoniak als Bunker Fuel?

Warum überhaupt Ammoniak als Shipping Fuel? Im ersten Moment sollte man denken, dass der wichtigste Einsatzbereich von Grünem Ammoniak (PV/Wind-Strom plus Elektrolyse) oder Blauem Ammoniak (Erdgas + CCS) auf der Hand liegt: Die Dekarbonisierung der bisherigen Absatzmärkte, also Stickstoff-Dünger und Chemie. Dort werden jedes Jahr 185 Mio.t Ammoniak benötigt – eine Menge, die in dekarbonisierter Form wohl nicht einmal 2040 zur Verfügung stehen wird.

Doch das ist zu kurz gedacht: Der begehrte Stoff wird dort eingesetzt, wo die größte Zahlungsbereitschaft vorhanden ist und wenig Alternativen zur Verfügung stehen, sprich: Wo die Hersteller von Grünem/Blauem Ammoniak die höchsten Profite erzielen können.

Das ist vor allem bei den Container-Reedereien und generell in der Seeschifffahrt der Fall. Immer mehr Transportkunden, vor allem von hochpreisigen Markenartikeln, verlangen emissionsarme Schiffe, um ihre eigene Klimabilanz zu verbessern.[Q1] Hinzu kommen steigende Anforderungen an die Schiffsemissionen durch einzelne Staaten oder Regionen, vor allem in der EU.

CO2-Emissionen der Seeschiffe

Im Moment stößt die globale Seeschifffahrt annähernd 900 Mio.t CO2 pro Jahr aus. Dabei werden ca. 320 Mio.t fossile Treibstoffe verbrannt. Die Emissionsmengen liegen sogar noch vor der Luftfahrt und entsprechen knapp 3% der fossilen CO2-Mengen.

Das soll sich jedoch ändern, vor allem in der EU. Die neue FuelEU Maritime Regulation schreibt einen Dekarbonisierungspfad vor, der mit einer Reduzierung um 80% bis 2050 endet. Bis 2034 sollen 2% der Shipping Fuels emissionsarme E-Fuels sein. Ihr Einsatz wird durch eine doppelte Anrechnung im Emissionshandelssystem der EU (ETS-1) schmackhaft gemacht. Die Seeschifffahrt muss seit diesem Jahr einen allmählich steigenden Anteil ihrer Emissionen im ETS finanzieren. Ab 2027 enden die freien Zuteilungen. Dann müssen die Reeder für jede Tonne CO2 Emissionszertifikate kaufen.

Die Seeschifffahrt reagiert bereits. Sie ist im Moment der erste weltweit aktive Branche, die einen globalen Ansatz zur Dekarbonisierung verfolgt. Bis 2050 sollen die Emissionen in der Nähe von Net-Zero sein, so die IMO (International Maritime Organization, die zuständige UN-Organisation. Um die Geschwindigkeit und die Wege zu einem „Net-Zero Framework“ wird im Moment gerungen. [Q2]

Eine weltweite Änderung der Shipping Fuels ist eine enorme Aufgaben. Weltweit gibt es etwa 100.000 größere Seeschiffe. Hinzu kommen 3-4 Mio. Fischerboote und Zehntausende von anderen Schiffstypen wie Fähren, Offshore-Versorgungsschiffe oder Kreuzfahrtschiffe. [Q3]

Übersichtlicher wird die Aufstellung, wenn man sich den Kraftstoffverbrauch ansieht. Ein Viertel der Gesamtmenge verbrauchen die Containerschiffe, ein weiteres Viertel entfällt auf Tanker (Öl, Gas, Chemikalien) und weitere 20% auf Schüttgutfrachter (Getreide, Kohle etc.).

Fuels – Alt und Neu

Bisher kommen fast ausschließlich fossile Brennstoffe in den Schiffsmotoren zum Einsatz. Das ist in unterschiedlichen Mischungen Schweröl (HFO – Heavy Fuel Oil) oder Schiffsdiesel (MGO).

CCS On-Board?

Am einfachsten wäre aus Sicht der Reeder natürlich die Dekarbonisierung des billigen Fuel Oils. Tatsächlich gibt es bereits über 30 Schiffe, die im Probebetrieb an Bord CO2 abscheiden, verflüssigen und zwischenlagern. Die CO2-Container werden dann im Hafen entsorgt. Die Abscheidungsraten sollen bei 70-85% liegen.[Q8][Q10]

Das Verfahren ist nicht billig, aber der Aufwand wird durch die Möglichkeit kompensiert, die vergleichsweise billigen und überall verfügbaren fossilen Treibstoffe weiter einsetzen zu können.

Weit verbreitet ist übrigens bereits der Einsatz von Scrubbern, die Schadstoffe nach der Verbrennung von schwerem Schiffsdiesel abscheiden. Das gilt für Schwefel- und Stickstoffoxide sowie Feinstaubpartikel.

Alternative Fuels

Nur knapp 6% der Seeschiffe können bisher auch andere Kraftstoffe verwenden. Der Anteil der Schiffe mit Dual-Fuel-Antrieben, die Mineralölprodukte oder Alternativen verwenden können, wächst allerdings rasch an.

Schon heute zeigt das globale Orderbook, dass über die Hälfte aller Neubauten Dual-Fuel-Antriebe haben werden. Vermutlich werden ab 2030 sogar fast alle neuen Seeschiffe Dual-Fuel Motoren haben. [Q10]

Bisher ist LNG die wichtigste Alternative. LNG ist in vielen Häfen verfügbar und häufig sogar billiger als Schiffsdiesel. Zu den Anwendern gehören aus naheliegenden Gründen die LNG-Tanker, die LNG weltweit befördern, aber auch eine wachsende Zahl anderer Schiffe. LNG erzeugt vergleichsweise geringe Schadstoffemissionen, hat aber eine zweifelhafte Klimabilanz.[Q4] Das soll nach dem Willen der Gasbranche aber nicht so bleiben. Auch LNG könnte durch wachsende Beimischungen von E-Methane/Bio-LNG an Attraktivität gewinnen.
Daneben haben die diversen Biofuels als Beimischung gute Wachstumschancen in der Seeschifffahrt.
Schließlich sollte man auch flüssigen Wasserstoff (LH2) noch nicht abschreiben. Länder wie Japan und Südkorea halten an diesem Technologiepfad weiter fest. Die Verflüssigung von Wasserstoff verschlingt zwar große Mengen an Energie, aber der Aufwand findet im Exportland statt, also z.B. in den USA, am Persischen Golf oder in Australien. Dort sind die Energiepreise im allgemeinen weitaus niedriger als im Importland, also Japan oder der EU.
Methanol (CH3OH) kam als Shipping Fuel zwar schneller aus den Startlöchern als Ammoniak, aber es wird schwer werden, große Mengen an Grünem Methanol herzustellen. Es benötigt neben dem Wasserstoff eine klimaneutrale Quelle für CO2, also z.B. geeignete Biomasse. Das CO2 wird dann bei der Verbrennung auf dem Schiff wieder freigesetzt. Nur wenige Standorte verfügen über Bedingungen, die gleichermaßen große Mengen CO2 aus Biomasse bereitstellen und für die Produktion von Grünem Wasserstoff attraktiv sind.
Dieses Problem hat Ammoniak nicht. Wie die Summenformel NH3 schon zeigt, gibt es hier keinen Kohlenstoff, der zu CO oder CO2 verbrennen könnte. Es genügt also die Produktion von Grünem/Blauem Wasserstoff. Der Stickstoff (N) kann aus der Atmosphäre gewonnen werden. Emissionsarm produziertes Ammoniak gilt vor allem längerfristig als eine relativ preisgünstige Alternative zu fossilen Ölprodukten.

Technische Hürden und Emissionen

Im Moment gibt es kein größeres Seeschiff, das von Ammoniak angetrieben wird. Noch gibt es eine Reihe von technischen und logistischen Hürden.

Motoren: Methanol-Motoren gibt es bereits. Bei Ammoniak-Motoren dauert es noch. Vermutlich werden die ersten serienfähigen Exemplare 2026 oder 2027 auf den Markt kommen, allerdings zu deutlich höheren Preisen als konventionelle Motoren. Auch die VW-Tocher MAN ist hier im Rennen.
Emissionen: Da Ammoniak ohne CO2-Emissionen verbrennt, werden alle aktuellen und zukünftigen Emissionsvorschriften im Fahrtgebiet problemlos eingehalten. Das gilt allerdings nur, wenn die Motorenhersteller die besonders klimaschädlichen NOx-Emissionen und die N2O-Emissionen (Lachgas) bei der Ammoniakverbrennung in den Griff bekommen. Hier bestehen weiterhin ungelöste Probleme und Forschungsbedarf.
Schiffsdesign: Der Umstieg auf die Verbrennung von Ammoniak erfordert auch eine Reihe von Anpassungen auf dem Schiff. Vor allem die Brennstofftanks müssen in etwa drei Mal so groß sein wie bisher, da Ammoniak gegenüber Schiffsdiesel eine geringere Energiedichte hat und zudem in dickwandigen Kältetanks gebunkert sein muss. Auch steigen die Sicherheitsanforderungen mit dem Einsatz von Ammoniak. Alle Besatzungen müssen neu geschult werden, um z.B. bei Lecks auf das toxische Gas reagieren zu können.
Häfen: Sobald Grünes oder Blaues Ammoniak in größeren Mengen von der Schifffahrt eingesetzt wird, muss es in den Häfen der Welt in ausreichenden Mengen zur Verfügung stehen. Ähnlich wie bei Schiffsdiesel muss eine große Tankerflotte die die Seehäfen versorgen. Hierfür gibt es bereits eine Infrastruktur: Schon jetzt gibt es etwa 200 Gastanker, die neben LPG auch Ammoniak transportieren können. Ihre Zahl und vor allem die Größe der Ammoniaktanker wird jedoch steigen müssen, um der erwarteten Nachfrage gerecht werden zu können. Mehr als 120 Seehäfen sind schon heute logistisch in der Lage, größere Mengen Ammoniak zu lagern und zu handeln. Etwa 5 Mio.t Ammoniak können derzeit weltweit in den Häfen vorgehalten werden. [Q6]

Allerdings steigen die Sicherheitsanforderungen mit den Mengen, da Ammoniak ein giftiges, brennbares Gas ist. Der breite Einsatz von Ammoniak in den Seehäfen wird ganz andere Sicherheitsprobleme als bisher erzeugen. Aus der überschaubaren Zahl von Terminals und Düngemittelfabriken entsteht dann ein dichtes Netz mit zahllosen Tankanlagen, Leitungen, Schiffen und Arbeitskräften. Sollten größere Ammoniakmengen freiwerden, könnten toxische Wolken schlagartig ganze Hafenareale gefährden.

Die Mengen!

Auch nach der Lösung der technischen Probleme bleiben die Herausforderungen enorm. Sollte z.B. 10% der Seeschifffahrt auf Grünes Ammoniak ausweichen, wären dafür 70 Mio.t Ammoniak und Elektrolyseure mit einer Kapazität von 130 GW notwendig, so eine Modellrechnung der IEA.[Q3]

Zum Vergleich: Europa kommt bis 2025 nicht einmal auf 1 GW Elektrolyseleistung für alle Branchen. Selbst wenn man die Ammoniak-Projekte in anderen Weltregionen mit berücksichtigt, wird schnell deutlich, dass Grünes Ammoniak frühestens in einem Jahrzehnt eine nennenswerte Rolle in der Seeschifffahrt spielen kann.

Der einfachere Weg: Tempolimit

Es gibt übrigens noch eine ganz andere Methode, die Emissionen der Seeschifffahrt schlagartig und ohne den Einsatz neuer Fuels zu reduzieren: Ein Tempolimit.

Eine Verringerung der Geschwindigkeit um 10% senkt die Emissionen je Tonnenkilometer um ca. 30 Prozent. [Q9] Das ist ein Vielfaches der Menge, die Grünes oder Blaues Ammoniak in den nächsten 20 Jahren einsparen können. Klimapolitische Initiativen in dieser Richtung werden vor allem von den Containerreedereien blockiert. Time is Money – das gilt für die teuren Schiffe ebenso wie für die Güter der Kunden.

In den letzten Wochen stiegen die Durchschnittsgeschwindigkeiten sogar an. Die Angriffe der Huthi-Streitkräfte auf die Schiffe im Golf von Aden blockierten den Zugang zum Suezkanal und machten lange Umwege um die Südspitze Afrikas notwendig. Um die Zeit wenigstens teilweise wieder aufzuholen, erhöhten die Schiffe ihre Geschwindigkeit und damit auch ihren Treibstoffverbrauch.

Eine überhastete Einführung von Ammoniak als Shipping Fuel hätte ebenfalls zu Problemen geführt. Die ersten Bunkeroptionen für Ammoniak wird es nur in den großen Häfen wie Singapur oder Rotterdam geben. Sie planen die ersten Green Shipping Corridors. Lange, ungeplante Umwege wären für viele Schiffe nur machbar, wenn sie ihre Dual-Fuel-Motoren wieder mit Mineralölprodukten versorgen. Allerdings ist eine Lösung in Sicht: Der Hafen von Antwerpen und die belgische Reederei CMB planen bereits den Aufbau von Ammoniak- und Wasserstoff-Tanklagern an der Küste Namibias.[Q11]