Containerschiff Emma Maersk: Mit 110.000 PS über die Ozeane 1

Das ultimative Öko-Schiff steht noch aus, aber vieles ist schon auf den Weg gebracht. Speziell die Entwicklungsanstrengungen beim Antriebsstrang machen das deutlich. Vom Dieselmotor über das Getriebe bis hin zum Propeller –  die Effizienzbemühungen können sich sehen lassen.

Lange Zeit lag die Obergrenze der Abmessungen von Containerschiffen bei 275 Meter Lange und knapp 32 Meter Breite, damit sie den Panamakanal durchfahren konnten. Schon im kommenden Jahr sollen die ersten Frachtschiffe der sogenannten Triple-E-Klasse in See stechen: 400 Meter lang, 59 Meter breit, 73 Meter hoch und mit Platz für bis zu 18.000 TEU (Twenty-foot Equivalent Unit, ein Maß für Kapazitäten von Containerschiffen und Hafenumschlagsmengen) in 18 Reihen.

Klaus Deleroi, MAN Diesel & Turbo SE: „Nur Technologieführer mit Systemkompetenz sind in der Lage, die Emissionswerte über den gesamten Lebenszyklus des Motors hinweg zu optimieren.“

Und Experten stellen sich schon heute die Frage: Werden selbst die Megaschiffe der Triple-E-Klasse in den nächsten Jahren im Schatten noch größerer Potte stehen? Mit dem Trend hin zu immer noch größeren Frachtschiffen, musste natürlich auch die Antriebstechnik Schritt halten. Erste große sogenannte Panamaxschiffe mit Einschraubenantrieb wurden ab Ende 1980 in Dienst gestellt, als erstmals leistungsfähige Dieselmotoren mit 50.000 PS zur Verfugung standen und somit auf die teureren Mehrschraubenantriebe verzichtet werden konnte. Seit Ende der 1970er-Jahre wurden wegen der hohen Rohölpreise und des Verzichts auf die sehr hohe Geschwindigkeit von 28 Knoten fast alle turbinenangetriebenen Containerschiffe auf Dieselmotorantrieb umgebaut, da diese erheblich weniger Brennstoff verbrauchen. Die gängige Dienstgeschwindigkeit fast aller großen Containerschiffe lag dann bei 24 Knoten.

Experten schätzen die Kapazität der Emma Maersk auf mehr als 15.000 TEU. Das weltgrößte Frachtschiff misst 397 Meter in der Länge. Alleine die Schiffsschraube bringt rund 130 Tonnen auf die Waage, bei einem Durchmesser von zehn Meter.

Die im August 2006 getaufte Emma Maersk, gebaut von der danischen Reederei Maersk, gilt als das derzeit größte Frachtschiff der Welt. Die Reederei hält sich bezüglich der Angaben etwas bedeckt, aber Experten schätzen die Kapazität auf etwas mehr als 15.000 TEU. Eines aber ist sicher: sie ist 397 Meter lang und 20 Stockwerke hoch. Unter Deck, im Zentrum des Schiffes, sitzt das Herz von Emma Maersk – einer der größten Dieselmotoren der Welt. Erwiegt 2300 Tonnen. 14 Zylinder produzieren 110.000 PS. Sie treiben die längste Propellerwelle und diese wiederum die größte Schiffsschraube der Welt an. Die

Kay Tigges, Siemens: „Wirtschaftliches Handeln und Umweltfreundlichkeit sind auch in der Schifffahrt kein Gegensatz, sondern bilden zusammen einen Wettbewerbsfaktor.“

Antriebswelle dreht sich mit 84 Umdrehungen pro Minute. Die größte Schraube der Welt misst 10 Meter im Durchmesser und bringt 130 Tonnen auf die Waage. Moderne Schiffe wie die Emma Maersk brauchen trotz ihrer riesigen Dieselmotoren weniger Treibstoff und verursachen weniger Abgase als altere Schiffe, die nur halb so gros sind. Emma ist mit einem neuen Abwärmesystem ausgerüstet. Es recycelt die heißen Abgase des Motors und gewinnt daraus neue Energie, die es dann in die Maschine wieder einspeist. Das soll rund 10% Treibstoffsparen.

Technologieführer können Emissionswerte optimieren
Überhaupt ist ein neuer Schwerpunkt der Zulieferindustrie der energie- und kostensparende und gleichzeitig umweltschonende Betrieb von Schiffen und Offshore-Anlagen. Hier hat die deutsche Industrie einen technologischen Vorsprung zu verteidigen. „Die Entwicklungen am Antriebsstrang und speziell am Motor liefern dazu exzellente Beispiele“, so Klaus Deleroi von MAN Diesel &Turbo SE. „Nur Technologieführer mit Systemkompetenz sind in der Lage, die Emissionswerte über den gesamten Lebenszyklus des Motors hinweg zu optimieren.“ Das weis auch der Spezialschiff-Betreiber Swire Pacific Offshore Operations Pte Ltd. (SPO) zuschatzen, der an MAN Diesel & Turbo SE jüngst einen Auftrag über die Lieferung von insgesamt 16 Viertaktmotoren samt zugehöriger Getriebe und Verstellpropeller vergeben hat. Die vier Spezialschiffe werden bei ST Marine in Singapur gebaut und sollen bereits Mitte 2014 fertig gestellt sein.

Die Fortschritte beim maritimen Umweltschutz würdigte in diesen Tagen auch Koji Sekimizu, seit einem halben Jahr Generalsekretär der internationalen Schifffahrtsorganisation IMO. Sekimizu nannte in diesem Zusammenhang die verbindlichen Maßnahmen, die die IMO im vergangenen Jahr verabschiedet hat. Sobald sie 2013 in Kraft getreten seien, wurden sie eine schrittweise Verbesserung der Schiffseffizienz und eine konsequente Reduktion der CO2-Emissionen bringen.

Mit einer Breite von 7,35 m und einer Länge von 3,7 m wiegt das riesige Flender-Getriebe 89 Tonnen und ist damit das größte im Siemens-Werk Voerde jemals gebaute Schiffsgetriebe.

Der IMO-Generalsekretär hob hervor, dass es der Industrie selbst überlassen bleibe, auf welchem Weg sie die definierten Ziele erreicht: „Es wird spannend sein zusehen, welche Technologie am Ende die Nase vorn hat.“ Sekimizu hob auch die Bedeutung des technischen Fortschritts bei unterschiedlichen Komponenten hervor. „Obwohl wir alle aufeinen technologischen Durchbruch hoffen, der das Problem löst, oder auf einen neuen Null-CO2-Kraftstoff, der auf den Markt kommt – es wird keine magische Kugel oder eine Einzellösung geben. Optimierte Rumpfform, verbesserte Dieselmotoren und Antriebssysteme, um nur einige zu nennen, werden weiter im Fokusstehen – neben der Verringerung der Geschwindigkeit, die sich als wichtigste Einzelmaßnahme in Sachen Energieeffizienz erwiesen hat.“

Drei zukunftsfähige Optionen
Fest steht: Die Verschärfung der Umweltvorschriften durch die IMO fuhrt zu einem grundlegenden Wandel in der Schiffbau- und Schifffahrtsbranche. Gerade durch die Einführung des Energy Efficieny Design Index (EEDI), der für alle Schiffsneubauten gilt, die  nach dem 1. Januar 2013 auf Kiel gelegt werden, und des Ships Energy Efficiency Management Plan (SEEMP), der für alle Schiffe gilt, auch für diejenigen, die in Betrieb sind, werden ökologische und ökonomische Forderungen in Einklang gebracht. Das sieht Corrado Antonini, Honorary Chairman CESA (Community of European Shipyards Associations), ähnlich.

Der Messing-Propeller der Aidamar bringt knapp 13 Tonnen auf die Waage. Der Fünf-Flügler des neuen Kreuzfahrschiffes misst 5,2 Meter im Durchmesser.

Das ultimative Öko-Schiff stehe noch aus, betont Antonini. Bei Kreuzfahrtschiffen sei zwar bereits vieles auf den Weg gebracht, wie etwa Mullentsorgung, Brauchwasserreinigung und vieles andere, aber die Einhaltung von ökologischen Standards und Energieeffizienz bedeute noch größere Herausforderungen. Corrado Antonini sieht andere Alternativen zu der heute üblichen Antriebstechnologie. Es gebe im Wesentlichen drei zukunftsfähige Optionen zur Einhaltung künftiger Vorschriften: der Betrieb mit schwefelarmen Brennstoff wie Bunkerol und Marine Gas Oil, der Einsatz von Abgasreinigungssystemen, sogenannten Scrubbern, wenn Schweröl als Brennstoff verwendet wird, und die Verwendung von flüssigem Erdgas, so genanntem Liquefied Natural Gas, kurz LNG. Antonini favorisiert die letztgenannte Variante: „Gerade LNG und Dual-Fuel-Motoren bieten wirksame Möglichkeiten, die Regularien der ECAs auch langfristig einzuhalten“.

Abgase der Antriebsdiesel genutzt
Die sogenannten ECA-Zonen (Emission Controlled Areas), in denen strenge Grenzwerte für SOx-, NOx- und Ruspartikel-Emissionen gelten, werden künftig global ausgedehnt. Das bisher größte Hindernis für eine schnelle Verbreitung des LNG als Brennstoff sei die fehlende Infrastruktur. Es sei grundlegend, ein Distributionsnetzwerk zu entwickeln, das für Kreuzfahrtschiffe LNG in der passenden Menge, zur rechten Zeit und am richtigen Ort zur Verfügung stelle.

Der Treibstoffverbrauch ist eine der größten Kostenpositionen beim Schiffsbetrieb. So gesehen sind hocheffiziente Antriebslösungen und ein intelligentes Energiemanagement erforderlich. Gleichzeitig sind umweltvertraglichere Technologien gefragt, um die weltweit immer strenger werdenden Umweltschutz-Regularien zu erfüllen. In diesem Zusammenhang sei das Abwärmerückgewinnungssystem WHRS (Waste Heat Recovery System) von Siemens erwähnt. WHRS nutzt die Abgase der Antriebsdiesel, um auf saubere und wirtschaftliche Weise zusätzliche elektrische Energie aus dem Schiffsbrennstoff bereitzustellen.

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Durch Senkung der Energiekosten von bis zu 12 Prozent, reduzierten CO2- und NOX-Emissionen sowie deutlicher Verringerung des Wartungsaufwands, bietet das System wettbewerbsentscheidende Vorteile. Auch für die Planung von Schiffen gewinnt der Anwender mehr Flexibilitat. Treibstofftanks konnen zugunsten der Schiffraum- und Liniengestaltung kleiner ausgelegt werden, und der Schiffshauptantrieb kommt mit einer geringeren Nennleistung aus.

Energieeffizienz um 20 Prozent gesteigert
Alle Funktionalitäten des WHRS werden durch ein Energiemanagementsystem gesteuert, das den optimalen Einsatz der verfügbaren Energie sicherstellt und den Wellengeneratorbetrieb automatisch an die jeweiligen Erfordernisse anpasst. So werden Leistungsreserven erschlossen, der Verschleiß am Hauptantriebgesenkt und die Ausfallsicherheit der Bordstromversorgung erhöht. Apropos Strom: Mit dem Gleichstrom-Bordnetz für Schiffe hat ABB eigenen Angaben zufolge das bis dato flexibelste Energieversorgungs- und Antriebssystem für Schiffe entwickelt. Das System fasst die verschiedenen DC-Verbindungen an Bord des Schiffes zusammen und verteilt die elektrische Energie über einen einzigen1000 Volt-Gleichstromkreis. So kann auf die üblichen AC-Schaltanlagen, dezentralen Gleichrichter und Stromrichtertransformatoren verzichtet werden.

Das DC-Bordnetz verbindet nach ABB-Angaben die Vorteile von AC- und DC-Komponenten und -Systemen, erfüllt die relevanten Bestimmungen und Vorschriften für Selektivität und Geräteschutz, kann für elektrische Leistungen bis 20 MW eingesetzt werden und arbeitet mit einer Nennspannung von 1000 V DC. Ein Firmensprecher: „Das Beste ist jedoch, das mit unserem DC-Bordnetz die Energieeffizienz von Schiffen um bis zu 20 Prozent gesteigert und der Platzbedarf sowie das Gewicht der elektrischen Ausrüstung um bis zu 30 Prozent reduziert werden konnen.“

Spart eine Tonne Treibstoff am Tag
Auf welche Weise und mit welchem Ergebnis moderne Antriebstechnologie Energie sparen kann, wurde im Rahmen einerfeierlichen Zeremonie bekannt, bei der das Kreuzfahrtunternehmen Aida Cruises Anfang Mai im Hafen von Emden sein neues Schiff übernommen hat. Mit der von der Meyer Werft gebauten Aidamar geht eines der modernsten und umweltfreundlichsten Kreuzfahrtschiffe auf Fahrt. So wird die Abwärme des Bordantriebs für den Betrieb der Klimaanlage und Wasseraufbereitung genutzt. Das Heat-Recovery-System, so heißt es, sei einzigartig auf der Welt und zum ersten Mal auf Aidamar im Einsatz. Das Schiff erreicht damit eine Einsparung von einer Tonne Treibstoff am Tag.

Das weltweit größte Containerschiff der Welt: die Emma Maersk. Unter Deck sitzt mit 110.000 PS einer der größten Dieselmotoren der Welt.

Eine Besonderheit sind auch die beiden Messing-Propeller. Ein Propeller wiegt alleine 12.800 Kilogramm. Zwei Elektromotoren betreiben die 35 Meter langen Antriebswellen. Dabei entscheidet das Design der Propeller maßgeblich, wie viel Energie benötigt wird, um das Schiff zu bewegen. Mit dem Einsatz von strömungsoptimierten Propellern und Rudern ist es Aida Cruises gelungen, den Treibstoffverbrauch weiter zu senken. Auch bei Wartsila, dem bekannten Anbieter von Antriebslösungen für die Schifffahrtsindustrie, steht das Entwicklungsrad nicht still. Die Finnen haben den ersten RT-flex50-D-Motor mit Turbolader auf der Antriebsseite erfolgreich getestet. Damit verfügt das Unternehmen über einen weiteren Zweitaktmotor, der sich für kleinere Schiffstypen eignet. Der Motor läuft als gedrosselte Version mit reduzierter Leistung und Drehzahl. Er zeichnet sich durch einen stark reduzierten Brennstoffverbrauch aus. Dadurch werden auch niedrigere Emissionswerte erreicht, was einen rauchfreien Betrieb speziell im Niedriglastbereich einschließt.

Autor: Franz Graf, Chefredaktion