Containerschiff Emma Maersk: Mit 110.000 PS über die Ozeane

Bei der Emma-Mærsk-Klasse handelt es sich um eine Serie von acht baugleichen Containerschiffen, die von der dänischen Reederei Mærsk auf der Werft Odense Staalskibsværft gebaut wurden. Von 2006 bis zur Indienststellung der CMA CGM Marco Polo im November 2012 waren sie die größten Schiffe ihrer Art. Die Emma Mærsk als Namensgeber der Klasse gilt als erstes Ultra Large Container Ship.

Lange Zeit lag die Obergrenze der Abmessungen von Containerschiffen bei 275 Meter Länge und knapp 32 Meter Breite, damit sie den Panamakanal durchfahren konnten. Seit 2006  gibt es die Frachtschiffe der sogenannten Triple-E-Klasse : 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.

Heute (2023) zählen die Megaschiffe der Triple-E-Klasse als die größten Frachtschiffe der Welt.

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.

Die im August 2006 getaufte Emma Maersk, gebaut von der dänischen Reederei Maersk, war bis 2012 das 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. Er wiegt 2.300 Tonnen. 14 Zylinder produzieren 110.000 PS. Sie treiben die längste Propellerwelle und diese wiederum die größte Schiffsschraube der Welt an. Die 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 groß 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 Prozent Treibstoffsparen.

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. „Nur Technologieführer mit Systemkompetenz sind in der Lage, die Emissionswerte über den gesamten Lebenszyklus des Motors hinweg zu optimieren.“ Das weiß auch der Spezialschiff-Betreiber Swire Pacific Offshore Operations (SPO) zu schätzen, der an MAN Diesel & Turbo jüngst einen Auftrag über die Lieferung von insgesamt 16 Viertaktmotoren samt zugehöriger Getriebe und Verstellpropeller vergeben hat. Die vier Spezialschiffe wurden bei ST Marine in Singapur gebaut und Mitte 2014 fertig gestellt.

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. Als sie 2013 in Kraft getreten sei, sollten sie eine schrittweise Verbesserung der Schiffseffizienz und eine konsequente Reduktion der CO₂-Emissionen bringen.

Der IMO-Generalsekretär hob 2012 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 damals auch die Bedeutung des technischen Fortschritts bei unterschiedlichen Komponenten hervor. „Obwohl wir alle auf einen 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 Fokus stehen – neben der Verringerung der Geschwindigkeit, die sich als wichtigste Einzelmaßnahme in Sachen Energieeffizienz erwiesen hat.“

Fest steht: Die Verschärfung der Umweltvorschriften durch die IMO führt 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.

Das ultimative Öko-Schiff stehe noch aus, betont Antonini. In Zukunft könnten Brennstoffzellen die großen Ozeanriesen antreiben. Bei Kreuzfahrtschiffen war 2012 bereits vieles auf den Weg gebracht, wie etwa Müllentsorgung, Brauchwasserreinigung und vieles andere, aber die Einhaltung von ökologischen Standards und Energieeffizienz bedeute noch größere Herausforderungen. Corrado Antonini sah damals andere Alternativen zu der heute üblichen Antriebstechnologie. Es gebe im Wesentlichen drei zukunftsfähige Optionen zur Einhaltung der Vorschriften: der Betrieb mit schwefelarmem 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“. Kreuzfahrtschiffe der Helios-Klasse wie die Aida Nova nutzen das heute und haben den blauen Engel dafür verliehen bekommen.

Die sogenannten ECA-Zonen (Emission Controlled Areas), in denen strenge Grenzwerte für SO_x-, NO_x- und Ruspartikel-Emissionen gelten, wurden global ausgedehnt.

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.

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

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 einzigen 1.000 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 1.000 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 können.“

Auf welche Weise und mit welchem Ergebnis moderne Antriebstechnologie Energie sparen kann, wurde 2012 im Rahmen einer feierlichen Zeremonie bekannt gegeben, bei der das Kreuzfahrtunternehmen Aida Cruises Anfang Mai im Hafen von Emden sein damals neuestes Schiff übernommen hat. Mit der von der Meyer Werft gebauten Aidamar ging eines der modernsten und umweltfreundlichsten Kreuzfahrtschiffe auf Fahrt. So wurde die Abwärme des Bordantriebs für den Betrieb der Klimaanlage und Wasseraufbereitung genutzt. Das Heat-Recovery-System, so heißt es, war damals einzigartig auf der Welt und zum ersten Mal auf Aidamar im Einsatz. Das Schiff erreichte damit eine Einsparung von einer Tonne Treibstoff am Tag.

Eine Besonderheit waren 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 damals gelungen, den Treibstoffverbrauch weiter zu senken.

Heute (2023) sind die Schiffe der Helios-Klassedie modernsten Kreuzfahrtschiffe. Schiffe wie die Aida Nova ist eines aus einer Serie von neun Kreuzfahrtschiffen, die von der US-amerikanischen Kreuzfahrtreederei Carnival Corporation & plc für AIDA Cruises und Costa Crociere bei der Meyer Werft in Papenburg in Auftrag gegeben wurde.

Die Ablieferung des ersten Schiffes, der AIDA Nova, erfolgte 2018. Die Schiffe der Klasse haben eine Länge von 337 Metern und eine Breite von 42 Metern. Sie sind mit rund 183.800 BRZ vermessen und verfügen über 20 Decks.

Die Schiffe der Klasse können sowohl mit Flüssigerdgas (LNG) als auch mit herkömmlichem Diesel betrieben werden. Im Gegensatz zu den zuvor gebauten Schiffen der Hyperion-Klasse, die von AIDA Cruises betrieben werden, verfügen die Schiffe der Helios-Klasse über Flüssigerdgastanks und können somit auch auf dem Wasser mit Flüssigerdgas betrieben werden. Im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Dual-Fuel-Motoren können die Caterpillar-Generatoren des Typs 16VM46DF direkt mit LNG gestartet werden. Dadurch werden die Partikelemissionen und der Ausstoß von Stickoxiden bereits im Hafen deutlich reduziert.

Die AIDA Nova wurde im August 2019 als erstes Kreuzfahrtschiff mit dem Blauen Engel für umweltfreundliches Schiffsdesign ausgezeichnet. Im NABU-Kreuzfahrtranking 2019 belegen die AIDA Nova und die Costa Smeralda gemeinsam den ersten Platz, wobei der NABU auch deutliche Kritik an der Klimabilanz dieser Schiffe übt.

Für den Notfall ist die neue Schiffsklasse mit zwei Caterpillar 3516C-HD Notstromdieseln mit einer Leistung von je 2095 kW bei 1800 U/min ausgestattet, die jeweils alleine die Notfunktionen des Schiffes aufrechterhalten können.

In Zukunft sollen auf der AIDA Nova Brennstoffzellen zu Testzwecken eingesetzt werden.