Der Übergang der Schifffahrtsbranche zur Atomkraft und schnellere Lieferungen

Der Gütertransport mit Frachtschiffen und insbesondere Containerschiffen ist das Rückgrat der heutigen Volkswirtschaften, mit ihnen werden etwa 90 % der Nicht-Massengüter transportiert. Hinzu kommt die große Zahl an Öltankern und LNG-Tankern. Leider sind sie durch den Einsatz von Dieselmotoren neben 18 – 30 % Stickoxiden und 9 % Schwefeloxiden auch für etwa 3,5 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich.

Obwohl durch die Umstellung auf schwefelarmen Diesel (ULSD) und die Einführung von Geschwindigkeitsbegrenzungen einige dieser Schadstoffe reduziert wurden, sieht sich die Schifffahrtsindustrie mit der Notwendigkeit einer Dekarbonisierung konfrontiert, um den Verpflichtungen des Pariser Abkommens nachzukommen. Dies bedeutet im Wesentlichen, einen Weg zu finden, von Dieselmotoren auf eine Alternative umzusteigen, die vergleichbare oder günstigere Kraftstoffkosten hat, keine oder fast keine Schadstoffe produziert und sich nicht negativ auf die Logistik auswirkt.

Da es sich um eine hart umkämpfte und hart umkämpfte Branche handelt, scheint dies die Reedereien mit dem Rücken zur Wand zu zwingen. Dabei gibt es zufällig bereits eine bewährte Technologie, die in bestehende Frachtschiffe nachgerüstet werden kann.

Da es sich bei den meisten Gütern nicht um verderbliche Güter handelt, bestand der Hauptmotivationsfaktor für die Investitionen der Schifffahrtsindustrie darin, mehr Güter mit einem einzigen Schiff zu befördern. In den letzten Jahrzehnten der Segelfrachtschiffe (Segelschiffe mit Eisenhülle), die bis ins frühe 20. Jahrhundert andauerten, gelang es ihnen, mit den damaligen Dampfschiffen zu konkurrieren, vor allem aufgrund ihres günstigeren Betriebs. Der größte bis heute erhaltene sogenannte Windjammer (Moshulu) wurde 1903 in Schottland gebaut.

Da Dampfmaschinen in den 1960er Jahren sowohl in der Schifffahrts- als auch in der Eisenbahnindustrie gegenüber Dieselmotoren schnell an Bedeutung verloren, wurden Dieselmotoren zu den Arbeitspferden der modernen Welt und trieben alles an, von Lastkraftwagen über Züge bis hin zu den größten Containerschiffen. Etwa zur gleichen Zeit führten die enormen Fortschritte in unserem Verständnis der atomaren Welt zu einer Reihe von Experimenten mit der Verwendung eines Kernspaltungsreaktors als direktem Ersatz für die Dampfkessel von gestern.

Eines der berühmtesten frühen Frachtschiffe mit Atomantrieb war die NS Savannah, die 1959 vom Stapel lief. Als Demonstrationsschiff mit gemischter Passagier-/Frachtnutzung sollte sie jedoch nicht profitabel sein. Da die weitaus unkomplizierteren Vorschriften für Dieselmotoren und die niedrigen Preise für Dieselkraftstoff Vorrang vor anderen Überlegungen haben, würde sich die Schifffahrtsindustrie gemeinsam für diese Antriebsmethode entscheiden.

Zu diesem Zeitpunkt ist das russische Containerschiff Sevmorput (gestartet 1986) das einzige aktive Frachtschiff mit Atomantrieb weltweit. Derzeit wird es zusammen mit der russischen Flotte nuklearbetriebener Eisbrecher für Versorgungsfahrten zu russischen Forschungsstationen in der Antarktis eingesetzt.

Die neuen Eisbrecher des Projekts 22220 verfügen über einen RITM-200 SMR (kleiner modularer Reaktor) mit einem 7-jährigen Betankungszyklus, ähnlich dem mehrjährigen Brennstoffzyklus des Sevmorput. In diesem Umfeld ist der Wegfall von Betankungsüberlegungen hilfreich und ermöglicht eine größere Frachtkapazität und eine vereinfachte Logistik.

Wie bereits erwähnt, sind Reedereien nicht an Risiken interessiert, wenn sie diese vermeiden können. Angesichts der drohenden Frist zur Mitte des Jahrhunderts, um die Emissionen nahezu auf Null zu bringen, besteht die Bereitschaft, in Veränderungen zu investieren, aber nur in begrenztem Umfang. Hier haben radikale Vorschläge – wie in diesem IEEE Spectrum-Artikel aus dem Jahr 2018 über die Umstellung auf Wasserstoff und Brennstoffzellen – große Schwierigkeiten, sich zu verkaufen.

In diesem Artikel wird darauf hingewiesen, dass ein umgebautes Frachtschiff, gefüllt mit Brennstoffzellen, Batterien und Wasserstoffspeichertanks, theoretisch über genügend elektrische Energie verfügen könnte, um eine Fahrt zum nächsten Hafen zu überstehen. Dies weist auf eine Reihe von Nachteilen hin, darunter die Möglichkeit eines Wasserstofflecks, das zu einem gestrandeten Frachtschiff führt, die Notwendigkeit, an jedem Hafen hochkomprimierten Wasserstoff aufzutanken, und den großen Platzbedarf des (dickwandigen) komprimierten Wasserstoffs Panzer. Es handelt sich außerdem nicht um ein System, das mit turboelektrischen Getrieben kompatibel ist und eine umfassende Nachrüstung bestehender Frachtschiffe erfordern würde.

Ein letzter Nagel im Sarg ist der Mangel an Betankungsinfrastruktur in Häfen auf der ganzen Welt und die Tatsache, dass derzeit praktisch der gesamte Wasserstoff aus fossilem Methan („Erdgas“), Dampfreformierung und ähnlichen Quellen hergestellt wird. Im Wesentlichen wäre dieser Übergang einer von vielen Unbekannten, hohen Risiken, teuren weltweiten Investitionen und ungewissen Gewinnen für den Fall, dass er wie erhofft klappt.

Obwohl sich die Schifffahrtsindustrie bei ihren Frachtschiffen größtenteils für den Einsatz von billigem Bunkertreibstoff entschieden hat, ist der Einsatz von Atomantrieben seit den 1950er Jahren zu einem festen Bestandteil der leistungsstärksten Streitkräfte der Welt geworden. Ein Diesel-U-Boot ist zwar nützlich, kann aber nicht tagelang unter Wasser bleiben und muss wöchentlich statt alle paar Jahrzehnte aufgetankt werden. In ähnlicher Weise erfordern Flugzeugträger im CATOBAR-Stil sowohl die Leistung als auch den Verzicht auf Auftanken, was andernfalls zu einem Konflikt ziemlich peinlich werden könnte, wenn dem wertvollen Flugzeugträger der Treibstoff ausgeht.

Bei einer Übernahme in den Kontext eines Frachtschiffs und unter der Annahme, dass Meeresreaktoren, wie sie in Russlands RITM-SMRs verwendet werden, mit 20 % schwach angereichertem Uran-235 ausgestattet sind (im Vergleich zu >90 % bei einigen US-Marinereaktoren), wäre die Logistik des Auftankens auf a beschränkt Ungefähr alle sieben Jahre gab es einen einzigen Tankstopp, bei dem der Kraftstoff ausgetauscht wurde. Würde man einen Salzschmelze- oder Kieselbettreaktor verwenden, könnte die Betankung flexibler und mit weniger Zeitaufwand für den Prozess erfolgen.

Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von Kernantrieben besteht darin, dass aufgrund der sehr hohen Leistungsdichte des Brennstoffs keine Brennstofftanks erforderlich sind. Stattdessen könnte der Reaktor zusammen mit einer Dampfturbine den gebäudegroßen Dieselmotor in Containerschiffen ersetzen, wie dem Wärtsilä RT-flex96C mit einer Höhe von 13,5 Metern und einer Länge von 26,5 Metern. Die nukleare Nachrüstung würde somit Motor und Treibstoff im gleichen Raum wie ursprünglich der Motorblock vereinen und so eine größere Frachtkapazität ermöglichen.

Da Schiffsreaktoren seit den 1950er-Jahren von verschiedenen Nationen in unterschiedlichen Szenarien eingesetzt werden, sind sowohl die Risiken als auch die Vorteile bekannt, sodass sie ebenso bekannt sind wie die Dieselmotoren, die sie ersetzen sollen.

In den letzten Jahren hat der Einsatz nuklearer Antriebe in der Schifffahrtsindustrie neue Stimmen gefunden. Wie von Fachleuten in der Branche festgestellt, ist die fehlende Gesetzgebung der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO) in diesem Bereich ein großes Hindernis, die Nuklearantriebe derzeit hauptsächlich im Zusammenhang mit Militärschiffen betrachtet. Dies könnte sich jedoch schnell ändern, wie Andreas Sohmen-Pao, Vorstandsvorsitzender der Reederei BW Group, feststellte. Ihm zufolge liegen die Vorteile des Atomantriebs auf der Hand, wobei die niedrigen Betriebskosten am deutlichsten hervorstechen.

Anstatt sich mit den wiederkehrenden Kosten für das Auftanken auseinandersetzen zu müssen, wäre ein Frachtschiff mit Atomantrieb nach der Vorabinvestition praktisch kostenlos. Da weder Schadstoffemissionen noch Treibstoffkosten berücksichtigt werden müssen, könnten Frachtschiffe dadurch schneller fahren, was in einigen Fällen eine Geschwindigkeitssteigerung von 50 % ermöglichen würde. Oder einfacher ausgedrückt: Geht man von einer üblichen dreiwöchigen Transportzeit für ein Containerschiff von China in die USA aus, würde eine Geschwindigkeitssteigerung um 50 % diese Zeit um eine ganze Woche verkürzen.

Abgesehen von wirtschaftlichen Aspekten bleibt die Tatsache bestehen, dass die Schifffahrtsindustrie ihren CO2-Fußabdruck schnell reduzieren muss. Da es sich um eine risikoaverse Branche handelt, müssten alle Änderungen schrittweise und gut geplant erfolgen, wobei Übergangslösungen gegenüber revolutionären Überraschungen wahrscheinlich willkommen sind. Hier könnte eine solide und bewährte Technologie wie der Kernantrieb genau das bieten, was benötigt wird. Diese Tatsachen wurden von der britischen Schifffahrtsklassifizierungsgesellschaft Lloyd's Register anerkannt, als sie ihre Regeln nach Rückmeldungen ihrer Mitglieder neu formulierte. Lloyd's hat erklärt, dass man erwarte, „Atomschiffe früher auf bestimmten Handelsrouten zu sehen, als viele Menschen derzeit erwarten“.

Je nachdem, wie sich die Dinge entwickeln, könnten wir eine Schifffahrtsindustrie erleben, die nicht nur die Dekarbonisierung in Rekordzeit schafft, sondern auch die Schifffahrtsrouten schneller und zuverlässiger macht als zuvor. Da Frachtschiffe so schnell fahren können, wie das Wetter und der örtliche Verkehr es zulassen, könnte die Bestellung eines Widgets vom anderen Ende der Welt erheblich weniger Zeit in Anspruch nehmen, und das alles ohne die Schuld an den Umweltauswirkungen, die die Schifffahrt heute hat.

Dann gibt es noch die andere Art der „Schifffahrt“ in Form von Kreuzfahrtschiffen, die ebenfalls alles andere als sauber sind, insbesondere wenn sie in Häfen liegen. Eine Kreuzfahrt mag etwas weniger dekadent wirken, wenn die Schiffe beim Vorbeidampfen an idyllischen Inseln keine schwarzen Dieselabgase mehr ausstoßen.

Hier ist das Zeitalter des Atoms, um das Zeitalter des Diesels abzuschließen.