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In einer kürzlich veröffentlichten Studie der Technischen Universität Chalmers, Schweden, untersuchten die Forscher anhand von vier verschiedenen Arten von Hafenumgebungen die Menge an Schadstoffen, die aus fünf verschiedenen Quellen emittiert wurden. 

Sie fanden heraus, dass die kombinierten Emissionen von Metallen und umweltschädlichen Stoffen die Meeresumwelt gefährden. Neunzig Prozent der schädlichen Emissionen stammten von Schiffen, die mit Scrubbern ausgestattet waren, deren Aufgabe es ist, ihre Abgase zu reinigen.

Laut einer neuen Studie der Technischen Universität Chalmers in Schweden gefährden die kombinierten Emissionen von Metallen und anderen umweltgefährdenden Stoffen von Schiffen die Meeresumwelt. Als die Forscher die Schadstoffbelastung dieser Emissionen in die Meeresumwelt in vier Häfen berechneten, stellten sie fest, dass das Wasser aus den Schiffswäschern, deren Aufgabe es ist, ihre Abgase zu reinigen, mehr als 90 Prozent der Schadstoffe ausmacht.

„Die Ergebnisse sprechen für sich. Eine strengere Regulierung des Abflusswassers aus Wäschern ist von entscheidender Bedeutung, um die Verschlechterung der Meeresumwelt zu verringern“, sagt Anna Lunde Hermansson, Doktorandin am Department of Mechanics and Maritime Sciences in Chalmers.

Traditionell basieren Umweltrisikobewertungen (ERA) von Emissionen aus der Schifffahrt jeweils auf einer Quelle. Die ERA könnte sich beispielsweise mit dem Risiko von Kupfer in Antifouling-Farben befassen. Aber wie in allen Branchen ist auch die Schifffahrt eine Tätigkeit, bei der es mehrere Emissionsquellen gibt.

„Ein einzelnes Schiff ist für viele verschiedene Arten von Emissionen verantwortlich. Dazu gehören Grauwasser und Schwarzwasser, also Abflüsse aus Duschen, Toiletten und Abflüssen, Antifouling-Farben und Abflusswasser aus Wäschern. Deshalb ist es wichtig, das kumulative Umweltrisiko in Häfen zu betrachten“, sagt Anna Lunde Hermansson, die zusammen mit den Kollegen Ida-Maja Hassellöv und Erik Ytreberg hinter der neuen Studie steht, die die Emissionen der Schifffahrt aus einer kumulativen Perspektive betrachtet.

Unter einem Scrubber versteht man ein Reinigungssystem für die Abgase, die bei der Verbrennung von Schweröl entstehen, dem seit den 1970er Jahren am häufigsten in Schiffen eingesetzten Treibstoff. Meerwasser wird hochgepumpt und über die Abgase gesprüht, um zu verhindern, dass Schwefelemissionen aus der Luft in die Luft gelangen.
Mit Scrubbern können Schiffe die von der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO) im Jahr 2020 eingeführten Anforderungen erfüllen.

Das einzige Problem besteht darin, dass das Wasser nicht nur den Schwefel aus den Abgasen aufnimmt, was zu einer Versauerung des Scrubber-Wassers führt, sondern auch andere Schadstoffe wie Schwermetalle und giftige organische Verbindungen. Das kontaminierte Wäscherwasser wird dann oft direkt ins Meer gepumpt. 

Hunderte Kubikmeter verunreinigtes Wasser pro Stunde

„Es gibt keinen Reinigungsschritt dazwischen – so können stündlich bis zu mehrere hundert Kubikmeter stark verunreinigtes Wasser von einem einzigen Schiff abgepumpt werden.“ Obwohl neue Richtlinien für ERAs für Scrubber-Einleitungen in Arbeit sind, bewerten die ERAs immer noch jeweils nur eine Emissionsquelle, was bedeutet, dass die Gesamtbewertung des Umweltrisikos unzureichend ist“, sagt Lunde Hermansson. 

In dieser neuen Studie untersuchten die Forscher von Chalmers vier verschiedene Arten von Hafenumgebungen, um Schadstoffkonzentrationen aus fünf verschiedenen Quellen zu bestimmen.

 Für zwei der Häfen wurden tatsächliche Daten aus Kopenhagen und Gdynia verwendet. Sie wurden aufgrund des hohen Schiffsverkehrsaufkommens und der Tatsache, dass ein erheblicher Anteil dieser Schiffe über Scrubber verfügt, ausgewählt.

Die Ergebnisse zeigten, dass die kumulativen Risikoniveaus in den Häfen fünf bzw. dreizehn Mal höher waren als der Grenzwert, der ein akzeptables Risiko definiert. 
Für die anderen beiden Portumgebungen wurden international in ERAs verwendete Portbeschreibungen verwendet. 

Eine dieser Umgebungen weist typische Merkmale eines Ostseehafens auf, während die andere einen europäischen Hafen mit effizientem Wasseraustausch aufgrund eines großen Tidenhubs darstellt.

Die Forscher stellten fest, dass drei der vier Hafenumgebungen gemäß dem verwendeten Bewertungsmodell inakzeptablen Risiken ausgesetzt waren. Sie stellten außerdem fest, dass es die Emissionen aus Antifouling-Farben und Abwässern aus Wäschern waren, die den höchsten Gehalt an gefährlichen Stoffen in der Meeresumwelt ausmachten und den größten Beitrag zum Risiko leisteten. Mehr als 90 Prozent der umweltgefährdenden Metalle und PAKs (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe) stammten aus dem Abwasser der Wäscher, während Antifouling-Farben die größte Belastung mit Kupfer und Zink ausmachten. 

Die Gesamtlast verursacht den Schaden

„Wenn man nur eine Emissionsquelle betrachtet, kann das Risiko für Umweltschäden gering oder akzeptabel sein. Wenn man jedoch mehrere einzelne Emissionsquellen kombiniert, entsteht ein inakzeptables Risiko. Den Meeresorganismen, die Schadstoffen und Toxinen ausgesetzt sind, ist es egal, woher die Schadstoffe kommen, es ist die Gesamtbelastung, die den Schaden verursacht“, sagt Lunde Hermansson.

Die einzige Hafenumgebung, die im ERA der Forscher ein akzeptables Risiko aufwies, war das Modell mit dem höchsten Wasseraustausch pro Gezeitenperiode, was bedeutet, dass im Hafen beim Ein- und Ausströmen der Flut ein großes Wasservolumen ausgetauscht wird. 

„Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass das kontaminierte Wasser nicht einfach verschwindet, sondern an einen anderen Ort transportiert wird. In den untersuchten Hafenumgebungen besteht möglicherweise eine Art Akzeptanz von Umweltschäden – dass wir in dieser speziellen Umgebung beschlossen haben, dass wir eine Industrie haben werden und dass dies zu Umweltverschmutzung führen wird. Wenn das kontaminierte Wasser jedoch ins Meer gespült wird, kann es in unberührte Meeresgebiete gelangen und noch größere Folgen haben. 

Damit beschäftigen wir uns in unserer Forschung. Wir schauen uns die Gesamtbelastung an, also wie viel tatsächlich in die Umwelt abgegeben wird“, sagt Lunde Hermansson. 
Der Einsatz von Gaswäschern auf einem Schiff ist nicht zwingend erforderlich. Sie werden als Alternative zur Umstellung auf sauberere und teurere Kraftstoffe installiert und verwendet, die weniger Metalle und PAK ausstoßen. 

Scrubber ermöglichen es Schiffen, weiterhin das viel billigere und umweltschädlichere Schweröl zu verwenden. Schweröl ist ein Rückstandsprodukt bei der Destillation von Rohöl und wird heute nur noch im Seeverkehr verwendet.

Wirtschaftlich zu installierende Wäscher

Seit Mitte der 2010er Jahre ist die Zahl der Schiffe mit installierten Scrubbern gestiegen. In einer Studie aus dem Jahr 2018 wurde festgestellt, dass in der Ostsee 178 Schiffe mit Scrubbern im Einsatz waren. Heute schätzen die Forscher, dass es dreimal so viele sind. Weltweit gibt es etwa 5.000 solcher Schiffe, was etwa fünf Prozent der Gesamtflotte entspricht.

„Aber es sind die großen Schiffe mit hohem Treibstoffverbrauch, die Scrubber einbauen, weil es für sie wirtschaftlicher ist. Wir gehen daher davon aus, dass sie etwa 30 Prozent des gesamten Treibstoffverbrauchs in der Schifffahrt ausmachen würden“, sagt Lunde Hermansson.

Sie weist darauf hin, dass die Verwendung von schwerem Heizöl als Schiffstreibstoff auch im Widerspruch zu den Verpflichtungen steht, die die IMO eingegangen ist, wie beispielsweise die Reduzierung der Treibhausgasemissionen der Schifffahrt um 50 Prozent bis 2050. Die schwedische Agentur für Meer und Wasser Das Management und das Zentralamt für Transportwesen haben der schwedischen Regierung einen Vorschlag unterbreitet, die Einleitung von Wäscherwasser in Binnengewässer, also Gewässer innerhalb des schwedischen Archipels, zu verbieten.

Wie die Risikobewertung in den vier Häfen durchgeführt wurde

Die Arbeiten zur Bewertung des Umweltrisikos in den Häfen wurden nach einem Bottom-up-Ansatz durchgeführt.

Im Schritt 1wurden die Belastungen aus verschiedenen Emissionsquellen der Schifffahrt berechnet. Die Mengen wurden mit STEAM geschätzt, einem Modell zur Bewertung der Emissionen aus dem Schiffsverkehr. Die Volumina wurden mit spezifischen Konzentrationen der Stoffe innerhalb jeder Emissionsquelle kombiniert, um die Belastung der verschiedenen Stoffe zu berechnen. 

In Schritt 2 wurde die tägliche Belastung verwendet, um mithilfe des MAMPEC-Modells die resultierenden Konzentrationen in der Umwelt, PEC oder vorhergesagte Umweltkonzentration genannt, abzuschätzen. Das Modell berechnet den PEC für eine definierte Umgebung (in diesem Fall einen Hafen) unter Verwendung der Eigenschaften der Substanzen (in diesem Fall von 9 Metallen und 16 polyzyklischen Kohlenwasserstoffen) und der täglichen Belastung der Substanzen (aus Schritt 1). MAMPEC berechnet den PEC für jeweils eine Substanz bei konstanter Belastung.

In Schritt 3 wurden die Ergebnisse dann kombiniert, um die gleichzeitige Einbeziehung weiterer Stoffe sowie Frachten aus unterschiedlichen Emissionsquellen zu ermöglichen. Zur Berechnung des Umweltrisikos wird der PEC mit den Grenzwerten verglichen, die die Konzentration darstellen, die als sicher angesehen werden kann, d. h. bei der keine negativen Auswirkungen auf die Meeresumwelt festgestellt werden. Dies wird auch als PNEC (Predicted No Effect Concentration) bezeichnet. Ist der PEC höher als der PNEC, spricht man von einem inakzeptablen Risiko.

In Schritt 4 wurden die Risikocharakterisierungsverhältnisse (RCRs) mehrerer Stoffe addiert, sodass Sie das kumulative Risiko berechnen und eine umfassendere Umweltrisikobewertung innerhalb eines Gebiets erstellen können.

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