Global Sulphur Cap 2020 - mögliche Umweltauswirkungen durch den Einsatz von Schiffsabgasreinigungssysteme? - Stefan Schmolke und Magnus Kaste - BSH

Global Sulphur Cap 2020 – mögliche
Umweltauswirkungen durch den Einsatz von
Schiffsabgasreinigungssysteme?

               Stefan Schmolke und Magnus Kaste

            Global Sulphur Cap 2020, Scrubber, 12.06.2018

Agenda

 Global Sulphur Cap
 Umsetzungsmöglichkeiten
 Schiffsabgasreinigungssysteme, eine
  technische Alternative?

 Charakterisierung des Waschwassers
 Zusammenfassung & Ausblick

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Reduzierung der Schwefeldioxid Emission
 aus dem Seeverkehr

Herabsetzung der Schwefelgrenzwerte im Schiffstreibstoff

In SECA (z.B. Nord und Ostsee) ab:
01.01.2010 = 1,0 % Schwefel
01.01.2015 = 0,1 % Schwefel

Weltweit ab:
01.01.2012 = 3,5 % Schwefel                                        Quelle: http://www.egcsa.com/resources/technical_gallery/

01.01.2020 = 0,5 % Schwefel
                                                   PKW Diesel = 0,001 % Schwefel

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Möglichkeiten zur Umsetzung

 Marines Diesel (MGO/MDO)

 Flüssiggas (LNG)

 Schwefelreduzierte Schweröle

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 Schweröl (HFO)
  Abgasreinigungssystem notwendig

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Abgasreinigungssysteme

 Exhaust Gas Cleaning Systems (EGCS)
  oder „Scrubber“

 Wirkungsprinzip:
Auswaschen von Schwefeloxiden aus dem
Abgasstrom mit Wasser

SOX (Abgas)  SO42- (aq.)  H2SO4 (aq.)

 Mögliche Systeme
Offenes System                  (Open Loop)
Geschlossenes System            (Closed Loop)                        Quelle: http://www.egcsa.com/resources/technical_gallery/

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EGCS Open Loop

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                                                                                                Hohe Waschwassermengen
                                                                                                 60- 140 m3 / MWh
                                                                                                direkt Einleitung ins Meer
                                                                                                Waschwasseraufbereitung
                                                                                                 möglich

Quelle: http://www.egcsa.com/resources/technical_gallery/

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EGCS Closed Loop

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                                                                                                    Geringe Abwassermengen
                                                                                                    Technisch komplexer
                                                                                                    Waschwasseraufbereitung
                                                                                                     notwendig

Quelle: http://www.egcsa.com/resources/technical_gallery/

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Einfluss auf die Umwelt

 Der Einsatz von EGCS verringert atmosphärische Emissionen von z.B.
  SOx, Partikeln und verschiedenen Substanzen

 dabei werden ein Großteil der löslichen und partikelgebundenen
  Substanzen ausgewaschen:
      Open Loop: kontinuierliche Einleitung ins Meerwasser
      Close Loop: Behandlung und Abscheidung von Schwebstoffen und
       diskontinuierliche Einleitung des Bleed-off Wassers

 Schiffe als neue Quelle für direkte Emission aus
  Abgasverbrennungsprodukten in den marinen Wasserkörper.

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Regulierung der Waschwassergrenzwerte

 Rechtliches:
§13 Abs. 7 SeeUmwVerhV verweist auf MEPC.184(59)

 Grenzwerte:
pH Wert = nicht kleiner als pH 6 im Abstand von 4 Metern
           am Auslass

Trübung =   nicht mehr als eine Erhöhung von 25 NTU im
            Vergleich zum Zulauf

PAKs =      nicht mehr als eine Erhöhung von 50 µg L-1 bei
            einer Waschwassermenge von 45 t MWh-1

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Überwachung der Waschwassergrenzwerte

 Grenzwerte müssen vom
  Schiff selbst überwacht und
  Ergebnisse müssen
  aufgezeichnet werden.

 Nutzung von On-board in-
  situ Messsystemen für pH,
  Trübung und PAK.

                                                           Quelle: http://www.egcsa.com/resources/technical_gallery/

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Vergleichsmessungen zum On-Board in-situ System

 Teilweise starke Abweichungen zwischen den On-Board Messwerte des Schiffs und vom BSH
 Schiffssysteme lieferten teilweise nicht plausible Werte (negativ Werte, höhere Werte im Zulauf)
 Mögliche Probleme: z.B. komplexe Probenmatrix, Qualitätssicherung und Wartung

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Schwierigkeiten der Probenahme

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           Keine Anforderung an standardisierte
           Probenentnahmestellen.

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Chemische Charakterisierung

 Zur Abschätzung und der Bewertung des
  Waschwasser wurden u.a. folgende Parameter
  im Labor Sülldorf untersucht:

   Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)
   Kohlenwasserstoff Index (Öl Index)
   Metalle (z.B. Kupfer, Zink)                                        CL Probe vor Behandlung Foto F. Jung

   Nährstoffe (z.B. Nitrat & Nitrit)
   Schwebstoff
   Alkalinität

Open Loop (OL) und Closed Loop (CL) Proben wurden
analysiert                                                             CL Probe nach Behandlung Foto F. Jung

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Öl Index, Schwebstoffgehalt, Alkalinität

     MARPOL: 15 mg L-1

 Deutlich erhöhte Öl Konzentration im CL, aber unterhalb des MARPOL Grenzwert für
  Bilgenwasser (15 mg L-1)
 Starke Anreicherung von Partikeln (z.B. Ruß) im CL
 Das CL und OL Wasser verliert seine Pufferkapazität (Alkalinität)

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Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe

          MEPC 259(68) : 50 µg L-1

   PAKs unterhalb des MEPC Wertes von 50 µg L-1, aber deutlich über dem Hintergrund
   PNEC Werte (z.B. NAPH 2 µg L-1, PHEN 1.3 µg L-1, BAP 0.00017 µg L-1) werden im CL überschritten
   Leichtflüchtige PAKs (Naphthalin) und Phenanthren zeigen höchste Konzentrationen
   Zunahme schwerflüchtiger PAKs im CL  höhere Partikelfracht

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Nitrit und Nitrat

 Nitrit und Nitrat im CL bis zu 100 – 200x höher als im OL
 OL Ablauf Konzentrationen gegenüber dem Meerwasser nur minimal erhöht
 Nitrit und Nitrat unterliegen starken saisonalen Schwankungen

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Metalle (gelöst)

   Starke Anreicherung von Vanadium, Nickel und Zink
   Klassische Schwermetalle werden wenig (Cd 2x-6x) oder nicht (Pb) angereichert
   Zulauf: Ni, Cu und Zn könnten von Hähnen, Antifouling oder Korrosionsschutz beeinflusst sein
   Pb und Cd im OL und CL unterhalb von PNEC Werten (Pb 1.3 µg L-1 und 0.2 µg L-1)

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Zusammenfassung & Ausblick
 Vergleichsmessungen der On-Board Parameter zeigen die
  Notwendigkeit einer Qualitätssicherung
 Waschwasser ist mit Schadstoffen belastet
 Belastung des CL Waschwassers ist deutlich erhöht, wird aber
  gegenüber OL-Systemen in deutlich geringeren Mengen eingeleitet
 Der zunehmende Einsatz von EGCS Systemen reduziert die
  Schadstoffbelastung der Luft, führt aber zu einer zusätzlichen
  Belastung des marinen Wasserkörpers

Ausblick & weiterer Forschungsbedarf:
 Untersuchung weiterer relevanter Stoffgruppen (z.B. Dioxine)
 Ökotoxikologische Bewertung
 Berechnung von Ausbreitungsszenarien im Wasserkörper

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Ausblick - Ausbreitungsszenarien

Berechnung des Waschwasser-
eintrages in Nord- und Ostsee

Szenario 1: Ist-Zustand
Alle derzeitigen Schiffe mit EGCS

(Szenario 2: 2020
Aktuelle Marktprognosen)

Szenario 3: Maximaler Eintrag
Alle Schiffe für die es ökonomisch
und technisch möglich ist.

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Danksagung

Wir danken:
 dem Umweltbundesamt für die Finanzierung
  des F&E Vorhaben (FKZ 3716 51 101 0)

 den Reedereien für die gute
  Zusammenarbeit.

 und allen KollegInnen die zum Projekt beigetragen haben:
  Carolin Abromeit, Berit Brockmeyer, Katja Broeg, Fabian
  Jung, Torben Kirchgeorg, Uta Kraus, Silvia Maßmann,
  Marcel Ruhnau, Thomas Schöngaßner und den KollegInnen
  aus dem Labor Sülldorf.
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Vielen Dank!

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