LNG-Transport in der Binnenschifffahrt: Motivation und Herausforderungen

LNG-Transport in der Binnenschifffahrt:
   Motivation und Herausforderungen
Workshop: Forschung und Entwicklung zur Verlagerung von Transporten auf die Binnenwasserstraßen 09.11.2011

                                                    Prof. Dr.-Ing. Bettar el Moctar

                                                   Universität Duisburg-Essen
                                        Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und
                                                       Transportsysteme

Inhalt

 •   Einleitung
 •   Bedeutung von Erdgas in der Energieversorgung
 •   Motivation
 •   Herausforderungen
 •   Zusammenfassung und Ausblick

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Einleitung: Binnenschifffahrt in Zahlen*

  • Anzahl der Frachtschiffe: ca. 2200
     (davon ca. 419 Tankschiffe )

  • Tragfähigkeit: ca. 2,8 Mio. Tonnen

  • Beschäftigte: ca. 7400

  • Umsatz: ca. 1,27 Milliarden Euro

  • Güterbeförderung: ca. 230 Mio. Tonnen

     * Quelle: Bundesverband der Deutschen Binnenschiffahrt BDB

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Einleitung: Binnenschifffahrt in Zahlen*

                                      Binnenschiff             Bahn         LKW
         Streckenlänge [km]               7.400                33.700     231.000
       Verkehrsaufkommen in                230                  356        1.245
               Mio. t
       Gefahrguttransporte in              49,6                 58,9    nicht verfüg.
             Mio. t p.a.
             Anteile an                  12,6 %                19,4 %      68,0 %
        Verkehrsaufkommen
     Unfallkosten in Cent/ 100             3,3                  6,0         42,9
                tkm
     Primärenergieverbrauch in             0,23                 0,43        0,92
          Megajoule/tkm

  * Quelle: Bundesverband der Deutschen Binnenschiffahrt BDB

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Einleitung: Liquefied Natural Gas (LNG)

    Quelle: J. Hoensbrosch, Studienarbeit, Univ. Duisburg-Essen

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Einleitung: Eigenschaften
  •   Bei einem Druck von 1 bar beträgt die Temperatur -162°C
  •   Dichte = 450 kg/m³
  •   Volumenbedarf: 1/600 (im Vergleich zu Erdgas)
  •   Flammpunkt: 55°C

                                   Quelle: J. Hoensbrosch, Studienarbeit, Univ. Duisburg-Essen

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Bedeutung: Gasreserven
 ca. 180 Billionen Kubikmeter
 Erdgasversorgung ist statistisch für 60 Jahre gesichert bzw.
 150 Jahre (unwirtschaftliche Erdgasfelder)
 Förderung weltweit ca. 3,2 Billionen m³/Jahr. Davon werden
 weniger als 10% als LNG per Seeschiff transportiert
                                                 Anteile an den weltweiten Reserven in % *
                                                         1987                  1997   2007
Naher Osten                                              29,2                  33,8   41,3
Europa und Eurasien                                      42,2                  41,7   33,5
Afrika                                                    6,9                  7,3    8,2
Asiatisch-pazifischer Raum                                7,9                  7,3    8,2
Nordamerika                                               9,5                  5,7    4,5
Mittel- und Südamerika                                    4,4                  4,2    4,4

     Quelle: British Petroleum (BP): Statistical Review of World Energy 2008

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Motivation (1/3): Bedarf im Binnenland

 • Erdgas im Vergleich zu Dieselöl
    •   bis 20% weniger CO2-Emissionen
    •   ca. 85% weniger Nox, 100% weniger Partikel
 • EU-Ziele: Treibhausgasemissionen für den gesamten
   Verkehrssektor bis 2050 um 60% reduzieren (1990) 
   Nachfrage für LNG als Treibstoff für mobile
   Anwendungen (Straßenfahrzeuge, Schiffe) im
   Binnenland wird voraussichtlich steigen
 • Nutzung von Erdgas als Kraftstoff in industriellen
   Anwendungen als LNG wirtschaftlich

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Motivation (2/3): Warum Binnenschiffe ?

  Wie kann LNG vom Seehafen ins Hinterland transportiert
    werden ?
  •   Pipeline (erfordert Rückvergasung)
  •   in geeigneten Tanks, Tankwagen und Tankcontainern
      •   Bahn, LKW und Binnenschiff kommen in Frage

  Wirtschaftlicher Transport von LNG erfordert:
      • Hohe Ladekapazität
      • Leistungsfähige Verkehrswege
      • Hohe Verkehrssicherheit
      => Binnenschiffe bieten Vorteile

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Motivation(3/3)

  • LNG-Transport mit Binnentankern stellt eine
    Alternative zu Pipeline dar (Aufweichen einer Quasi-
    Monopolstellung).
  • Verbesserung der Wettbewerbssituation und
    Erhöhung der Krisensicherheit:
    Nutzung anderer Herkunftsquellen als heute ,
    dominante Erdgaslieferanten
  • Kraftwerksstandorte ohne Pipeline-Anschluss können
    mit Erdgas versorgt werden.

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LNG-Transport mit Binnenschiffen: Stand der Technik

   •   Es wird zur Zeit in verschiedenen Ländern an der
       Entwicklung von LNG-Binnentankern gearbeitet.
   •   Es gibt bereits eine Reihe von kleinen LNG-Tankern (ca.
       70m lang, 640t LNG) für die Küstenfahrt: LNG-Transport
       von großen Häfen zu kleinen Seehäfen

                                        Quelle: www.vuykrotterdam.com

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LNG-Transport mit Binnenschiffen: Herausforderungen (1/2)
  Sicherheitsaspekte:
    • Binnenschiffe verkehren in dicht besiedelten Gebieten bei
      begrenztem Fahrwasser und höherer Verkehrsdichte.
    • Boil-Off-Gas
      • Das Verhältnis der Tankaußenfläche zu Tankvolumen ist groß,
        dadurch mehr Boil-Off-Gas (mehr als 0,1% pro Tag)
      • Häufig Zwischenhalte (vor Schleusen, unterschiedliche Fahrt-
        und Liegezeiten, dead ship condition) 
        Kontinuierlicher Bedarf an Gas ist nicht gegeben
      • Abblasen von Gas in kritischen Situationen kaum möglich
      • Drucktanks nehmen mehr Raum in Anspruch: Durch
        Begrenzung des Tiefgangs und der Höhe kann
        unwirtschaftlich werden

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LNG-Transport mit Binnenschiffen: Herausforderungen (2/2)
    • Es gibt bisher keine Vorschriften: Zulassung zur Zeit
      nur durch Sondergenehmigung möglich.
    • LNG Terminals sind räumlich kaum von Häfen oder
      Wasserstraßen der übrigen Schifffahrt abtrennbar.

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LNG-Transport mit Binnenschiffen: Forschungsbedarf
   • Entwurf von geeigneten Tankschiffen unter Beachtung
     der sicherheitsrelevanten Anforderungen (Erreichen
     des Sicherheitsniveaus anderer Schiffe)
   • Entwicklung von Tanksystemen zur Reduktion von
     Boil-Off-Gas und zur besseren Ausnutzung des
     Laderaums
   • Entwicklung neuer Konzepte für LNG-Terminals sowie
     Sicherheitsvorkehrungen

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Wie könnte ein LNG-Binnentanker konzipiert werden?

   • Abmessungen: L=110m, B=11.45 üblich bei LPG-
     Tankern:
     größere Schiffe denkbar, auch über heutige
     Zulassungsbestimmungen hinaus
   • Tagfähigkeit: bis 5000t
   • neue Tanksysteme
   • Antrieb: LNG als Brennstoff
   • gleiches Sicherheitsniveau wie andere Schiffe

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Zusammenfassung

   • Bedarf an Erdgas wird im Binnenland steigen
     • Energiemix (z.B. Gaskraftwerke als Ausgleich für
         Schwankungen)
     • Umweltauflagen (z.B. für mobile Anwendungen)
   • für den wirtschaftlichen Transport von Gas im Binnenland
     kommen neben Pipeline nahezu nur Binnenschiffe in Frage
   • eine Reihe von Herausforderungen in den Bereichen
     Sicherheit, Transporteffizienz und Zulassungsfragen

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