Energieaufwand und Emissionen

Die Berechnung der Energieverbräuche und Emissionen erfolgt nach der im folgenden beschrie-benen Vorgehensweise. Den einzelnen Flußabschnitten werden differenziert nach der Fahrtrich-tung (Berg- bzw. Talfahrt) und Beladung, Geschwindigkeiten zugeordnet, die das Binnenschiff normalerweise erreichen kann. Der Energieaufwand für das Binnenschiff wird mit einem Simula-tionsprogramm unter der Annahme berechnet, daß Schiffsdieselmotoren in erster Näherung auf den einzelnen Streckenabschnitten gleichförmig arbeiten. Somit wird auf den Streckenabschnitten je nach Fahrtrichtung ein konstanter Anteil der vorhandenen maximalen Motorlleistung zur Erre i-chung der auf den Streckenabschnitten angegebenen Fahrgeschwindigkeiten eingesetzt. Die be-nötigten Prozentanteile der maximalen Motorleistung für freifließende Gewässer sind aufgrund der i.a. stärkeren Strömung größer als die jene für staugeregelte Flüsse. Während der Schleusun-gen befindet der Motor sich im Leerlauf.

Neben den Berechnungsparametern, die durch die Binnenwasserstraße vorgegeben werden, sind die Schiffe bezüglich der erreichbaren Geschwindigkeiten und der Emissionsfaktoren der Schiffs-diesel von Interesse für die Berechnungen der Energieaufwendungen und Emissionen.

Im europäischen Vergleich liegt Deutschland mit 2.118 Motorschiffen mit einem Frachtraum von 2.266.227 t an zweiten Stelle hinter den Niederlanden. Zum Einsatz kommen in der Untersu-chung zwei moderne Motorgüterschiffe. Auf Rhein und Neckar handelt es sich dabei um das Eu-ropaschiff mit einer Nutzlast von 1.350 t. Zusätzlich wird auf dem Rhein mit einem Großmoto r-schiff von 2.300 t Nutzlast gefahren. Der Frachtraum der betrachteten Schiffe liegt somit über dem Durchschnitt der deutschen Motorschiffe von ca. 1.070 t.

Die technischen Daten zu den Schiffen enthält die Tabelle 5.4-1.

Tabelle 5.4-1: Kenngrößen der Binnenschiffe /VBW, 1994/

Kenngrößen Europaschiff Rhein und Neckar

Kenngrößen

Großmotorschiff auf dem Rhein

max. Motorleistung 650 kW 1.750 kW

Länge ca. 85 m 110 m

Breite ca. 9,50 m 11,40 m

Tiefgang ca. 2,50 m ca. 3,00 m

Tragfähigkeit ca. 1.350 t ca. 2.300 t

Laderaumgröße ca. 60 m x 7.5 m 75 m x 10 m

Die Kriterien, welche zur Auswahl der Schiffe führten waren einerseits die exakte Abbildung der Realtät und andererseits die Datenverfügbarkeit. Für die genannten Motorschiffe liegen aus dem Jahr 1985 /VBW, 1985/ Werte zur Fahrgeschwindigkeit auf Rhein und Neckar vor. Es handelt sich hierbei um gerundete Mittelwerte für den beladenen und leeren Zustand des Schiffs bei Berg-und Talfahrt. Diese Werte basieren auf dem Motorschiff mit 1.350 t Nutzlast Berg-und werden für die Studie auf das Schiff mit 2.300 t übertragen, da anzunehmen ist, daß die Geschwindigkeiten des stärker motorisierten und beladenen Schiffs aufgrund der verkehrlichen Randbedingungen auf den Binnenwasserstraßen nicht wesentlich unterschiedlich zu denen des kleineren Schiffs sind. Die Geschwindigkeiten sind in der Tabelle 5.4-2 aufgeführt.

Tabelle 5.4-2: Fahrgeschwindigkeiten des Binnenschiffs auf Rhein und Neckar /VBW, 1985/

Wasserstraße beladen leer

Bergfahrt Talfahrt Bergfahrt Talfahrt

Rhein 6,5 - 9 km/h 13 - 18 km/h 9,5 - 11,5 km/h 20 - 21 km/h

Neckar 10 km/h 12 km/h 12 km/h 12 km/h

Nach /VBW, 1985/ handelt es sich bei den Angaben zu den Fahrgeschwindigkeiten auf dem Rhein um einen Mittelwert für einen Abschnitt des Rheins. Bei allen Wasserstraßen wird dabei von mittleren Wasserstands- und Strömungsverhältnissen sowie einer Witterung ohne Besonder-heiten ausgegangen. Schleusenbetriebszeiten werden hierbei nicht berücksichtigt. Für die Ermitt-lung einer Fahrt eines bestimmten Schiffs müssen deshalb die von den Mittelwerten abweichen-den besonderen Verhältnisse beachtet werabweichen-den.

Die Klassifizierung der Binnenwasserstraßen erfolgt anhand einer Einteilung in vier Klassen, die auf /Weska, 1993/ (Tab. 5.4-3) zurückgeht.

Tabelle 5.4-3: Klassifizierung der Binnenwasserstraßen /Weska, 1993/

Klasse Typ / Kennung 1 Fluß, freifließend / FL 2 Fluß, staugeregelt / SG

3 Kanal / KA

4 Schleusen /SL

Für die Berechnung des Energieaufwands müssen die maximale Motorleistung , die Prozentan-teile der maximalen Motorleistung für die Klassen der Binnenwasserstraßen in Abhängigkeit der Fahrtrichtung sowie ein spezifischer Energieaufwandswert vorgegeben werden. Wie schon in anderen Studien wird der spezifische Kraftstoffverbrauchswert mit 0,2 kg/kWh festgelegt. Die Wirkungsgradverluste sind in diesem Wert enthalten. Für die Prozentanteile der maximalen Mo-torleistung in Abhängigkeit von Fahrtrichtung und Klasse der Binnenwasserstraße werden die in Tabelle 5.4-4 angegebenen Werte verwendet.

Tabelle 5.4-4: Prozentuale Anteile an der Motorleistung /EZB, 1993/

Klasse Typ Bergfahrt Talfahrt

1 Fluß, freifließend 95 % 85 %

2 Fluß, staugeregelt 70 % 60 %

3 Kanal 60 % 60%

4 Schleuse 4 % 3 %

Als Auslastungen beim Transport der Wagenladung im Container werden nach Rücksprache mit Reedereien auf dem Rhein 84 % und auf dem Neckar 55 % angenommen. Die geringe Ausla-stung auf dem Neckar rührt daher, daß die Container wegen der Unterfahrung von Brücken nur in maximal zwei Schichten auf dem Schiff stapelbar sind. Aufgrund der besseren Befahrbarkeit des Rheins ist es möglich hier den wesentlich höheren Auslastungsgrad von 84 % zu erreichen.

Das Gewicht eines Containers beträgt 6 t.

Die Schleusenaufenthalte werden nach /VBW, 1990/ mit einer mittleren Dauer von 45 Minuten angesetzt. Die Geamtdauer der Fahrt ergibt sich, aufsummiert über alle Abschnitte, aus dem Quotient der Abschnittslänge und der auf diesem Abschnitt ereichbaren Geschwindigkeit nach Tabelle 5.4-2, plus der benötigten Schleusenzeiten. Über die Klasse der Binnenwasserstraße und die Fahrtrichtung wird der Prozentanteil der maximalen Motorleistung bestimmt und zusammen mit der Fahrzeit und dem spezifischen Energieaufwandswert der auf dem Streckenabschnitt ein-gesetzte Energieaufwand ermittelt. Der gesamte Energieaufwand ergibt sich als Summe des

Ver-brauchs auf den Streckenabschnitten. Die antriebsbedingten direkten Emissionen von Binnen-schiffen werden über die Emissionsfaktoren aus dem verbrauchten Kraftstoff berechnet.

Die in der vorliegenden Studie verwendeten Emissionsfaktoren entstammen der Studie C "Sy-stemvergleich für unterschiedliche verkehrliche Prozeßabläufe und Transportketten hinsichtlich des Energieeinsatzes und klimarelevanter Emissionen im Güterverkehr" /Steierwald, 1993/. Zum damaligen Zeitpunkt existierten keine repräsentativen Emissionsmessungen an Binnenschiffen.

Die lediglich auf Herstellerangaben beruhenden Faktoren bieten aufgrund der Verwendung neuer und optimal eingestellter Motoren bei den Messungen, keine verläßliche Basis zur Bestimmung der Schadstoffemissionen. Da zur Zeit der Berechnungen für die vorliegende Studie keine neue Werte für Emissionsfaktoren vorlagen, wrid in diesem Fall auf die genannten Faktoren aus dem Jahr 1993 zurückgegriffen (siehe Tab. 5.4-5).

Tabelle 5.4-5: Emissionsfaktoren für Binnenschiffe /Steierwald, 1993/

Emissionsfaktoren für Binnenschiffe in [g/kg Diesel]

CO2 CO NOx VOC Staub/Partikel

3,16 12 60 5 2*

* der Wert für Staub/Partikel hat seine Quelle bei /UBA, 1994/

Der Energieaufwand für alle zehn Schleusungsvorgänge einer Fahrt auf dem Rhein wurde mit 786,6 kWh berechnet. Dieser Wert wurde durch die Befragung einer Reederei ermittelt. Dabei wurde 1993 für die Schleusung von insgesamt 36.315 Schiffen ein Strombedarf von 793.410 kWh gemessen. Daraus ergibt ein Bedarf von 21,85 kWh pro Schleusung. In die Einheit MJ umgerechnet entsteht somit auf dem Rhein ein Energieaufwand von 78,66 MJ / Schleu-sungsvorgang. Für die Berechnung des Energieverbrauchs durch Schleusungsvorgänge auf dem Neckar lagen nur für drei der insgesamt 26 Schleusen exakte Werte vor. Der verbeibende Teil der Schleusen wurde mit dem in /Steierwald, 1993/ berechneten Mittelwert von 9 kWh je Schleu-sungsvorgang abgebildet. Nach der Umrechnung in MJ ergibt sich eine Summe an Energieaufwen-dungen für die Schleusungen auf dem Neckar von 1.076,76 MJ.

Die dem einzelnen Transportgut anzurechnende Teilmenge des Gesamtenergieaufwands und der Emissionen aus der Fahrt und den Schleusungen des Binnenschiffs wird anteilig entsprechend dem jeweils festgelegten Transportgewicht ermittelt. Die sich ergebenden Faktoren berechnen sich folgendermaßen: (Ladungsgewicht + Containergewicht) / (Gesamtladungsgewicht * Ausla-stung). In Anhängigkeit von Gütern und Schiffen ergeben sich die Zuordnungsfaktoren, wie sie in Tabelle 5.4-6 dargestellt sind.

Tabelle 5.4-6: Zuordnungsfaktoren für die Transportgüter Wagenladung (W) und Massengut (M)

Schiffstyp Rhein 84 %

Neckar 55 %

W 25 t W 15 t W 0 t M * W 25 t W 15 t W 0 t M *

Europaschiff 1.350 t

0,02734 0,01852 0,00529 0,01111 0,04175 0,02828 0,00808 0,01111

Großmotor-schiff 2.300 t

0,01605 0,01087 0,00311 0,06522 Das Großmotorschiff fährt nur auf dem Rhein

* Die Auslastung im Fall des Massengut-Transports wird stets zu 100 % angenommen. Dies führt auf die folgen-de Formel zur Berechnung folgen-des Zuordnungsfaktors: Zuordnungsfaktor = 15 t / Gesamtladungsgewicht