Wie sich die Abgase großer Schiffe in Hamburg ausbreiten

23. März 2023, von Ronny Badeke

Foto: Bernd Dittrich, Unsplash

Die Schifffahrt verursacht weltweit etwa drei Prozent der gesamten vom Menschen verursachten Kohlendioxid-Emissionen.

Die Schifffahrt ist ein wichtiger Wirtschaftszweig und bietet eine vergleichsweise saubere Möglichkeit, viele Güter gleichzeitig zu transportieren. Würden ebenso viele Container über Land befördert, wäre der Ausstoß an Kohlendioxid und anderen Luftschadstoffen wie Stickoxiden und Feinstaub um ein Vielfaches größer. Doch dort wo sie fahren, stoßen Schiffe enorme Mengen dieser Stoffe aus. Das gilt auch für die riesigen Kreuzfahrtschiffe, die in Hafenstädten wie Hamburg anlegen. In Altona herrscht dann am Elbhang schlechte Luft, vor allem wenn der Wind aus West oder Südwest weht. Die Schadstoffe, die durch den Betrieb der Schiffsmotoren entstehen reizen die Atemwege und bergen andere gravierendere Risiken für die Gesundheit.

Ronny Badeke, Foto: privat

Wie sich die Abgase auf die Luftqualität in Hamburg auswirken, habe ich in meiner Doktorarbeit am Helmholtz-Zentrum Hereon und in Kooperation mit dem Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit der Universität Hamburg untersucht. Schiffsabgase können zudem den Strahlungshaushalt der Atmosphäre verändern: Treibhausgase tragen zur Erwärmung bei, Feinstaub hingegen beeinflusst die Wolkenbildung und sorgt dabei für Abkühlung. Wie stark sie jeweils wirken, spielt auch bei neuen klimafreundlicheren Treibstoffen eine Rolle.

Meine Kollegen und ich erforschen die chemische Umwandlung der Abgase und ihre Ausbreitung mithilfe komplexer Computermodelle. Dazu habe ich mathematische Gleichungen entwickelt, die verschiedene Faktoren berücksichtigen, die die Ausbreitung von Schadstoffen beeinflussen. Dazu gehören die Größe und Form des Schiffes, die Austrittsgeschwindigkeit und die Temperatur der Abgasfahne. Gleichzeitig beziehe ich das Wetter und die Windverhältnisse mit ein. Während bisherige Ansätze sehr vereinfacht betrachteten, wie sich die Stoffe in verschiedene Luftschichten hineinmischen, lässt sich mit meiner Methode genauer berechnen, wie sich die Abgase im nahen Umfeld der Schiffe verteilen – und somit auch die Luftqualität in der Stadt besser vorhersagen.

Mich interessierte auch, wie ein Schiff selbst das Windfeld verändert. Große Schiffe beeinflussen den Wind ähnlich wie Gebäude. Das Abgas wird durch den Druck, den der Wind auf das Schiff ausübt, hinter dem Schiff in Bereiche unterhalb der Schornsteinhöhe transportiert und vermischt sich dort mit der Luft. Zudem haben Schiffe nur relativ kurze Schlote. Diese können die Schadstoffe nicht wie Fabrikschornsteine über die Stadt hinweg transportieren. Gleichzeitig können die Abgase durch die hohe Verbrennungstemperatur aber bis zu 100 Meter in die Höhe transportiert werden bevor sie sich auf die Temperatur der Umgebung abkühlen. Beide Effekte konnte ich nun in meinen Computersimulationen gemeinsam berücksichtigen.

Meine berechneten Stickoxid-Konzentrationen habe ich mit den Werten der Messstation Altona-Elbhang verglichen – mit sehr guter Bilanz! Die errechneten Werte stimmen über einen langen Zeitraum gut mit den gemessenen Konzentrationen überein. Der neue Ansatz kann also verlässlich die Luftqualität bewerten und nützliche Informationen für Stadtplanung und Hafenbetrieb liefern.