Entwicklung eines Verfahrens zur Berechnung von Binnenschiffsemissionen (BinEm)

Beteiligte Wissenschaftler

M.Sc. Benjamin Kossmann
Dr.-Ing. Christian Noß (BAW)
Prof. Dr.-Ing. Bettar Ould el Moctar

Projektbeschreibung

Aufgrund der aktuellen Diskussionen in Zusammenhang mit Luftschadstoffen, und den verschärften Vorschriften bezüglich Abgasemissionen in Europa, hat die Entwicklung und Anwendung von Verfahren zur Vorhersage von Schadstoffen und Emissionen von Schiffen an hoher Bedeutung gewonnen. Zur Verbesserung der Abgaswerte werden häufig für einzelne Versuchsträger Technologien zur Abgasreinigung aus anderen Branchen, wie der Kraftwagenindustrie, eingesetzt. Hierbei sind in der Regel die Emissionen von Schiffen und ihre spezifischen Zusammensetzungen nicht ausreichend bekannt. Dadurch ist eine breite Wirkung innerhalb der Binnenschiffsbranche fraglich. Auch sind Messungen auf Schiffen unter realen Betriebsbedingungen kaum vorhanden und in den meisten Fällen nicht als repräsentativ für den tatsächlichen Betrieb anzusehen. Die veröffentlichten Emissionsdaten, die der Branche zugerechnet werden, basieren auf Modellen, die Abschätzungen und Vereinfachungen vornehmen, ohne in der Regel die Betriebsparameter im realen Einsatz zu berücksichtigen. Öffentlich zugängliche Berichte zur Emissionsberechnung, wie zum Beispiel mit dem Modell TREMOD, nutzen meist eine sogenannte Top-Down Methode, bei der über die Kombination unterschiedlicher, verfügbarer Statistiken, Kennwerte abgeschätzt werden. Eine Ermittlung von Emissionen einzelner Schiffe für individuelle Fahrten, außerhalb von Testmessfahrten mit vorgegebenen Betriebskennwerten, ist derzeit nicht bekannt.
Um den Einfluss von neuen Technologien auf die Luftverbesserung abschätzen zu können, sind daher realistische Angaben zu den emittierten Schadstoffen durch die Binnenschifffahrt notwendig. Diese sind die Grundvoraussetzung, um gezielte Maßnahmen ergreifen, und darüber hinaus den Beitrag zu Luftreinhaltungsplänen prognostizieren zu können. Hierfür ist eine ganzheitliche Betrachtung des Schiffsantriebs, mit Schwerpunkt auf den realistisch angeforderten Motorlasten, notwendig. Dies soll über die Anwendung entsprechender Modellierungen erreicht werden.

Ziel des hier beschriebenen Projektes ist die Entwicklung und Validierung eines Verfahrens zur Berechnung von Emissionen von Binnenschiffen (BinEm). Hierzu wird ein modularer Ansatz gewählt, welcher es ermöglicht, den Schadstoffausstoß realistisch abzuschätzen. Das Verfahren soll dazu dienen, die Abgasemissionen der Binnenschifffahrtsflotte realitätsnah zu berechnen. Zur Validierung des oben genannten Verfahrens sollen Messungen der Emissionen an Bord herangezogen werden. Sowohl Abgas- als auch Leistungsmessungen von Schiffen im realen Betrieb sind für die Validierung des entwickelten Verfahrens notwendig. Relevante Daten werden durch Messungen des Auftraggebers erhoben.
Es soll ein Berechnungsmodell entwickelt werden, welches die Emissionen von Binnenschiffen realitätsnah bestimmt. Zunächst wird, basierend auf der gefahrenen Strecke und dem Schiffstypen, die Motorenbelastung ermittelt. Aus dieser lassen sich, durch Zugrunde legen der vom Hersteller vermessenen Betriebskennfeldern, konkrete Schadstoffmengen für den entsprechenden Fahrzustand ermitteln. Für eine realistische Abschätzung sind diverse Randparameter und Umweltbedingungen von Bedeutung. Um eine Verfeinerung der Prognose, abhängig von den verfügbaren Umweltparametern, zu ermöglichen, wird das zu entwickelnde Berechnungsmodell modular aufgebaut. Dadurch können zum Beispiel auch Prognosen für Fahrzeuge erfolgen, für die keine konkreten Schiffsdaten vorliegen. Es können hierdurch für die einzelnen Module Dateneingaben sukzessive verbessert und erweitert werden.

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Abbildung 1: Programmstruktur des ersten Programmabschnittes

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Abbildung 2: Modell M2014 in der Modellwiderstandssimulation bei h/T=2,0m und einer Geschwindigkeit von 1,328 m/s

 

Projektlaufzeit 2019 – 2022Projektnummer: 41031070130017

Projektpartner

Baw
​    Koordination