Die FRIENDSHIP SYSTEMS AG hat sich zum Ziel gesetzt, weltweit Energieverbräuche und Emissionen zu reduzieren, indem sie ihre Kunden bei der Verbesserung ihrer Produkte unterstützt, insbesondere im Schiffsentwurf sowie in der Entwicklung von Turbomaschinen und Motoren. Deshalb haben wir uns die Frage gestellt, wie viel CO2-Emissionen durch simulation-driven Design mit CAESES® jährlich eingespart werden. Lesen Sie hier, was wir gefunden haben.

Top-Down-Ansatz

90% des Transports erfolgt auf See. Rohstoffe und Waren werden verschifft, wozu derzeit etwas mehr als 50.000 Handelsschiffe im Einsatz sind. Laut statista umfasste die Flotte in 2017 rund 17.000 Stückgutschiffe, rund 11.000 Massengutschiffe, mehr als 7.000 Rohöltanker, etwas mehr als 5.000 Containerschiffe und fast 4.500 RoPAX-Fähr- und Passagierschiffe. Andere größere Schiffe wie Such- und Rettungsschiffe, Baggerschiffe und Bergungsschiffe, Offshore-Versorgungsschiffe, Windpark-Installationsschiffe, Fischereifahrzeuge, Schlepper, Lotsen- und Arbeitsboote, Marineschiffe und größere Yachten umfassen ebenfalls etwa 50.000 Einheiten. Das heißt, weltweit  sind heute rund 100.000 Schiffe im Betrieb.


Die CO2-Emissionen der Schifffahrt betragen 3% bis 4% der globalen CO2-Emissionen, die sich auf insgesamt 32 Milliarden Tonnen durch Menschen erzeugtes CO2 pro Jahr belaufen. Somit können rund 1 Milliarde Tonnen CO2 auf Schiffe zurückgeführt werden. Diese Zahlen unterscheiden sich je nach Quelle ein wenig. Viele der weltweit größten Werften, insbesondere Hyundai, Samsung, DSME als die größten drei Werften, nutzen CAESES® für das simulation-driven Design ihrer Schiffe. Ebenso viele der bekannten Modellversuchsanstalten, Berater und Konstruktionsbüros.

Viele unserer Anwender berichten, dass sie ihre Rumpfformen in Bezug auf Widerstand und Antriebsleistung um rund 5% verbessern. Manchmal sind die Einsparungen höher und manchmal etwas niedriger, sagen wir 3%, wenn man von einem guten Startdesign ausgeht.

Seit der Markteinführung von CAESES im Jahr 2007 und des simulation-driven Designs von Rumpfformen durch FRIENDSHIP SYSTEMS Anfang der 2000er Jahre sind mehr als 40.000 Schiffe in Betrieb gegangen, die teilweise ältere Schiffe ersetzen. Eine handfeste Anzahl dieser Schiffe wurde durch den Einsatz von CAESES direkt oder indirekt optimiert. Wir schätzen, dass inzwischen etwa 10.000 Schiffe durchschnittlich etwa 4 % weniger Energie benötigen, als sie dies in der Vergangenheit getan hätten, mit zusätzlichen jeweils 1.000 Schiffen pro Jahr, die neu in den Betrieb genommen werden. Im Jahr 2019 entspricht das etwa 10% der Flotte.

Natürlich sind die Schiffe nicht immer auf See und profitieren nicht ständig in vollem Umfang von den bei der Entwicklung erzielten Energieeinsparungen. Wir gehen daher von durchschnittlich 220 Tagen auf See pro Jahr und einer Auslastung von 75% der möglichen Einsparungen beim Betrieb aus.

Zusammenfassend schätzen wir die CO2-Reduktion auf 2.835.288 Tonnen im Jahr 2019. Unter Berücksichtigung der vielen Annahmen und gröberen Zahlen waren wir der Meinung, dass wir einen sehr konservativen Sicherheitsfaktor von 2 in die Analyse einbeziehen sollten. Wenn wir auf eine glatte Zahl abrunden, erhalten wir dann eine jährliche Reduzierung von 1.400.000 Tonnen CO2, d.h. weit mehr als 1.000.000.

    "Unsere CAESES-Anwender schaffen es, die CO2-Emissionen um weit mehr als 1.000.000 Tonnen pro Jahr zu reduzieren. Deshalb tun wir, was wir tun, und das macht mich sehr stolz auf unser Team und unser Unternehmen."

  – Dr. Stefan Harries, CEO und Mitbegründer der FRIENDSHIP SYSTEMS AG

In welchem Verhältnis steht dies zu Emissionen aus anderen Quellen? Ein Standard-Doppelhaus in Deutschland verbrennt etwa 1,5 Tonnen Öl für Heizzwecke pro Jahr und stößt dabei rund 3,9 Tonnen CO2 aus. Das bedeutet, dass die oben genannten Einsparungen den privaten Emissionen von rund 350.000 Häusern entsprechen, also etwa dem privaten Heizungs- und Warmwasserverbrauch in einer deutschen Großstadt wie München.

Bottom-Up-Ansatz

Werfen wir einen Blick auf ein repräsentatives Schiff zur Abschätzung der CO2-Emissionen in einem Bottom-up-Ansatz. In einem Containerschiff mit einer Kapazität von 4.100 Containern (TEU) ist eine Hauptmaschine von beispielsweise 37.000 kW Leistung verbaut. Es ist typischerweise für etwa 6.000 Stunden pro Jahr auf See. Der Kraftstoffverbrauch beträgt ca. 0,166 kg/kWh. Bei einer Auslastung von 75% und einer Verbesserung von 4% werden jährlich ca. 1.100 Tonnen Kraftstoff eingespart. Diese Einsparungen entsprechen knapp 3.000 Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr für ein einziges Schiff.

Als zweites Beispiel analysieren wir einen langsameren Aframax-Tanker mit einer Hauptmaschine von von 13.500 kW Leistung. Bei ähnlichen Annahmen wie beim Containerschiff betragen die jährlichen Einsparungen dann rund 400 Tonnen Treibstoff und etwas mehr als 1.000 Tonnen CO2. Folglich erscheint die niedrigere Schätzung von 1.400.000 Tonnen CO2-Emissionen, die sich aus dem Top-down-Ansatz für 10.000 Schiffe ergibt, in der Tat sehr konservativ.

Neben den ökologischen Auswirkungen gibt es natürlich auch eine ökonomische Komponente. Die Steigerung der Energieeffizienz senkt die Betriebskosten in der Schifffahrt. Die Weltbunkerpreise für IFO 380 liegen bei rund 430 Euro pro Tonne (Februar 2019). Die jährlichen Kosten reduzieren sich somit um 473.000 Euro für das Containerschiff und um 172.000 Euro für den Aframax-Tanker. Da die meisten Schiffe häufig 20 Jahre im Einsatz sind, ergibt sich eine ziemlich große Summe.

Zusammenfassung

Wir glauben, dass es vielleicht nicht so wichtig ist, welche der Zahlen, die aus dem Top-Down oder Bottom-Up-Ansatz abgeleitet wurden, genauer oder zuverlässiger sind. Die wichtige Botschaft ist, dass jede Tonne CO2, die nicht ausgestoßen wird, dazu beiträgt, den ökologischen Fußabdruck der Menschheit zu verringern. Und wir sind mehr als glücklich, Teil der Bemühungen zu sein, unsere Welt grüner zu machen.

Über die FRIENDSHIP SYSTEMS AG

Die Firma FRIENDSHIP SYSTEMS AG entwickelt und vertreibt die Software CAESES. CAESES ist eine Anwendung für Ingenieure, die simulationsgetriebene Formoptimierungen automatisiert durchführen möchten. Typische Anwendungen sind die strömungsbasierte Optimierung von Schiffsrümpfen, Turboladern, Pumpen und Triebwerken. Meist ist das Ziel eine bessere Energie-Effizienz oder auch die Robustheit der Designs hinsichtlich der Performance und der Herstellung. FRIENDSHIP SYSTEMS wurde 2001 gegründet und sitzt mit dem gesamten Team in Potsdam, Deutschland.

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