Die internationale Seeschifffahrt trägt durch Schadstoffemissionen zur Luftverschmutzung bei, insbesondere in küstennahen Gebieten und Hafenstädten. Das „Internationale Übereinkommen zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Schiffe“ regelt unter anderem die Luftverschmutzung durch den Schiffsverkehr und legt Grenzwerte für den Schwefelgehalt in Kraftstoffen fest. Viele Schiffe sind daher mit Abgasreinigungssystemen (EGCS – Exhaust Gas Cleaning Systems; kurz: Scrubber) ausgestattet, um den Ausstoß von Schwefeloxiden zu reduzieren.
Rund 25 Prozent der Welthandelsflotte nutzen diese Technik. Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Christine Achten von der Universität Münster hat in Kooperation mit dem Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie in einer Studie die Abwässer aus solchen Scrubber-Anlagen auf ihre Belastung mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und deren Toxizität untersucht. Es handelt sich um eine der umfassendsten Studien zu diesem Thema. Die Forschungsergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Marine Pollution Bulletin“ veröffentlicht.
Scrubber-Anlagen basieren auf einem Verfahren, bei dem Wasser in die Schiffsabgase gesprüht wird, um den Schwefel aus den Abgasen zu waschen. Während bei Open-Loop-Systemen (offener Kreislauf) das Abwasser in der Regel direkt ins Meerwasser geleitet wird, zirkuliert bei Closed-Loop-Systemen (geschlossener Kreislauf) das Waschwasser zusammen mit einer alkalischen Lösung im System. Dabei wird der größte Teil des Abwassers im Meer – in wenigen Ausnahmen auch an Land – entsorgt. Viele der entfernten Schadstoffe gelangen so über das Abwasser des Scrubbers in die Meere. Dazu gehören auch PAK, eine Schadstoffgruppe mit häufig toxischen und schwer abbaubaren Verbindungen.
PAK entstehen bei unvollständigen Verbrennungsprozessen von organischem Material und sind Bestandteile fossiler Rohstoffe. Die gesamte Stoffgruppe umfasst schätzungsweise Tausende organische Verbindungen. Diese große Anzahl von Verbindungen erschwert die Analyse und Regulierung von PAK. Die amerikanische Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency; kurz: EPA) hat 1976 16 PAK-Verbindungen in ihre „Liste prioritärer Schadstoffe“ aufgenommen. Seitdem werden diese Verbindungen weltweit sehr häufig in Umweltstudien untersucht. Christine Achten kritisiert dieses Vorgehen und betont:
„Die 16 EPA-PAK sind in vielen Untersuchungsgebieten nicht die toxischsten Verbindungen. Deshalb ist es wichtig, auch andere Verbindungen zu betrachten. Das haben wir in unserer Studie getan“.
Das Forschungsteam untersuchte Abwasserproben von vier Schiffen im Zeitraum zwischen 2020 und 2023 auf die PAK-Belastung. Zudem wurden die chemischen Ergebnisse mit Untersuchungen zur ökotoxikologischen Wirkung der untersuchten Stoffe ergänzt. Die Forscher analysierten Proben aus offenen und geschlossenen Kreisläufen sowie die Kraftstoffe. Dazu setzten sie verschiedene massenspektrometrische Methoden ein.
Das Team untersuchte alle Proben auf 71 spezifische PAK und wandte zusätzlich eine sogenannte Non-Target-Methode an, mit der sie weitere Verbindungen nachweisen konnten. Die Ergebnisse zeigen, dass die identifizierten PAK überwiegend nicht aus der Verbrennung stammen, sondern aus dem verwendeten Kraftstoff und dass er sich um alkylierte PAK-Derivate handelt. Diese Beobachtung stimmt mit dem Ergebnis überein, dass die Höhe der PAK-Belastung und die Toxizität vom verwendeten Kraftstoff abhängen. Alkylierte PAK werden mit erhöhter Toxizität für Fische in Verbindung gebracht, sind jedoch deutlich schlechter untersucht als die 16 EPA-PAK.
Die Abwässer aus dem geschlossenen Kreislauf wiesen im Vergleich zu den Abwässern aus den offenen Systemen höhere PAK-Konzentrationen auf, insbesondere die hochtoxischen, höhermolekularen PAK aus Verbrennungsprozessen. „Aus Umweltsicht ist eine Verlagerung der Schadstoffeinträge von der Luft ins Wasser nicht akzeptabel“, fasst Christine Achten zusammen. Das Forscherteam empfiehlt daher den Einsatz PAK-armer Schiffskraftstoffe. Darüber hinaus unterstreichen die Ergebnisse die Bedeutung einer umfassenden PAK-Analytik und zeigen, dass die 16 EPA-PAK auch für die Bewertung von Scrubber-Abwässern nicht repräsentativ sind und um weitere PAK ergänzt werden müssen.
Die Arbeit erhielt finanzielle Unterstützung des Umweltbundesamtes (UBA). Im Februar 2023 erschien der Projektbericht „Environmental Impacts of Discharge Water from Exhaust Gas Cleaning Systems on Ships“ unter Beteiligung der Universität Münster. In der Studie, die in der Fachzeitschrift „Marine Pollution Bulletin“ erschien, führten Christine Achten und ihr Team zusätzliche Analysen durch und nahmen eine umfangreiche Datenauswertung vor.