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1. Einführung
Nach der Erfindung und Patentierung des „Ölmotors“ von Rudolf Diesel begann in der Schifffahrt ab 1900 ein etwa 100-jähriger Wettlauf zwischen Diesels Motor und dem Dampfantrieb. »Die Frage der Motorschiffe war seinerzeit die weitaus wichtigste für den Schiffbau und die gesamte Seeschifffahrt Sie glich an Bedeutung der Einführung der Dampfkraft vor ca. 200 Jahren, nur mit dem Unterschied, dass technische Innovationen in sehr viel schnellerem Tempo vor sich gingen. Es dauerte etwa 10 Jahre von der Patentierung bis zum ersten Einsatz eines Motorschiffes wie der Vandal, die 1903 von den Nobels als Flusstanker gebaut und betrieben wurde, um Öl und Ölprodukte von Baku über die Wolga in Rußland zu verteilen.
Motorschiff Vandal, das 1903 von den Nobels als Flusstanker gebaut und betrieben wurde
2. Seeschiffe mit Dieselmotoren
Weitere zehn Jahre vergingen, bis mit dem Motorfrachter Selandia, gebaut von Burmeister & Wain, das erste Seeschiff eingesetzt wurde. Interessant dabei ist, dass die Motoren von Lizenznehmern von Rudolf Diesel eingesetzt wurden. Die deutschen Lizenzinhaber Krupp und MAN beschäftigten sich vorwiegend mit Landmotoren und Generatorantrieben beziehungsweise verhandeln zu dieser Zeit mit der deutschen und französichen Marine. In den folgenden fünf Jahren kamen mehrere Schiffe wie die Monte Penedo, Rolandseck, Fritz, Arthur von Gwinner, Wotan und Secundus von deutschen Werften und deutschen Motorherstellern in Betrieb.
Blick auf die 120 PS Motoren vom Typ K 3 III für den Flußtanker Vandal kamen 1903 von Diesels Motorer aus Schweden (Quelle: Cummins, L.: Diesels Engine from Conception to 1918, 1993 Carnot Press,Wilsonville)
Da die erste Generation der Diesel Motoren dieser Pionierperiode bis 1914 für den Schiffseinsatz jedoch verglichen mit den Dampfmaschinen dieser Zeit eine geringe absolute Leistung hatten, zeigten nur wenige Reedereien Interesse an diesem neuen Antrieb. Daher wurden in dieser ersten Periode von mehreren Herstellern und Werften verschiedene Maßnahmen ergriffen, um die Leistung zu steigern. Dabei entstanden in der 2. Periode interessante technische Konstruktionen, die im Laufe der Zeit vergleichbar mit der Evolution zu den heutigen optimierten Bauformen mit Auslassventil und Abgasturbo-Aufladung geführt haben. Auf der Reederseite tat sich besonders der Generaldirektor Albert Ballin der Hapag hervor, denn auf dem Höhepunkt der Dampfantriebe erkannte er bereits die immensen Vorteile des neuen Motors als zukünftigen Schiffsantrieb. Statt der bisherigen Antriebsanlage bestehend aus Dampfmaschine und Kessel wurde jetzt nur noch der Motor gebraucht, der außerdem auch noch mit 26% mehr als den doppelten Wirkungsgrad der besten Dampfmaschinen (10%) hatte.
Einer der zwei Sulzer Motoren für die Monte Penedo, die 1912 an die Hamburg Süd abgeliefert wurde (Quelle Werft, Reederei, Hafen)
Daher gab Ballin 1910 nicht nur ein, sondern gleich zwei Schiffe mit Motorantrieb bei zwei deutschen Werften in Auftrag. Er wollte, dass die HAPAG als weltweit erste Reederei mit der zukunftsträchtigen Motorschifffahrt Erfahrungen sammelt. Die AG Weser sollte den Frachter Primus und Blohm & Voss den Frachter Secundus bauen. Die Dampfmaschinen befanden sich auf dem Höhepunkt ihrer Entwicklung mit Leistungen bis zu 10.000 PS pro Maschine. Die Motoren dagegen standen um 1910 am Anfang und hatten pro Motor maximale Leistungen um 500-600 PS. Daher wurde versucht, die Leistung der Motoren zu steigern und dabei entstanden technisch sehr interessante Konstruktionen.
Zweitakt-Gegenkolbenmotoren in Tandembauart Patent Junker (Quelle [2])
2.1 Gegenkolbenmotor für die Primus
So entstanden bei der AG Weser in Bremen zwei 800 PS Zweitakt-Gegenkolbenmotoren in Tandembauart mit drei Zylindern nach dem Patent von Hugo Junkers. Eine technisch besonders aufwändige Motorkonstruktion, bei denen in zwei übereinander angeordneten Zylindern jeweils zwei Kolben wirkten. Die Motoren brauchten keine Zylinderköpfe und Ventile und das Prinzip der Gleichstromspülung (Längsspülung) führte zu einer guten Verbrennung und thermischen Effizienz. Die gegenläufigen Kolbenbewegungen ergaben einen guten Massenausgleich und die Kolben übertrugen ihre Kräfte über Stangen und Pleuelstangen auf die unten gelagerte Kurbelwelle.
1912 erfolgte der Stapellauf. Die aufwändige Verbindung der vier Kolben mit den drei Kurbeln war kompliziert, für den praktischen Schiffsbetrieb ungeeignet und bewährten sich nicht. Die beiden Dieselmotoren wurden ausgebaut und stattdessen Dampfkessel und Dreifach-Expansionsmaschinen mit einer Leistung von insgesamt 1.800 PS eingebaut. Das Schiff Primus wurde in Kribi umbenannt.
Die Werft und Maschinenfabrik William Doxford & Sons (England) erhielt 1912 von Junkers eine Motorlizenz für Großbritannien und bauten 1912 den Prototyp einer einfachen Gegenkolbenmaschine mit zwei Kolben pro Zylinder. Nach ersten Versuchen mit wenig Erfolg sandte Junkers einige seiner Mitarbeiter nach England, um Doxford zu unterstützen. Der zweite Motor wurde erfolgreich 1913 getestet und hatte bei 130 U/min eine Nennleistung von 450 PS. Der Krieg stoppte die weiteren Entwicklungen und ab 1918 wurde die Zusammenarbeit wieder aufgenommen. Der erste Junkers-Doxford Gegenkolbenmotor mit vier Zylindern und 3000 PS Nennleistung wurde 1921 in die Ygaren der schwedischen Trans-Atlantic Steamship Co. eingebaut. Die Doxford Gegenkolben-Motoren bewährten sich und wurden bis Ende der 1970ger Jahre von Doxford und mehreren Lizenznehmern erfolgreich gebaut, auch in Lizenz von Borsig in Berlin.
Doxford Gegenkolbenmotor für die Ygaren um 1920 mit 3000 PS (Quelle Junkers)
2.2 Doppeltwirkender Motor der Secundus
Die doppeltwirkenden Zweitaktmotoren für die Secundus wurden in einer Arbeitsgemeinschaft von MAN und Blohm & Voss für die Hamburg Amerika Linie gebaut. Dafür entstanden insgesamt vier Dreizylinder-Motoren, einer bei MAN und drei bei B & V. Bei diesen Motoren war der Zylinder sowohl nach oben wie nach unten durch einen Zylinderdeckel abgeschlossen und ergaben zwei durch den Kolben voneinander getrennte Brennräume. Die Kolbenstange führte durch den unteren Brennraum sowie durch den unteren Zylinderdeckel. Sie war über einen Kreuzkopf mit dem Pleuel und der Kurbelwelle verbunden.
Abbildung 3: Doppeltwirkender Zweitaktmotor für die 1914 von Blohm & Voss gebaute FRITZ Legende: a Abdeckplatte der Ständer und Träger der Arbeitszylinder; b Auspuffleitung; c Brennstoffventile; d Spülventil; e Anlassventil; f.a.h Steuerwellen; 1 Anlassluftleitung; m Spülluftpumpe; n Kühlwasserpumpe (Quelle [3])
Im Februar 1911 wurde der Motor auf dem Prüfstand der Hamburger Werft in Betrieb gesetzt. Aufgrund von nicht lösbaren technischen Problemen durch Wärmerisse und besonders bzgl. der Spülung, Gemischbildung und schlechten Verbrennung des unteren Brennraums wurden zwei neue Motoren gebaut. Diese B&V-Motor erhielten geänderte Abmessungen, wurden jedoch nicht rechtzeitig fertig. Die Secundus erhielt stattdessen zwei einfach wirkende Zweitakt-Dieselmotoren und wurde als Kribi an die Hamburg Amerika Linie abgeliefert.
Der Konstrukteur Fritz Nordhausen [3] war jedoch von seiner Lösung überzeugt, und Blohm und Voss baute danach auf eigene Rechnung den Frachter Fritz mit den beiden verspäteten doppeltwirkendem Zweitaktmotoren der Secundus (s. Abb. 3). Dieses Schiff kam 1917 in Fahrt und musste nach dem 1. Weltkrieg an England abgeliefert werden. Diese Motorbauart war erfolgreich, hat sich durchgesetzt und wurde von 1925 bis Ende der 1960ger Jahre für viele Fracht- und Tankschiffe der Standardmotor. Inzwischen kamen einfachwirkende Zweitaktmotoren mit Abgasturbo-Aufladung in vergleichbare Leistungsbereiche, waren im Betrieb einfacher und haben die doppeltwirkenden Motoren abgelöst.Viertaktmotoren fanden Anwendung für die Hilfsdiesel, als Hauptmotor kleinerer Schiffe und wenn die Bauhöhen eingeschränkt waren wie bei Fähr- und Passagierschiffen.
3. Motor- oder Dampfantrieb
Nach der ersten Energiekrise im Herbst 1973, ausgelöst durch das Ölembargo arabischer OPEC-Staaten während des Jom-Kippur-Krieges, vervierfachte sich der Ölpreis von 2,90 US-Dollar auf über 11 US-Dollar pro Barrel. Jetzt senkte die Schifffahrt die Geschwindigkeiten und die Motorhersteller erhöhten die Anstrengungen zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit. Die schon ab den 1950ger Jahren durchgeführten erfolgreichen Versuche, Zweitaktmotoren mit dem billigen dickflüssigen Schweröl zu betreiben, wurden intensiviert. Zur Brennstoffaufbereitung und Reinigung wurden Separatoren und Filter installiert, in den Bunker- Setz- und Tagestanks wurden Heizschlangen installiert und die Endwärmer vor dem Motor erhielten Viskositätsregler. Die auftretenden Korrosionsprobleme durch die hohen Schwefel- und Vanadiumanteile im Schweröl konnten schrittweise durch verbesserte Schmieröle gelöst werden. Da Schweröl deutlich billiger als Dieselöl oder Gasöl war, hatte der Betrieb von Dampfanlagen mit Schweröl bisher einen Preisvorteil. Mit den Leistungssteigerungen der Zweitaktmotoren und dem Schwerölbetrieb von Pier zu Pier wurde der Wettkampf zwischen Dampf und Diesel zu Gunsten der Dieselmotoren beendet. Auch die Viertaktmotoren haben in dieser Beziehung eine erstaunliche Entwicklung vollzogen. Das wurde besonders deutlich beim 1987 durchgeführten Umbau der Queen Elizabeth 2 auf der Lloyd-Werft. Hier wurde die Dampfanlage gegen neun Viertaktmotoren mit je 10.625 kW ersetzt.
Künftige Kraftstoffe der Schifffahrt, Ausblick bis 2050 (Quelle: DNV GL 2019)
4. Umwelt
Die größten Herausforderungen werden in den kommenden 25 Jahren nicht nur auf die Schifffahrt zukommen. Auch in der Luftfahrt werden wichtige Umstellungen erforderlich, um die von beiden Verkehrsträgern verursachten jeweils rund 3% der globalen CO2 Emissionen zu reduzieren. Die großen Motorhersteller wie MAN B&W und WinGD (Winterthur Gas & Diesel) arbeiten bereits daran, um die Schiffsmotoren zukünftig mit „grünen“ Brennstoffen wie Methanol oder Ammoniak zu betreiben [4]. Ein kleiner Schritt in Richtung Zukunft erfolgte bereits durch die Anwendung von LNG, also von Flüssiggas, Methanol und Ammoniak sind die nächsten Schritte.
4.1 Wärtsilä (Ammoniak)
Wärtsilä stellt seinen neuen mittelschnelllaufenden Viertaktmotor Wärtsilä 25 vor, je nach Zylinderzahl 6L, 7L, 8L oder 9L in Dual-Fuel(DF)-Version mit einer Leistung von 1,9 bis 3,1 MW (Quelle Wärtsilä)
Ein Konsortium aus Schifffahrtsunternehmen und Motorherstellern entwickelt Demonstratoren für Zweitakt- und Viertakt-Schiffsmotoren mit Ammoniak als Kraftstoff [5]. Das Projekt „Ammonia 2-4“ wird vom Technologiekonzern Wärtsilä koordiniert. Von der Europäischen Union wurde das Projekt im Rahmen des Programms Horizon Europe mit € 9,8 Mio. gefördert. Es zielt darauf, praktikable Konzepte für Ammoniak als Schiffskraftstoff voranzutreiben und hatte die Entwicklung und Demonstration von zwei Dual‑Fuel-Schiffsmotoren mit Ammoniak beantragt. Dazu soll ein Viertaktmotor als Neuentwicklung mit rund 10 MW im Labormaßstab entstehen und ein Zweitaktmotor als Nachrüstplattform für bestehende Motoren, als Labordemonstrator sowie als Retrofit auf einem MSC‑Containerschiff installiert werden.
Als Ergebnisse werden die Reduktion der Treibhausgasemissionen um mindestens 80 %, die Erfüllung der IMO Tier III NOₓ-Grenzwerte und ein Ammoniak‑Rückstand < 10 ppm erwartet. Damit werden potenzielle jährliche CO₂-Einsparungseffekte von 2,3 Mio. t durch Hochseeschiffe in EU‑Häfen und weniger SOₓ-Emissionen ermöglicht.
4.2 MAN B&W (jetzt Everllence, Methanol und Ammoniak)
MAN Versuchsmotor Nr. 2 im RCC inKopenhagen
Die ersten Motortests der ME-LGI (Liquid Gas Injection) -Plattform begannen 2015 im Research Centre Copenhagen (RCC), gefolgt von der ersten Seeerprobung für den ME-LGIM (Methanol)-Motor im Jahr 2016 [6]. Der Produktentanker Lindanger fährt seit 2016 mit Methanol [7], er wurde von Hyundai Mipo Dockyard Co. Ltd für den norwegischen Reeder Westfal-Larsen gebaut und von dem Dual-Fuel-Hauptmotor vom Typ MAN B&W 6G50ME-9.3 LGIB mit einer Nennleistung von 10.320 kW bei der Drehzahl von 100 U/min angetrieben. Versuche zum Ammoniakbetrieb begann MAN 2019 mit der Entwicklung eines Zweitaktmotors im RCC an zwei Motoren in Originalgröße.
Zur Realisierung des Ammoniakmotors wurde in Zusammenarbeit mit Klassifikationsgesellschaften, Reedern, Werften und Systemlieferanten eine Vorstudie zum Kraftstoffversorgungs- und Einspritzkonzept durchgeführt. Im Jahr 2021 wurden das Ammoniak-Kraftstoffversorgungssystem und die Hilfssysteme spezifiziert. 2022 begann die Installation der Systeme in Kopenhagen beim RCC mit der Instrumentierung für den Testmotor Nr. 1 mit einem Zylinder. Im Jahr 2023 wurden Ammoniak-Bunker- und Servicetankanlagen mit allen Hilfssystemen gebaut, um im Fall eines Lecks eine vollständige Eindämmung des Ammoniaks zu gewährleisten. Ebenso wurden alle Hilfssysteme mit Ammoniak und anschließend der Versuchsmotor Nr. 2 mit drei Zylindern bis 100% Last erfolgreich getestet.
MITSUI E&S hat im Februar 2025 den Beginn der Testphase für den ersten kommerziellen mit Ammoniak betriebenen Dual-Fuel-Zweitaktmotor bekannt gegeben [8]. Der Prototyp des MAN B&W 7S60ME-LGIA Mk 10.5-Motors (Liquid Gas Injection Ammonia) hat im Tamano-Werk von MITSUI E&S in Japan seinen Testlauf mit Ammoniak als Kraftstoff begonnen (s. Abb. 5).
Abbildung 5: Der MITSUI-MAN B&W 7S60ME-10.5-LGIA Motor wird von Imabari Shipbuilding in einen Massengutfrachter mit 200.000 DWT eingebaut (Quelle MAN)
6. Zusammenfassung
In dem vergangenen Jahrhundert entstanden interessante Konstruktionen für Schiffsmotoren, die im Laufe der Zeit vergleichbar mit der Evolution in der Natur zu den heutigen optimierten Bauformen geführt haben. Der Wettlauf mit den Dampfanlagen wurde gewonnen, als auch die Dieselmotoren mit Schweröl betrieben wurden. Damit die Schiffe bis 2050 klimaneutral werden, gibt es abhängig von der Schiffsgröße und Fahrtgebiet mehrere Optionen. Fähren können batterieelektrisch fahren, Hochseeschiffe benötigen „grüne“ Brennstoffe wie Wasserstoff, Methanol oder Ammoniak. Erste Methanolschiffe sind in Betrieb und Viertakt- und Zweitaktmotoren mit Ammoniakverbrennung befinden sich kurz vor der Marktreife auf den Prüfständen der Motorhersteller.
Alternative Kraftstoffe spielen laut Clarkson [9] inzwischen eine wichtige Rolle und machten im Jahr 2024 rund 50 % aller bestellten Tonnagen aus. Es wurden Neubauten gemeldet, die entweder LNG (390), Methanol (118), LPG (72), Ammoniak (25) oder Wasserstoff (12 Bestellungen) als Brennstoff nutzen können.
Literatur und Quellen
[1] Diesel, Rudolf: Die Entstehung des Dieselmotors, in STG-Band 14, Seite 267
[2] Junkers, H.: Studien und experimentelle Arbeiten zur Konstruktion meines Dieselmotors, in STG-Band 13, Seite 264
[3] Prager, Hans-Georg: Blohm & Voss. Schiffe und Maschinen für die Welt. Koehlers Verlagsgesellschaft, Herford 1977.
[4] Mehrere Verfasser: Zukünftige maritime Treibstoffe und deren mögliche Importkonzepte, Kurzstudie DLR in https://elib.dlr.de/186857/2/kurzstudie-maritime-treibstoffe.pdf
[5] Demonstrating a 2-stroke and 4-stroke large scale ammonia marine engine; https://cordis.europa.eu/project/id/101056835/reporting
[6] https://www.man-es.com/de/unternehmen/pressemitteilungen/press-details/2022/11/02/zweitakt-dual-fuel-motorenportfolio-mit-niedriger-drehzahl-knackt-die-tausender-marke
[7] Hochhaus, Karl-Heinz: Umwelt-und Energiewende in der Schifffahrt; 2018 Schiffsbetriebstechnik Flensburg
[8] https://www.man-es.com/de/unternehmen/pressemitteilungen/press-details/2025/02/17/mitsui-e-s-startet-test-eines-ammoniakmotors
[9] https://www.clarksons.com/home/news-and-insights/2025/green-technology-tracker-record-investments-in-alternative-fuel/
