Internationales Verkehrswesen (74) 2 | 2022 20 Mega-Schiffe - Mega-Trugschluss? Containerschifffahrt, Schiffsgrößen, Fuel/ TEU-Indicator, Total Costs-Indicator, Umschlagsproduktivität, Carbon Footprint Inwieweit ist ein weiteres Größenwachstum der Ultra Large Container Ships aus Betreibersicht noch sinnvoll? Wird eventuell nicht schon mit den aktuellen Schiffsgrößen das Gegenteil dessen bewirkt, was durch das Größenwachstum aus Betreibersicht eigentlich erreicht werden soll? Diesen Fragen wird anhand einiger grundsätzlicher Überlegungen nachgegangen, wobei insbesondere die Auswirkungen der längeren Hafenliegezeiten der immer größer werdenden Schiffe untersucht werden. Ulrich Malchow U ltra Large Container Ships (ULCS) mit mehr als 12.000- TEU sind mittlerweile die Arbeitspferde der weltweiten Containerschifffahrt. Grund für das auch von vielen Branchenkennern nicht für möglich gehaltene Größenwachstum der Schiffe auf aktuell rd. 24.000 TEU ist das Bestreben, die Economies-of-Scale (EoS) noch intensiver zu nutzen, um damit die Kosten pro transportiertem TEU weiter zu senken. Schiffbau- und Bunkerölpreise sowie Schiffsbetriebs-, im wesentlichen also Besatzungskosten, müssen als weltweit für alle Carrier auf einigermaßen demselben Niveau angesehen werden. Dass alle drei Kostenarten pro TEU im Grundsatz zunächst asymptotischen Kurven folgen, deren Verlauf mit wachsender Schiffsgröße immer flacher wird, ist bereits dargelegt worden [1, 2, 3]. Der Kostenvorteil pro TEU wird demnach mit wachsender Schiffsgröße immer geringer, während sich die Schiffsbetreiber gleichzeitig immer größere operationelle Nachteile einhandeln, wie z. B. nautische Beschränkungen, größere Havarierisiken und -schäden sowie längere Hafenliegezeiten, deren großer Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit gern ausgeblendet wird. Dass sich hierbei ein Verkehrsträger auf Kosten der anderen Glieder der intermodalen überseeischen Transportketten fortlaufend optimiert, ist mittlerweile in der Fachwelt weitgehend anerkannt: Wenn all die öffentlichen und privaten Investitionen berücksichtigt würden, die in den Häfen und bei den Hinterland-Verkehrsträgern getätigt werden mussten, um mit den Abmessungen der Giganten und der von ihnen verursachten „peak loads“ fertig zu werden, müsste konstatiert werden, dass die Entwicklung volkswirtschaftlich schon längst keinen Sinn mehr ergibt [4, 5]. Angesichts aktueller Überlegungen, über das aktuelle Maximum von rd. 24.000 TEU noch hinauszugehen und des Umstandes, dass die Suez-Kanal-Behörde den weiteren Ausbau des Kanals, der diesen Sprung auch zulassen würde, bereits beschlossen hat, ist davon auszugehen, dass sich auch in einem mittlerweile sehr konsolidierten Carrier- Umfeld immer ein Unternehmen finden wird, das ohne große Überlegung den eingeschlagenen Wachstumspfad blindlings fortsetzen wird, worauf sich die anderen Marktteilnehmer erfahrungsgemäß genötigt sehen würden, nachzuziehen, um im Wettbewerb um die niedrigsten Slotkosten nicht vermeintlich „achteraus zu segeln“, zumal aktuelle Stimmen einem fortgesetzten Größenwachstum der Schiffe anhaltende EoS-Effekte attestieren [6, 7]. Das soll Grund genug sein, die Sinnhaftigkeit des Einsatzes dieser Schiffe aus Carrier-Sicht grundsätzlich und objektiv zu untersuchen. Hierbei sollen insbesondere die Auswirkungen der zwangsläufig längeren Hafenliegezeiten der ULCS im Fokus stehen. Um möglichst allgemeingültige Zusammenhänge zu erkennen, die von den Spezifika einzelner Schiffe und Häfen unabhängig sind, und auch um hochkomplexe Einzelberechnungen zu vermeiden, beruhen die nachfolgenden Überlegungen im Wesentlichen auf der Anwendung allgemeingültiger Proportionalitäten. Aus der Untersuchung der Bahnkurven beim Containerumschlag verschiedener Containerschiffsgrößen (von 1.000 TEU bis zu bereits projektierten 32.000-TEU-Schiffen) ergibt sich, dass ihre Länge mit der Schiffsgröße erwartungsgemäß steigt - allerdings unterproportional. Demnach erhöht es die durchschnittliche Umschlagsdauer pro Container. Gleichzeitig kann die Anzahl der an einem Schiff stellbaren Containerbrücken nur unterproportional zur Schiffsgröße gesteigert werden, da die Länge eines Schiffes grundsätzlich nur mit ca. der 3. Wurzel seines Volumens steigt. Die Kombination beider Effekte bewirkt, dass die erforderliche Umschlagszeit bei Containerschiffen grundsätzlich direkt proportional mit ihrer TEU-Kapa- Foto: Rinson Chory / Unsplash LOGISTIK Seeschifffahrt Internationales Verkehrswesen (74) 2 | 2022 21 Seeschifffahrt LOGISTIK zität zunimmt. Das lässt sich geometrisch/ algebraisch relativ einfach herleiten [8]. Mit der Umschlagszeit verlängert sich naturgemäß auch die Hafenzeit. Bei einer in einem Liniendienst vorgegebenen Rundreisedauer und Abfahrtsfrequenz muss das größere Schiff auf See also schneller fahren. Der Brennstoffverbrauch steigt nach der physikalischen Theorie jedoch mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit (in der Praxis liegt der Exponent gar zwischen 3 und 4). Der ohnehin mit wachsender Schiffsgröße immer schwächer werdende EoS-Effekt wird also bei steigender Geschwindigkeit zunehmend kompensiert und verkehrt sich irgendwann gar ins Gegenteil! Folglich muss es in Bezug auf den Brennstoffbedarf pro TEU für jeden Liniendienst eine optimale Schiffsgröße geben. Da für jeden gesparten Tag im Hafen auf See langsamer gefahren werden kann, ist dabei die allgemeine Umschlagsproduktivität (unabhängig von der Schiffsgröße) ebenfalls ein entscheidender Parameter. Die für einen beliebigen Liniendienst in Bezug auf die Brennstoffmenge optimale Schiffsgröße CC fuel min lässt sich mit t RR‘ (Rundreisedauer abzgl. fester Revier- und Wartezeiten) und k i - (vorherrschende Umschlagsproduktivität gemessen an Schiffen der Größe i) sogar relativ einfach abschätzen [8]: CC t k fuel RR i min ≈ 0,2 Durch Einführung eines Fuel/ TEU-Indicators, der nicht den absoluten Verbrauch über die Rundreise pro TEU angibt, sondern zu diesem lediglich proportional ist, lässt sich der Effekt veranschaulichen: Bild 1 gibt den Verlauf des Indicators für eine typische 12-wöchige N.Europa-Fernost-Rundreise wieder, wobei die angegebene Tageszahl die Rundreisedauer abzüglich der festen Revier- und Wartezeiten (vorm/ im Hafen) angibt, die als konstant und damit von der Schiffsgröße unabhängig angesehen werden. Als Umschlagfaktor sind 1,462 x 10 -3 Tage/ TEU aus aktuellen Fahrplandaten auf Basis von 13.000 TEUSchiffen ermittelt worden [9]. Demnach stellt sich das Minimum des Fuel/ TEU-Indicators tatsächlich schon bei ca. 10.300 TEU ein. Würde die Rundreisedauer etwa durch „slow steaming“ um eine Woche verlängert werden (was allerdings ein 13. Schiff erforderlich machen würde, um Abfahrtsfrequenz und Transportkapazität zu halten), könnte die Brennstoffmenge pro TEU naturgemäß reduziert werden und die optimale Größe würde auf ca. 11.200 TEU steigen. Wird der Verlauf des Fuel/ TEU-Indicators über eine Bandbreite möglicher Umschlagsproduktivitäten (k 13.000 = 0,75…1,75 x 10 -3 Tage/ TEU) ermittelt (Bild 2), zeigt sich, dass eine erhöhte Umschlagsproduktivität den Fuel/ TEU-Indicator deutlich absinken lässt, da somit auf See langsamer gefahren werden kann. Gleichzeitig verschiebt sich die jeweils optimale Schiffsgröße deutlich in Richtung größerer Schiffe, und auch der Anstieg nach Durchlaufen der Minima ist umso flacher, je höher die Umschlagsproduktivität ist. Die gestrichelte Linie in Bild 2 verbindet die Minimumstellen. Kombinationen aus Schiffsgröße und Umschlagsproduktivität oberhalb dieser Linie ergeben unter dem Gesichtspunkt einer möglichst geringen spezifischen Brennstoffmenge bzw. CO 2 - Emissionen pro TEU demnach keinen Sinn! Verblüffende Beobachtung: Bei einer in einem N.Europa-Fernost-Dienst üblichen durchschnittlichen Umschlagsproduktivität von k i = 1,46 x 10 -3 Tage/ TEU liegt die in Bezug auf Brennstoffökonomie und Klimaschutz optimale Schiffsgröße bei der Hälfte der dort heute üblicherweise eingesetzten Schiffsgrößen. Erst ab einem Wert von k i < 0,75 x 10 -3 Tage/ TEU ergeben demnach 20.000 TEU-Schiffe überhaupt Sinn. Erweiterte Betrachtung Neben der Brennstoffmenge und den daraus resultierenden Kosten sowie den damit einhergehenden CO 2 -Emissionen pro TEU interessieren den Schiffsbetreiber im Wesentlichen zwei weitere wichtige Kostenarten: •• Kapitalkosten pro TEU •• Schiffsbetriebskosten pro TEU (hauptsächlich Besatzungskosten) Beide Kostenarten profitieren von im Grundsatz durchgehenden EoS-Effekten, d. h. dass keine gegenläufigen Effekte auftreten. Die entsprechenden Kurven werden allerdings in Richtung größerer Schiffe immer flacher [1]. Als neutrale Indikatoren für beide Kostenarten sind bereits die Leerschiffsmasse pro TEU (für Kapitalkosten) sowie die Besatzungsstärke pro TEU (für Betriebskosten) eingeführt und hergeleitet worden [2]. Diese Größen haben den Vorteil, dass sie nicht von dem aus dem jeweils aktuellen Marktgeschehen resultierenden Preis- und Zinsniveau oder Wechselkurs- Paritäten beeinflusst und womöglich kaschiert werden. Es sind eindeutige Größen, die nicht verfälscht werden können. Alle drei Indikatoren lassen sich zu einem Total Cost Indicator zusammenfassen, wobei zunächst angenommen wird, dass die drei Kostenarten gleichwertig sind und in einem Ausgangspunkt demnach mit jeweils 1 / 3 gewichtet sind, was nicht unrealistisch ist. Dieser Punkt wird willkürlich auf eine Schiffsgröße von 5.000 TEU (etwas größer als die früher im N.Europa-Fernost-Dienst üblicherweise eingesetzten Panamax-Schiffe) gesetzt und dergestalt normiert, dass jede Kostenart dort den Wert 1 einnimmt (Bild 3). Sodann werden die drei Kurven addiert. Für einen typischen N.Europa-Fernost- Dienst zeigt sich, dass unter o. g. Prämissen aus dem EoS-Effekt über alle Kostenarten, und damit auch in der Gesamtbetrachtung, Bild 1: Fuel/ TEU-Indicator für eine typische 12-wöchige N.Europa- Fernost-Rundreise Alle Darstellungen: Autor Bild 2: Fuel/ TEU-Indicator über eine Bandbreite möglicher Umschlagsproduktivitäten Internationales Verkehrswesen (74) 2 | 2022 22 LOGISTIK Seeschifffahrt bis zu einer Schiffsgröße von etwa 10.000 TEU eine anfänglich sehr starke Kostendegression resultiert. Ab ca. 17.500 TEU sind jedoch die Zuwächse des bereits ab ca. 10.300 TEU wieder ansteigenden Fuel/ TEU-Indicators (s. o.) größer als die immer schwächer werdende Abnahme bei den spezifischen Kapital- und Schiffsbetriebskosten, sodass in der Gesamtbetrachtung auch der Total Cost Indicator ab dort wieder ansteigt (eine Normierung auf andere Schiffsgrößen würde nichts an der Lage der Minima ändern). Sollten die Brennstoffkosten im Ausgangspunkt tatsächlich einen größeren Anteil an den Gesamtkosten pro TEU ausmachen, z. B. weil sich der Brennstoffpreis verdoppelt, sodass der Total Cost Indicator nunmehr bei 4 startet und die Wichtung der Brennstoffkosten demzufolge von 1 / 3 auf 1 / 2 steigt, würde der Total Cost Indicator schon bei ca. 15.000 TEU sein Minimum erreichen (Bild 4). Umgekehrt gilt es entsprechend. Tatsächlich liegt der Anteil der Brennstoffkosten erfahrungsgemäß zwischen 1 / 3 und 1 / 2 [10]. Wesentliche Erkenntnisse Das Wachstum der Schiffsgrößen führte anfänglich zu signifikanten EoS-Effekten hinsichtlich der spezifischen Kapital-, Schiffsbetriebssowie Brennstoffkosten pro TEU. Der EoS-Effekt ist jedoch hinsichtlich Brennstoffbedarf und Carbon Footprint pro TEU endlich! Insofern ist auch ein immer wieder vorgetragener Ecologies-of-Scale-Effekt gleichermaßen limitiert. Erst bei einer theoretisch denkbaren sehr hohen Umschlagsproduktivität k i < 0,75 x 10 -3 Tage/ TEU wandert die Minimumstelle in einen Bereich von 24.000 TEU. Die optimale Schiffsgröße in Bezug auf die benötigte Brennstoffmenge bzw. den Carbon Footprint pro TEU hängt von nur zwei Parametern eines Liniendienstes ab: •• Rundreisedauer abzüglich der festen Revier- und Wartezeiten (vorm/ im Hafen) •• Vorherrschende Umschlagsproduktivität (Umschlagfaktor) Ohne eine hohe Umschlagproduktivität ergibt der Einsatz von ULCS im Hinblick auf den Brennstoffverbrauch bzw. den Carbon Footprint pro TEU keinen Sinn. Werden auch die Kapitalkosten pro TEU sowie die Kosten des Schiffsbetriebes pro TEU (hauptsächlich Besatzungskosten) berücksichtigt, stellt sich auch in der Gesamtbetrachtung ein Minimum ein, das allerdings in Richtung größerer Schiffe wandert, d. h. der EoS-Effekt ist auch im Hinblick auf die Gesamkosten pro TEU endlich. Dabei verschiebt sich das Minimum der Gesamtkosten in Richtung kleinerer Schiffsgrößen, je größer die Wichtung der benötigten Brennstoffmenge pro TEU ist. Mit steigender Schiffsgröße wird zwar mehr Kapazität mit derselben Schiffsanzahl zur Verfügung gestellt, aber ab dem Minimumpunkt zu insgesamt höheren Kosten pro TEU. Durch Erhöhung der Rundreisedauer lässt sich der Brennstoffbedarf insgesamt senken sowie die optimale Schiffsgröße in Richtung größerer Schiffe verschieben. Allerdings werden damit mehr Schiffe erforderlich, um dieselbe Transportkapazität und Abfahrtsfrequenz zu bieten, d. h. Kapital- und Schiffsbetriebskosten in Bezug auf die insgesamt vorgehaltene Transportkapazität steigen entsprechend. Eine konkrete klimarelevante Erkenntnis ist z. B., dass bei üblicher Umschlagsproduktivität die mit rd. 24.000 TEU aktuell größten im N.Europa-Fernost-Verkehr eingesetzten Schiffe bereits deutlich die für die Gesamtkosten optimale Größe übersteigen und damit umso mehr diejenige für den Brennstoffbedarf bzw. den Carbon Footprint pro TEU. Die doppelte Anzahl an 12.000 TEU-Schiffen, die bei unveränderter Rundreisedauer entsprechend langsamer fahren würde, wäre deutlich klimafreundlicher! Nebenher würde sich auch die Servicequalität in Form einer verdoppelten Abfahrtsfrequenz erhöhen. ■ LITERATUR [1] Malchow, U. (2014): Größenwachstum von Containerschiffen - eine kritische Reflexion. In: Hansa - International Maritime Journal 7/ 2014. [2] Malchow, U. (2015): Der Fluch der »Economies of Scale«. In: Hansa - International Maritime Journal 8/ 2015. [3] Malchow, U.(2017): Es geht um Hamburg. Hansa - International Maritime Journal 3/ 2017. [4] Malchow, U. (2018): XXL-Containerschiffe - eine kritische Reflexion. In: Internationales Verkehrswesen 2/ 2018, S. . 40-43. [5] Merk, O. (2015): The Impact of Mega-Ships. OECD/ ITF, Paris, 2015. [6] Ge, J.; Zhu, M.; Sha, M.; Notteboom, T.; Wenming, S.; Xuefeng, W. (2021): Towards 25,000 TEU vessels? A comparative economic analysis of ultra-large containership sizes under different market and operational conditions. In: Maritime Economics & Logistics, Vol. 23, Iss. 4. [7] N.N.: The ‘gigamax’: Would a ‘post-megamax’ ship make any sense? Alphaliner 2021-22. [8] Malchow, U.( 2022): Mega-Schiffe - Mega-Irrtum? In: Logistics Journal (www.logistics-journal.de) 26.01.22. [9] Hapag-Lloyd AG: Fahrplandaten. www.hapag-lloyd.com; Zugriff: 09.07.21. [10] Garrido, J.; Saurí, S. (2020): Predicting the Future Capacity and Dimensions of Container Ships. Semantic Scholar, 23.06.20. Ulrich Malchow, Dr.-Ing. Ehem. o. Professor, Centre of Maritime Studies, Hochschule Bremen malchow@portfeederbarge.de Bild 3: Total Cost Indicator per TEU im N.Europa-Fernost-Dienst Bild 4: Total Cost Indicator per TEU im N.Europa-Fernost-Dienst bei höheren Brennstoffkosten