Energieaudit und CO2-Fußabdruck in der Schleppnetzfischerei

May 13, 2023

Scientific Data Band 9, Artikelnummer: 428 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Die Verbrennung fossiler Brennstoffe gilt als Hauptursache des Klimawandels, weshalb die Reduzierung von Emissionen zu einem zentralen Ziel des Pariser Klimaabkommens geworden ist. Durch eine kohärente Überwachung des Energieprofils von Fischereifahrzeugen durch ein Energieaudit können Ineffizienzquellen wirksam identifiziert werden, was den Einsatz fundierter und kosteneffizienter Abhilfemaßnahmen ermöglicht. Wir führten Energieaudits bei einer Testflotte von zehn Schiffen durch, die drei typische Mittelmeer-Schleppnetzfischereien repräsentieren: Mittelwasser-Doppelschleppnetz, Grundscherbrettkurre und Rapido-Baumkurre. Insgesamt verbrauchen diese Fischereien etwa 2,9 Liter Treibstoff pro Kilogramm angelandeten Fisch, der Treibstoffverbrauch variiert jedoch stark je nach Fanggerättyp und Schiffsgröße. Diese vom Fang bis zur Landung verbrannte Treibstoffmenge erzeugt durchschnittlich etwa 7,6 kg∙CO2/kg Fisch. Die Minimierung der Auswirkungen und des Energieverbrauchs entlang der gesamten Produktkette kann ein weiteres wesentliches Element zur Reduzierung der Umweltkosten der Fischerei sein. Unsere Ergebnisse lieferten eine Reihe anerkannter Benchmarks, die zur Überwachung der Fortschritte in diesem Bereich verwendet werden können.

Messungen)

Schiffsgeschwindigkeit • Breitengrad • Längengrad • Treibstoffverbrauch • Wellenrotationsgeschwindigkeit • Wellendrehmoment • Widerstand des Fanggeräts

Technologietyp(en)

GPS-Navigationssystem • Massen- und Volumendurchflussmesser • Wellenleistungsmesssystem mit optischem Sensor und Dehnungsmessstreifen

Faktortyp(en)

Kraftstoffverbrauch • Treibhausgasemissionen

Probeneigenschaft – Umgebung

Treibhausgas • fossiler Brennstoff

Probenmerkmal – Standort

Mittelmeer

Weltweit haben menschliche Aktivitäten großen Einfluss auf das Klima und die Temperatur der Erde1,2. Besonders besorgniserregend sind in diesem Zusammenhang die Reduzierung der Wälder, die Viehhaltung und die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Um die Auswirkungen des Klimawandels zu begrenzen und die Ziele des Pariser Abkommens3 einzuhalten, nämlich den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur auf deutlich unter 2 °C über dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen, ist eine rasche und deutliche Reduzierung der Emissionen unabdingbar.

Die aktive Meeresfischerei ist eine energieintensive Nahrungsmittelproduktionsmethode und ihre wirtschaftliche Nachhaltigkeit hängt stark vom Treibstoffverbrauch ab4. Fortschritte in der Fischereitechnologie haben auch zur Motorisierung der Fischereiflotten mit leistungsstärkeren Motoren und zu einem erhöhten Bedarf der Fischerei an fossilen Brennstoffen geführt5,6. Dies erfordert die Maximierung der Energieeffizienz, da der Kraftstoffverbrauch von Fischereifahrzeugen in der Regel der Haupttreiber des Energiebedarfs und der Treibhausgasemissionen (THG) aus der Fischereiproduktion ist und unabhängig von der verwendeten Ausrüstung oder den Zielarten zwischen 60 und 90 % der Emissionen ausmacht bis zur Landung4,7. Während die unzureichenden Analysetechniken es schwierig machen, Fischereigeräte und -praktiken nach ihren Treibhausgasemissionen zu klassifizieren, bietet der relative Kraftstoffverbrauch aller Methoden einen vernünftigen Ersatz für die Emissionen8. Tatsächlich neigen Schleppnetzfischereifahrzeuge, insbesondere im Mittelmeer, dazu, außergewöhnlich energieineffizient zu sein, und Ansätze zur Verbesserung ihrer Energieeffizienz würden der Wettbewerbsfähigkeit und Rentabilität der Fischereiindustrie sowie dem Umweltschutz zugute kommen9,10,11. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe für menschliche Aktivitäten erzeugt Emissionen verschiedener Treibhausgase, darunter Kohlendioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx), Schwefeldioxid (SO2) und flüchtige organische Verbindungen (außer Methan)12. Ein vorrangiges Ziel des Pariser Abkommens ist die nachhaltige Bewirtschaftung natürlicher Ressourcen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und insbesondere der CO2-Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Die Schleppnetzfischerei ist eine energieintensive Tätigkeit und ihre wirtschaftliche Nachhaltigkeit hängt stark vom Treibstoffverbrauch ab. Gleichzeitig können energieeffiziente Technologien und Verhaltensänderungen auch die Schäden an aquatischen Ökosystemen verringern, Emissionen reduzieren und die Treibstoffkosten der Fangfischerei senken13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23 . Die Reduzierung der Treibhausgasemissionen und die effiziente Nutzung von Ressourcen sind zu wichtigen politischen Zielen auf der Agenda der Europäischen Union geworden9,24. Eine gute Energieleistung der Flotten ist für eine wirtschaftlich und ökologisch nachhaltige Fischerei von entscheidender Bedeutung4.

Energieaudits sind wirksame Methoden, um eine klarere Vorstellung davon zu erhalten, wie Energie in einem Unternehmen genutzt wird, und um anschließend Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der damit verbundenen Kosten zu ermitteln4,25. Daher sollte die Einführung eines Energieaudits als eine der Strategien angesehen werden, die zur Verbesserung der Ergebnisse einer Fischerei eingesetzt werden können, die im Rahmen eines auf dem Ökosystemansatz der Fischerei (EAF) basierenden Managementsystems26 betrieben wird. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Studie ein Energieauditverfahren für Fischereifahrzeuge entwickelt und anschließend auf mehreren verschiedenen Fischereifahrzeugen erprobt. Das EAF-Konzept ist ein vielversprechender Ansatz für eine integrierte Umwelt- und Fischereiregulierung27,28,29, aber die energetischen Auswirkungen wurden vernachlässigt6,30. Dies ist besonders problematisch, da der Kraftstoffverbrauch auch mit Auswirkungen auf den Meeresboden zusammenhängt. Wie Thrane31 feststellt, kann die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs gleichzeitig mehrere andere Umweltprobleme in der modernen Fischerei angehen. Verbesserungen der Energieeffizienz können den Bedarf an Investitionen in Energieinfrastrukturen verringern, die Treibstoffkosten senken, die Wettbewerbsfähigkeit steigern und die negativen Auswirkungen der Fischerei auf die Umwelt verringern4. Dies zeigt, dass die Verwaltungen über wesentliche Instrumente verfügen, um eine nachhaltige und energieeffiziente Fischerei zu verfolgen, indem sie die Energiekosten direkt beeinflussen oder indirekt CO2-Quoten einführen, wie beispielsweise das Emissionshandelssystem der Europäischen Union32. Energieeffizienzaudits können als Instrument zur Bewertung der Leistung der Flotten sowie des Erfolgs der angewandten innovativen Techniken dienen25. Da die Zukunft weiterhin recht ungewiss ist und mit weiteren Öl- und Treibstoffpreiserhöhungen zu rechnen ist4,25, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um auf künftige Treibstoffpreiserhöhungen vorbereitet zu sein und eine wirtschaftlich, ökologisch und sozial nachhaltige Nutzung der Fischereiressourcen sicherzustellen.

Die Einführung von Energieaudits bei Fischereifahrzeugen stellt einen praktischen Ansatz dar, um Energieineffizienz entgegenzuwirken5,6,10. Bei einem Schiffsenergieaudit wird beurteilt, wie viel Energie einzelne Komponenten des Schiffes verbrauchen, darunter das Antriebssystem, die elektrischen und hydraulischen Wechselstrom- und Gleichstromkreise sowie die Kühlausrüstung.

Ein Energieaudit ermöglicht:

Festlegung einer Basislinie für den Energieverbrauch;

Schätzung des Energieverbrauchs jeder Komponente;

Zuordnung des Energieverbrauchs in Bezug auf bestimmte Schiffsaktivitäten (z. B. Segeln, Fischsuche oder Schleppen).

Diese Analyse ermöglicht es, Schwachstellen gezielt zu identifizieren und so maßgeschneiderte Lösungen und Abhilfemaßnahmen zu identifizieren. Hier ergeben sich Chancen durch die Verfügbarkeit neuer Technologien und Produkte, die den Kraftstoffverbrauch33 und die Abgasemissionen senken. Selbst einfache Maßnahmen können wirksam sein. Andere Experimente10,11 zeigten beispielsweise eine Kraftstoffeinsparung von bis zu 15 % durch Reduzierung der Dampfgeschwindigkeit um einen halben Knoten. Eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um 15 % stellt weltweit eine Einsparung von Millionen Litern Kraftstoff dar, was wiederum zu einer erheblichen Reduzierung der Emissionen und einer höheren Rentabilität der Fischereiindustrie führt.

Bei einem Energieaudit zeichnen empfindliche Instrumente den Kraftstoffdurchfluss, die Wellengeschwindigkeiten, das Drehmoment, den Wechsel- und Gleichstromfluss, die Strahlungswärme, den Hydraulikflüssigkeitsfluss und andere Parameter auf. Die erfassten Daten werden analysiert, um verschwenderische Komponenten mit hohem Energieverbrauch zu identifizieren, die die Grundlage für Energiesparmaßnahmen bilden.

Das aktuelle Interesse an der Entwicklung von Energieeffizienzstrategien für die Fischereiindustrie, einschließlich alternativer Kraftstoffe und Schmierstoffe, wurde durch einen erneuten Anstieg der Kraftstoffpreise und die Sorge um den Klimawandel ausgelöst. Das Erreichen von Energieeffizienz erfordert einen sorgfältig konzipierten, umfassenden und kohärenten Analyseansatz34, eine Voraussetzung, die Energieaudits erfüllen können. Der Eckpfeiler von Energieaudits für Fischereifahrzeuge liegt in der kontinuierlichen Überwachung ihrer Energieleistung. Dadurch können verschwenderische energieverbrauchende Komponenten identifiziert und Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz vorgeschlagen werden5. Darüber hinaus kann im Rahmen eines Geschäftsplans das Energieprofil des Schiffes bewertet werden, um zu verstehen, wie die Rentabilität durch Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz gesteigert werden kann. Energieaudits tragen dazu bei, sowohl auf ökologischer als auch auf wirtschaftlicher Ebene Nachhaltigkeit zu gewährleisten. Wie im Sprichwort „Wenn es sich lohnt, bleibt es“ wird eine Lösung, die den Kraftstoffverbrauch senkt, abzüglich der anfänglichen grünen Investitionen, die sich amortisieren, auch die Betriebskosten senken, was einen Anreiz für ihre Einführung darstellt.

Hier greifen wir auf dieses aufkommende Thema zurück, um einen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung zum Energieverbrauch in der Schleppnetzfischerei zu geben. In diesem Artikel werden die Schleppnetzflotten im Mittelmeer beschrieben und einige Fragen im Zusammenhang mit ihrer Bewirtschaftung behandelt. Auch wenn das Hauptaugenmerk auf dem Mittelmeer liegt, können einige Überlegungen zu Umweltfragen im Zusammenhang mit der Energienutzung weitgehend auf andere Regionen der Welt mit ähnlichen Flottenstrukturen übertragen werden. In Verbindung mit der Besorgnis über die Treibhausgasemissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird nun ein stärkerer Fokus auf die energieintensive Fischerei gelegt. Daher kann die Durchführung eines Energieaudits der erste wichtige Schritt zur systematischen Bewertung der potenziellen Kosten und Umweltauswirkungen kraftstoffsparender Praktiken auf alle Fischereien sein. Der mediterrane Kontext ist ziemlich typisch für die Kleinfischerei im europäischen Raum. Die Arbeitskosten sind im Allgemeinen niedrig und der Treibstoffverbrauch kann ganze 37 % der Kosten für die Schleppnetzfischerei ausmachen10,35. Daher bietet die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs zahlreiche wirtschaftliche und ökologische Vorteile, und diese positiven Ergebnisse könnten auch für andere Länder hilfreich sein.

Hier präsentieren wir die Ergebnisse einer analytischen Synthese von Daten und Energieleistungsindikatoren, um Kraftstoffverbrauchsmuster in der Fischerei zu identifizieren, die auf verschiedene Arten abzielt und unterschiedliche Fanggeräte einsetzt. Basierend auf früheren Erfahrungen mit Energieüberwachungssystemen an Bord von Fischereifahrzeugen wurde ein Standard-Energieaudit-Tool konzipiert10,11. Um Wert und Effizienz zu testen, wurden zwischen Juni 2008 und Juli 2018 mehrere Energieaudits für an Bord befindliche Mittelwasser-Zweitrawler (PTM), Einboot-Grundfischtrawler (OTB) und Rapido-Baumkurrentrawler (TBB), drei große Segmente der Schleppnetzflotte, durchgeführt des Mittelmeers36,37. Die Hauptziele dieser Arbeit sind daher:

- Anwendung des Energieaudit-Ansatzes für Fischereifahrzeuge auf einer Testflotte und Bewertung seiner Durchführbarkeit, Wirksamkeit und seines Nutzens;

- Basisdaten für Energiekostenanalysen zu sammeln;

- Bereitstellung von Informationen für die Eigner von Fischereifahrzeugen über den Basiswert des Treibstoffenergieverbrauchs ihres Schiffs sowie über den Energieverbrauch aller Schiffskomponenten und -aktivitäten; Und

- den Eigentümern dabei zu helfen, praktikable und kosteneffektive Energieeinsparmaßnahmen zu ermitteln.

Die aktuelle Studie wurde hauptsächlich zur Untersuchung des Energieverbrauchs durchgeführt, um anschließend mögliche Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieverbrauchs zu ermitteln. Da der Pool an Energieauditinformationen zu Fischereifahrzeugen im Mittelmeerraum wächst, sollte es intuitiv möglich sein, zu bestimmen, welche Forschungs- und Entwicklungsbereiche am meisten benötigt werden, und ein langfristiges Programm zum Aufbau des erforderlichen Pools an technischem Fachwissen in Angriff zu nehmen.

Für Tests wurden zehn Schiffe überwacht, die drei Hauptflottensektoren der Mittelmeerfischerei repräsentieren. Wir überwachten zwei Einboot-Grundfischtrawler (OTB), sieben Mittelwasser-Gespanntrawler (PTM) und einen Rapido-Baumkurrentrawler (TBB). Tabelle 1 zeigt die wichtigsten technischen Merkmale dieser Fischereifahrzeuge. Nach der Auswahl der Schiffe wurde eine Vorlage für ein Energieaudit entwickelt, um die Hauptmerkmale der Schiffe während der Angelausflüge zu bewerten (z. B. Motor-, Propeller- und Getriebeeigenschaften, Rumpftyp und -design).

Die Dauer eines Angelausflugs oder einer Überwachung wird von verschiedenen Variablen beeinflusst, wie z. B. der Zielart, der Fangausrüstung und den Wetterbedingungen. Die Angelausflüge finden je nach Fischereiart über die Wochen im Jahr hinweg relativ konstant statt. In einer gewöhnlichen Woche verlassen sowohl OTB- als auch TBB-Schiffe den Hafen am Montagmorgen und kehren am Donnerstagmorgen zurück. Auch die Laufzeit von PTM-Schiffen ist weitgehend konstant. Normalerweise gibt es tägliche Fahrten von Montag bis Donnerstag, wobei die Schiffe die Häfen am frühen Morgen verlassen und am späten Nachmittag zurückkehren. Für alle Fischereien sind die aktiven Angeltage von Montag bis Donnerstag, da von Freitag bis Sonntag in der Adria kein Angeln erlaubt ist (Tabelle 2).

Das Energieaudit wurde in vier Schritten durchgeführt:

Vorgespräch mit Fischern. Dies war notwendig, um Informationen über Schiffseigenschaften wie Größe, Leistung, Eigenschaften des Antriebssystems, Zielarten, Besatzung, Maschinen usw. zu sammeln;

Installation des Messkits auf dem Schiff;

Überwachung energieverbrauchender Komponenten und Datenaufzeichnung mit maßgeschneiderter Software während Angelausflügen;

Nachbearbeitung und Datenanalyse zur Berechnung von Energieleistungsindikatoren während des Dampf- und Schleppvorgangs, um das Energieprofil des Schiffes zu erstellen.

Während typischer kommerzieller Rundfahrten, die für Trawler aus verschiedenen Aktivitäten bestehen (z. B. Segeln, Fischsuchen oder Schleppen), wurden Schiffsuntersuchungen vor Ort zur detaillierten Analyse des Energieverbrauchs durchgeführt. Das vom National Research Council (CNR) konzipierte Datenerfassungssystem besteht aus zwei Durchflussmessern für den Kraftstoffverbrauch, einem Wellenleistungsmesser, einem hydraulischen und elektrischen Leistungsanalysator, zwei Wägezellen für den Schleppwiderstand und einem GPS-Datenlogger. Die seriellen Kommunikationsanschlüsse RS232/485 verbinden die Instrumente mit einem Computer, der die Datenerfassung automatisch steuert. Abbildung 1 zeigt das Layout des Messkits.

Datenerfassungssystem für die Schiffsuntersuchungen vor Ort zur detaillierten Analyse des Energieverbrauchs bei typischen kommerziellen Fischereifahrten. Das System besteht aus zwei Durchflussmessern für den Kraftstoffverbrauch, einem Wellenleistungsmesser, einem hydraulischen und elektrischen Leistungsanalysator, zwei Wägezellen für den Schleppwiderstand und einem GPS-Datenlogger. Die seriellen Kommunikationsanschlüsse RS232/485 verbinden die Instrumente mit einem Laptop und steuern automatisch die Datenerfassung.

Zu Beginn des Experiments untersuchten wir die Genauigkeit, Präzision und Robustheit verschiedener Kraftstoffdurchflussmesser und ermittelten die genaueste Methode zur Messung des Kraftstoffverbrauchs sowie die Passform der Geräte. Außerdem haben wir getestet, ob die Sensoren den allgemeinen Bedingungen auf Fischereifahrzeugen gewachsen sind. Das ausgewählte Hauptmessgerät bestand aus zwei Coriolis-Massendurchflusssensoren, einem Mehrkanalschreiber und einem GPS-Datenlogger (Abb. 2a). Beide Durchflusssensoren waren an einen Mehrkanalschreiber angeschlossen (Abb. 2b), der die Kraftstoffverbrauchsrate [l/h] sowie den gesamten Kraftstoffverbrauch [l] anzeigte.

An Bord der überwachten Fischereifahrzeuge ist ein System zur Kraftstoffeffizienz des Motors installiert. (a) Massendurchflusssensoren zur Messung des Kraftstoffverbrauchs; (b) auf der Schiffsbrücke montierter Mehrkanalschreiber zur Visualisierung des Kraftstoffverbrauchs; (c) GPS-Datenlogger.

Die Coriolis-Messung hängt nicht von den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit wie Viskosität und Dichte ab. Um sowohl den aktuellen als auch den gesamten Kraftstoffverbrauch genau zu messen, wurden die Massenstromsensoren am Einlass und Auslass des Hauptschiffsmotors positioniert. Diese Einstellung stellte sicher, dass Sensoren den Kraftstoffverbrauch des Antriebssystems und anderer leistungsintensiver Komponenten, z. B. Pumpen, Generatoren usw., messen, die normalerweise mit dem Hauptmotor verbunden sind. Das Coriolis-Messgerät, der in dieser Studie verwendete Sensortyp, ist eine sinnvolle Wahl, wenn der Kraftstoffverbrauch über 25 l/h liegt, insbesondere wenn ein erheblicher Rückfluss vom Motor zum Tank erfolgt. Da Coriolis-Zähler den Massendurchfluss messen, ist keine Temperaturkorrektur wie bei herkömmlichen Turbinenradzählern erforderlich. Auch wenn der Temperaturanstieg in der Kraftstoffauslassleitung erheblich ist, liefern Coriolis-Messgeräte präzise und genaue Kraftstoffverbrauchsmessungen10.

Unter Berücksichtigung der technischen Spezifikationen im Datenblatt des Durchflussmessers können die maximalen gemessenen Ablesefehler (mme) für verschiedene Betriebsbedingungen berechnet werden:

Dabei ist zps die Nullpunktstabilität und mv der gemessene Wert. Bei den installierten Coriolis-Sensoren, die eine Nullpunktstabilität von 0,20 l/h aufweisen, beträgt der maximale Messfehler 2,7 % der Messwerte für den Mindestdurchfluss von 10 l/h. Unter normalen Schleppnetz- und Segelbedingungen, bei denen die mittleren Durchflussmengen ≥ 50 l/h betragen, betragen die MME jedoch ≤ 1,1 % der Messwerte.

Neben dem Kraftstoffverbrauch wurden gleichzeitig auch georeferenzierte Positionen und die Geschwindigkeit jedes Transports erfasst. Die GPS-Loggereinheit, die Breitengrad, Längengrad und Geschwindigkeit aufzeichnet, verfügt nicht über eine Anzeige im Fahrzeug (Abb. 2c). Es besteht aus einem Datenlogger und einem 8-Kanal-GPS-Empfänger, der mit einer externen Antenne verbunden ist. Die Daten wurden mit einer Geschwindigkeit von 1 Sekunde auf Compact-Flash-Speichergeräten gespeichert und regelmäßig zur Datenausarbeitung heruntergeladen. Für zwei Schiffe (PTM03 und OTB02) wurde der effektive Kraftstoffverbrauch mit zwei tragbaren Ultraschall-Durchflussmessern gemessen (Abb. 3). Das Messsystem besteht aus einem Sender und zwei Sensoren. Bei diesem Messverfahren werden akustische (Ultraschall-)Signale zwischen den beiden Sensoren übertragen. Das System basiert auf dem Prinzip der Laufzeitdifferenz. Die Signale werden in beide Richtungen gesendet, dh der Sensor fungiert sowohl als Schallsender als auch als Schallempfänger (Abb. 3). Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen entgegen der Strömungsrichtung geringer ist als entlang der Strömungsrichtung, entsteht ein Laufzeitunterschied. Dieser Laufzeitunterschied ist direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. Aus der gemessenen Laufzeitdifferenz und der Rohrquerschnittsfläche berechnet das Messsystem den Volumenstrom des Fluids. Zusätzlich zur Messung der Laufzeitdifferenz misst das System gleichzeitig die Schallgeschwindigkeit des Fluids. Diese zusätzliche Messgröße kann zur Unterscheidung verschiedener Flüssigkeiten oder zur Bestimmung der Kraftstoffqualität genutzt werden.

Messprinzip und Montageanordnung des tragbaren Ultraschall-Durchflussmessers. Das System verfügt über zwei akustische Sensoren (a,b) zur Messung des Volumenstroms (Q) des Fluids aus der Rohrquerschnittsfläche (A) und der durch die Laufzeitdifferenz (Δt) ermittelten Strömungsgeschwindigkeit (v).

Der Messfehler dieser Ultraschall-Durchflussmesser hängt von mehreren Faktoren ab. Man unterscheidet zwischen dem Messfehler des Gerätes, der 0,5 % der Messwerte beträgt, und einem zusätzlichen, anlagenspezifischen Messfehler (typischerweise 1,5 % des Messwerts), der unabhängig vom Gerät ist. Der gemessene anlagenspezifische Fehler ist abhängig von den Einbaubedingungen vor Ort, wie Nennweite, Wandstärke, Rohrgeometrie, Fluid etc. Die Summe der beiden Messfehler ergibt den maximalen Messfehler an der Messstelle. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von >0,3 m/s und einer Reynolds-Zahl >10000 liegen die typischen Fehlergrenzen bei: ± 2 % vom Messwert ± 0,05 % vom Endwert, was bei den verbauten Ultraschallgeräten einem Wert von 10 m/s entspricht.

Die vom Hauptmotor an den Propeller für den Antriebsschub abgegebene Leistung wird mit einem Wellenleistungsmesser gemessen, der mit einem batteriebetriebenen Dehnungsmessstreifen am Schaft ausgestattet ist (Abb. 4). Der Drehmomentwandler der Propellerwelle misst die Oberflächenspannung an der Welle über einen Dehnungsmessstreifen, der als „Wheatstone-Brücke“ konfiguriert ist, und nutzt eine Funkübertragung mit kurzer Reichweite für die Datenübertragung zum Empfänger außerhalb der Welle. Der Drehmomentwandler der Propellerwelle nutzt eine Funkübertragung mit kurzer Reichweite für die Datenübertragung von der rotierenden Welle zum Empfänger außerhalb der Welle. Der Rekorder misst die Wellendrehzahl über einen optischen Näherungssensor. Das System eröffnet die Möglichkeit, Daten vor Ort genau zu erfassen, ohne dass der Schacht unterbrochen oder modifiziert werden muss. Die verwendeten Dehnungsmessstreifen werden mit dem Steckverbinder geliefert, sodass kein Löten erforderlich ist, und verfügen über eine gekapselte Beschichtung, um die Abdichtung gegen Umgebungseinflüsse zu vereinfachen. Laut technischer Dokumentation weist die Instrumentierung eine Ablesegenauigkeit von 0,1 % auf.

Drehmomentmesser und Videokamera-Drehzahlzählgerät. Für die Wellenleistungsbewertung werden beide Geräte verwendet: (a) eine Lupe, die den Dehnungsmessstreifen zeigt, der auf der Propellerwelle installiert und mit der Datenerfassungsbox verbunden ist; (b) Videokamera zur Übertragung des Drehmoments und der Drehzahl an einen Personalcomputer über einen seriellen RS232/485-Anschluss.

Die Erfassung der elektrischen und hydraulischen Leistungsdaten erfolgt durch einen einzigen Datenlogger (Abb. 5a). Der hydraulische Leistungsanalysator besteht aus einer Sensoranordnung, die Durchfluss und Druck aus der Haupthydraulikleitung liefert (Abb. 5b). Die elektrische Energieversorgung des Generators wird mit zwei Stromzangen gemessen (Abb. 5c). Das Instrument bietet eine Einpunktkalibrierung, die Genauigkeitsfehler des Instruments beseitigen kann. In den technischen Datenblättern wird eine Genauigkeit von <1 % für Druck- und elektrische Messungen angegeben.

Elektrisches und hydraulisches Wechselstrom-Datenerfassungssystem. (a) Komplettes System; (b) Hydrauliksensor, der den Durchfluss und den Druck aus der Hydraulikleitung misst; und (c) Stromzangen, die die elektrische Stromversorgung vom Generator messen.

Zwei elektronische Wägezellen messen die Krümmungskräfte beim Schleppvorgang. Gemäß den technischen Spezifikationen ist in den Messzellen ein temperaturkompensierter Dehnungsmessstreifen mit einer Auflösung von 2,2 kg und einer Genauigkeit von 25 kg montiert. Nach dem Abschuss des Fanggeräts werden Kraftmessdosen an den Schleppketten angebracht, um den Gesamtwiderstand des Fanggeräts (Abb. 6) mit einer Messrate von 1 s zu messen.

Kraftmesszelle zur Messung des gesamten Getriebewiderstands. Zwei elektronische Wägezellen wurden verwendet, um die Kettlasten während des Schleppvorgangs zu messen.

Das am CNR konzipierte, getestete Datenerfassungssystem besteht aus einem tragbaren Laptop, der die Datenerfassung automatisch steuert und durch maßgeschneiderte Software eine korrekte Echtzeitfunktion der Schiffsüberwachung gewährleistet. Die Datenverarbeitungssoftware ist in Microsoft Visual Basic geschrieben und die Datenspeicherung und -verwaltung erfolgt über eine Microsoft Access-Datenbank. Auf Anfrage sind Code und Datenbankstruktur sowie eine vollständige Dokumentation und Beratung zur Ausweitung der Anwendung auf andere Fischereien erhältlich.

Der Gesamtenergieverbrauch ergibt sich aus einem komplexen Zusammenspiel von Komponenten und Vorgängen während der Angelausflüge. Diese sind im Hinblick auf Kosten und Nutzen sowie die Unternehmensrentabilität relevant und tragen zu einem umfassenden Bild des Energieinputs und -outputs bei.

Ein neuer und maßgeschneiderter Indikator namens Energy Performance Indicator (EPI) wird eingeführt, um Fangmethoden zu vergleichen, bei denen dieselbe Art befischt wird, möglicherweise in derselben Region. Effizientere Schiffe haben höhere EPI-Werte, die als Verhältnis zwischen der an den Propeller abgegebenen Antriebsleistung, PS[kW], und der Wärmeleistung des verbrannten Treibstoffs, PF[kW], berechnet werden:

mit

Und

wobei RPS in Gl. (2) ist die mittlere Propellerwellenumdrehung pro Sekunde und wird wie folgt berechnet:

Während kM in Gl. (2) ist das Zwischendrehmoment der Propellerwelle in [kNm]-Einheiten:

Der Kraftstoffverbrauch, fc[l/s] in Gl. (3) ergibt sich aus dem gemessenen Kraftstoffverbrauch des Hauptmotors, hFC[l/h], und wird wie folgt berechnet:

Gemäß der Norm ISO 3675:199838 variiert die Dieseldichte zwischen 0,820 und 0,890 kg/l, in Gl. (3) Wir haben für unsere Berechnung einen Mittelwert von \(\rho \left[kg/l\right]=0,860\) angenommen.

LHV in Gl. (3) ist der untere Heizwert des Diesels, der gemäß ISO 8217:201739 42,7 [kJ/kg] beträgt:

Der untere Heizwert (auch Nettoheizwert genannt) eines Brennstoffs ist definiert als die Wärmemenge, die bei der Verbrennung einer bestimmten Menge (zunächst bei 25 °C) und der Rückkehr der Temperatur der Verbrennungsprodukte auf 150 °C freigesetzt wird Die latente Verdampfungswärme des Wassers in den Reaktionsprodukten wird nicht zurückgewonnen40. Bemerkenswert ist, dass EPI nur den Energieverbrauch des Hauptantriebssystems berücksichtigt, da in anderen Studien11,41 gezeigt wurde, dass weder die elektrischen noch die hydraulischen Komponenten die Gesamtverbrauchsbilanz von Mittelmeer-Trawlern wesentlich beeinflussen11,41.

Was die Treibhausgasemissionen im Zusammenhang mit der Kraftstoffverbrennung betrifft, ist es wichtig zu wissen, dass sie eine Funktion sind von: i) dem Volumen des verbrannten Kraftstoffs, ii) der Dichte des Kraftstoffs, iii) dem Kohlenstoffgehalt des Kraftstoffs und iv) dem Anteil des Kohlenstoffs, der zu CO242,43,44 oxidiert wird. Erdöldiesel wird durch fraktionierte Destillation von Rohöl bei 200–350 °C hergestellt, was zu einer Mischung von Kohlenstoffketten führt, die typischerweise zwischen 9 und 25 Kohlenstoffatomen pro Molekül enthalten45. Für unsere Berechnungen gingen wir von 15 Kohlenstoffatomen pro Dieselmolekül aus. Da die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe die chemische Formel CnH2n46 haben, beträgt die Molmasse eines Moleküls C15H30 daher:

wobei 12 und 1 in den Formeln von Gl. (8) sind die Standard-Atomgewichte von Kohlenstoff bzw. Wasserstoff46. Bei einer mittleren Dichte von 860 g/l entspricht 1 Liter Diesel 4 Mol C15H30 (also 860/210≃4) oder 60 Mol Kohlenstoff (also 4 × 15 = 60), wobei 15 sind die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Dieselmolekül.

Eine vereinfachte Gleichung für die Verbrennung eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs kann wie folgt ausgedrückt werden:

Bei der Verbrennungsreaktion nach Gl. (9) Der Prozess erzeugt Wärme, die in mechanische Energie umgewandelt wird, während sich der Wasserstoff aus dem Kraftstoff mit Sauerstoff aus der Luft verbindet, um Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) zu erzeugen. Somit entsteht bei der Verbrennung von 1 Liter Diesel (d. h. 60 Mol Kohlenstoff) eine entsprechende Menge von 60 Mol Kohlendioxid mit einem Gesamtgewicht von:

wobei 16 das Atomgewicht des Sauerstoffs ist. Basierend auf den verfügbaren Informationen über den verbrauchten Kraftstoff HFC[l/h], die entsprechende Gleichung zur Berechnung der kraftstoffbedingten Treibhausgasemissionen (z. B. CO2-Äquivalent pro Liter Kraftstoff basierend auf dem chemischen Gehalt von Schiffskraftstoffen) in einer Stunde ist wie folgt:

Dieser Indikator ist eine lineare Funktion des Energieverbrauchs und weist daher eine ähnliche Leistung auf. In der aktuellen Studie umfassen Kraftstoffverbrauch und CO2-Fußabdruck daher die Emissionen vom Fang bis zur Landung und berücksichtigen nicht die Emissionen nach der Landung, einschließlich Verarbeitung, Verpackung und Transport.

Für jede Fischereiaktivität (z. B. Segeln oder Fischsuche und Angeln) umfasste die Datenanalyse die Identifizierung homogener Lastbedingungen des Motors (nämlich Feld Dval im Datensatz, siehe Tabelle 3), für die wir Mittelwerte berechnet haben die Hauptparameter (z. B. SOG, RPM, M, PS, PF, FT, hFC und hGHG). Alle diese Parameter und der EPI-Indikator wurden auch anhand der Durchschnittsgeschwindigkeit modelliert, um standardisierte Durchschnittswerte abzuschätzen: 1) bei einer festen Geschwindigkeit von 10 kn unter Dampfbedingungen und; 2) bei schiffsspezifisch resultierender mittlerer Geschwindigkeit beim Schleppen. Da der Kraftstoffverbrauch der relevanteste Parameter ist, wurden die Mittelwerte (Liter/Stunde) bei Dampf- und Schleppbedingungen korreliert und gegen die mittlere Schiffsgeschwindigkeit aufgetragen.

Für jedes Schiff wurden dann die jährlichen Fangdaten und der Kraftstoffverbrauch verwendet, um die Kraftstoffverbrauchsintensität (FUI) zu berechnen, die üblicherweise in Litern verbranntem Kraftstoff pro Tonne Lebendgewicht-Anlandungen47 ausgedrückt wird, und den CO2-Fußabdruck (CF) in kg CO2 zu berechnen -eq/Tonne angelandeten Fisch47. Der Kraftstoffverbrauch kann im Allgemeinen als Indikator für den CO2-Fußabdruck der Fischerei verwendet werden, was vernünftige Schätzungen ermöglicht, ohne dass der Zeit- und Arbeitsaufwand für eine vollständige Ökobilanzstudie (LCA) erforderlich ist47,48,49.

Um den Detaillierungsgrad zu erhöhen, wurde ein ergänzender hochauflösender Logbuchdatensatz direkter Beobachtungen kombiniert, der 2019 von wissenschaftlichem Personal auf 45 kommerziellen Fischereifahrzeugen (19 OTB, 8 TBB und 18 PTM) gesammelt wurde und Informationen zu Anlandungen und Treibstoffverbrauch enthält mit den Energieaudits vor Ort. Das elektronische Logbuch ist das Schlüsselelement des elektronischen Aufzeichnungs- und Meldesystems (ERS), das im Europäischen Fischereikontrollrahmen50,51,52 definiert ist und zur Aufzeichnung, Meldung, Verarbeitung, Speicherung und Übermittlung von Fischereidaten (Fänge, Anlandungen, Verkäufe und Umladungen) dient. . Die analysierten Logbuchdaten für 2019 umfassten somit den Aufwand (in aktiven Fangtagen), den Kraftstoffverbrauch und die jährlichen Anlandungen insgesamt und nach Arten, was die Berechnung von FUI und CF für jedes Fischereifahrzeug ermöglichte. Um eine Schätzung des fischereispezifischen Kraftstoffverbrauchs zu erhalten, wurde der kombinierte Datensatz (z. B. Energieaudits und hochauflösender Logbuchdatensatz) verwendet, um die Beziehung zwischen dem täglichen Kraftstoffverbrauch und der Gesamtlänge des Schiffs (LOA) zu modellieren. Dieses theoretische LOA-basierte Kraftstoffverbrauchsmodell, das auf den kombinierten analysierten Datensatz reagierte, wurde dann skaliert, um den täglichen Kraftstoffverbrauch der gesamten nationalen Flotte/Segmente abzuleiten.

Wie oben erwähnt, wurde das theoretische LOA-basierte Kraftstoffverbrauchsmodell auf den Aufwandsdatensatz der Scientific Fisheries Dependent Information (FDI) angewendet, um den spezifischen Kraftstoffverbrauch pro Fangtag (einschließlich Dampf- und Schleppbetrieb) für jedes Fischerei- und Schiffssegment abzuleiten. Die nationalen FDI-Anlandungen wurden mit den Aufwandsdaten und damit dem Treibstoffverbrauch abgeglichen, um die Berechnung von FUI und CF auf der Ebene der gesamten Flotte und der Schiffssegmente zu ermöglichen.

Der jährliche Fischereiflottenaufwand und die Anlandungsdaten der gesamten nationalen Schleppnetzflotte für 2019 wurden aus der FDI-Datenbank abgerufen und in aggregierter Form frei verfügbar gemacht, um den Zugriff durch das Datenverbreitungstool der Gemeinsamen Forschungsstelle (JRC) zu erleichtern, mit detaillierten Anlandungen nach Fanggerät und Arten und Erfassungsbereich. Die FDI-Datenbank wird jährlich aktualisiert und zusammen mit Informationen zu den Datenverarbeitungsverfahren unter https://stecf.jrc.ec.europa.eu/dd/fdi veröffentlicht. Das JRC-Datenverbreitungstool ermöglicht den Zugriff auf Daten, die von den EU-Mitgliedstaaten gemäß den Bestimmungen des Data Collection Framework (DCF)53 an die Europäische Kommission übermittelt werden. Fischereidaten werden von den EU-Mitgliedstaaten auf der Grundlage nationaler Stichprobenprogramme zur Umsetzung der Gemeinsamen Fischereipolitik (GFP) der EU erhoben.

Für jede überwachte Schiffsfahrt dieser Studie wurden Rohdaten im Abstand von 1 s auf Festplatten gespeichert und am Ende jedes Audits oder jeder Schiffsüberwachung zur Datenausarbeitung heruntergeladen. Zunächst wurde ein Datenbereinigungsprozess interaktiv mit Data-Wrangling-Tools oder als Stapelverarbeitung durch Skripting durchgeführt, um beschädigte oder ungenaue Datensätze zu erkennen und zu korrigieren. Die festgestellten Inkonsistenzen könnten ursprünglich durch eine Beschädigung der Übertragungs- oder Messgeräte verursacht worden sein. Die Ungenauigkeit einer einzelnen Messung wurde möglicherweise als akzeptabel angesehen und hängt mit dem inhärenten technischen Fehler des Messgeräts zusammen. Daher konzentrierte sich die Datenbereinigung nur auf Fehler, die über geringfügige technische Abweichungen hinausgehen und eine erhebliche Verschiebung innerhalb oder außerhalb der Bevölkerungsverteilung darstellen.

Nach der Bereinigung wurden die Rohdaten in 10-Sekunden-Intervallen gemittelt, um sie in einer Microsoft Access-Datenbank zu speichern. Schließlich wurden speziell Routinen geschrieben, um die zeitlich gemittelten Daten in eine ausgearbeitete ASCII-Datei zu exportieren und über ein uneingeschränktes Repository bei Figshare54 als CSV-Datei (Comma-Separated Values) verfügbar zu machen. Der Datensatz umfasst 15 Felder, die zusammen die Segelmuster oder die Suche nach Fischen und Schleppaktivitäten beschreiben, die mit dem Energieverbrauch und den kraftstoffbedingten Treibhausgasemissionen verbunden sind. Alle Feldcodes und Definitionen sind in Tabelle 3 beschrieben, um die Wiederverwendung und Wiederverarbeitung von Daten zu erleichtern. Darüber hinaus wurden die ausgearbeitete Microsoft Excel-Datei der hochauflösenden Logbücher55 und die FDI-Dateien mit Fangkapazitäts-, Fischereiaufwands- und Fangdaten56 auch über uneingeschränkte Repositories bei Figshare verfügbar gemacht.

Der vorliegende Datensatz zu Energieaudits, einschließlich unveröffentlichter früherer Versionen, stellt eine wertvolle Ressource für weitere Forschungen dar. Energieaudits ermöglichen es Unternehmen, ihren Status in Bezug auf den Energieverbrauch zu ermitteln. In der Fischerei erstellen sie einen detaillierten Überblick über die Energieströme jeder einzelnen Aktivität und schlagen Maßnahmen vor, die zur Reduzierung des Energiebedarfs beitragen und so zu wirtschaftlichen und ökologischen Einsparungen führen57. Die festgelegten Grundlagen zu Energieverbrauch und Emissionen stellen die Ergebnisse in Form von Maßnahmen anhand definierter Benchmarks dar. Diese Benchmark-Daten können zur Leistungsanalyse innerhalb einer Fischerei oder zwischen Fischereien sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene verwendet werden. Darüber hinaus werden solche Daten einer Reihe von Parteien zugute kommen, die an energieeffizienter Fischerei interessiert sind, nämlich Fischereimanagern, Regierungsorganisationen und Organisationen mit Naturschutzinteressen.

Andere Energieauditstudien oder Veröffentlichungen, die sich mit der Nutzung von Kraftstoffenergie durch die Fischereiindustrie befassen4,5,6,7,47,48,57,58,59,60,61,62 können hilfreiche Informationen über den Energieverbrauch und die CO2-äquivalenten Emissionen liefern in anderen Fischereien und kann zur Unterstützung der technischen Qualität der aktuellen Datensätze verwendet werden.

Die Aktivitätsmuster des Kraftstoffverbrauchs, der Treibhausgasemissionen, der Wärmeleistung des verbrannten Kraftstoffs und der daraus resultierenden abgegebenen Leistung sind in Tabelle 4 zusammen mit dem zugehörigen Energieleistungsindikator (EPI) aufgeführt. Diese Informationen werden für ein breites Spektrum von Menschen aufschlussreich sein, angefangen von proaktiven Eigentümern von Fischereifahrzeugen, die Notfälle planen, wenn die Dieselpreise steigen und die Gewinne schmälern, bis hin zu Regierungen, Industrieberatern und Entscheidungsträgern, die sich für die Sicherung der Zukunft einer Branche einsetzen, auf die sie sehr angewiesen ist Treibstoff zur Gewinnung wertvoller Fischressourcen. Den in der vorliegenden Studie erzielten Ergebnissen zufolge ist der Baumkurrenfischer Rapido, der Seezunge (Solea solea) und Purpurmurex (Bolinus brandaris) befischt, insgesamt am wenigsten effizient (Rang 10, Tabelle 4), während er mit Ausnahme von zwei Schiffen (PTM3 und PTM5), die Mittelwasser-Zweitrawler, die auf kleine pelagische Arten wie europäische Sardellen (Engraulis encrasicolus) und Sardinen (Sardina pilchardus) abzielen, sind die effizientesten Fischereifahrzeuge.

In Abb. 7 bzw. 8 sind die mittleren Kraftstoffverbrauchswerte aufgetragen gegen die Schiffsgeschwindigkeit bei homogenen Lastbedingungen des Motors während der Dampf- und Schlepptätigkeit dargestellt. Alle Daten, die in einem für Segeln oder Fischsuchen typischen Geschwindigkeitsbereich (5–12 kn) aufgezeichnet wurden, wurden auf Dampfbedingungen analysiert. Die Fischereifahrzeuge führten während der überwachten Fahrten mehrere Fänge unter unterschiedlichen Bedingungen, wie Wind- und Wellenstärke, durch. Um die Schiffsleistung zu vergleichen, wurden in Tabelle 4 die mittleren modellierten Werte aller Parameter (hFC, hGHG, PS, PF und EPI) bei 10 kn für das Dampfen und bei jeder schiffsspezifischen Durchschnittsgeschwindigkeit für das Schleppen angegeben. Mittelwasser-Gespanntrawler (PTM) und Rapido-Baumkurrentrawler (TBB) weisen im Vergleich zu OTB sowohl im Dampf- als auch im Schleppbetrieb tendenziell einen höheren Leistungsbedarf (PS) und eine höhere Wärmeleistung (PF) des verbrannten Treibstoffs auf. Mit Ausnahme von PTM3, das beim Dämpfen zu den schlechtesten Leistungen mit dem niedrigsten EPI führte (Tabelle 4), ist ihr standardisierter EPI höher und damit ihre Effizienz.

Mittlerer Treibstoffverbrauch, hFC[l/h], während der Dampffahrt (Segeln oder Fischsuche) in Abhängigkeit von der Schiffsgeschwindigkeit, SOG[kn]. Der mittlere Kraftstoffverbrauch wird für jeden homogenen Lastzustand des Motors berechnet. Die Hauptmerkmale der überwachten Schiffe (OTB: Single Boat Bottom Otter Trawler; PTM: Midwater Pair Trawler) sind in Tabelle 1 aufgeführt. Auf der rechten Seite wurde für jedes Schiff der standardisierte Energieleistungsindikator EPI bei 10 kn angegeben . Je höher der EPI, desto effizienter ist das Fischereifahrzeug.

Mittlerer Treibstoffverbrauch, hFC[l/h], bei Schlepptätigkeiten in Abhängigkeit von der Schiffsgeschwindigkeit, SOG[kn]. Der mittlere Kraftstoffverbrauch wird für jeden homogenen Lastzustand des Motors berechnet. Die Hauptmerkmale der überwachten Schiffe (OTB: Einzelboot-Schottertrawler; PTM: Mittelwasser-Paartrawler) sind in Tabelle 1 aufgeführt. Auf der rechten Seite der mittlere modellierte Wert des Energieleistungsindikators EPI im schiffsspezifischen resultierenden Mittelwert Die Geschwindigkeit beim Schleppen wurde für jedes Schiff gemeldet. Je höher der EPI, desto effizienter ist das Fischereifahrzeug.

Die Analyse der Fänge und des Kraftstoffverbrauchs je nach Fischereiaktivität ermöglicht genauere Schätzungen der Kraftstoffverbrauchsintensität und des CO2-Fußabdrucks der verschiedenen Flotten. Um diesen Ansatz in die Praxis umzusetzen, besteht der erste Schritt in der Definition homogener Gruppen von Fischereifahrzeugen63. Bei der Einrichtung des European Data Collection Framework (DCF)64 wurde die Definition übernommen, der wir hier folgen: Ein Métier ist eine Gruppe von Fischereitätigkeiten, die während eines bestimmten Zeitraums des Jahres und innerhalb eines bestimmten Zeitraums des Jahres mit einem bestimmten Fanggerät auf eine bestimmte Artengruppe abzielen den spezifischen Bereich. Daher wurden die Energieaudits vor Ort und ergänzende hochauflösende Logbuchdatensätze zusammengeführt, um FUI und CF nach Metier zu definieren.

Es wurden sieben Métiers mit ähnlichen Fanggeräten, Fangzusammensetzungen, Fanggebieten und daraus resultierenden FUI- und CF-Werten identifiziert (Tabellen 5–7), sodass sie neben ihrem statistischen Umfang auch einen wichtigen Einblick in die Energieverbrauchsintensität des Mittelmeerraums bieten Schleppnetzfischerei. Obwohl Zeit und Raum implizit Teil der Definition eines Metiers sind, stellen das Fanggerät und die Zielart die beiden Hauptidentifikatoren dar, wobei die zeitliche und räumliche Variabilität für die verschiedenen Fanggerättypen mehr oder weniger ausgeprägt ist65. Dies ist besonders deutlich bei der Grundschleppnetzfischerei, die auf gemischte Grundfischarten abzielt, wo wir ein einziges Metier definiert haben, das alle nationalen Gewässer abdeckt (Tabelle 5).

Laut Tabelle 5 ist das energieintensivste Metier die Grundschleppnetzfischerei auf Garnelen in der Straße von Sizilien (OTB03-OTB07). Der Kraftstoffverbrauch wird auf etwa 11,4 Liter pro kg gefangenem Fisch und Garnelen geschätzt. Ergänzende Informationen enthalten Einzelheiten zu den Anlandungen nach Hauptarten. Auch die Fischerei auf gemischte Grundfischarten war relativ energieintensiv. Der Kraftstoffverbrauch für dieses Metier lag bei etwa 4,2 Litern pro kg gefangenem Fisch (Tabelle 5).

Besondere Überlegungen verdienen die Analyse der Rapido-Baumkurrenfischerei in der Adria (Tabelle 6). Seezunge und andere Plattfische waren früher wichtige Zielarten der Rapido-Baumkurrenfischerei. Der Seezungenbestand ist noch nicht erschöpft, aber es kommt zu einer seit 2006 beobachteten zunehmenden Überfischung66. Trotz der hohen fischereilichen Sterblichkeit ist die Blaue Seezunge zu einer immer wichtigeren Beifangart geworden, insbesondere für Rapido-Baumkurrentrawler in der Zentraladria, die kleinere Fangmengen haben Die Kraftstoffverbrauchsintensität ist zwar immer noch erheblich höher als bei Baumkurrentrawlern, die in der nördlichen Adria nur Seezunge befischen: etwa 2,5 bzw. 5,4 Liter Kraftstoff pro kg gefangener Fische und Wirbellose. Tatsächlich sind die Kraftstoffverbräuche dieser beiden Metiers vergleichbar, beispielsweise hat das Segment VL2440 einen durchschnittlichen Tagesverbrauch von 2.300 l/Tag (Tabelle 6). Aber der Großteil der Fänge von Purpurmurexen halbierte den FUI, wenn sie gefangen wurden. Ergänzende Informationen zeigen, dass in der nördlichen Adria nur 7 Tonnen pro Schiff angelandet werden, während die Purpurfarbstoff-Murex jährlich mehr als 82 Tonnen liefert. Da aus wirtschaftlicher Sicht die Seezunge mit 25 Tonnen/Jahr pro Schiff die Hauptzielart für beide Metiers war, ist hervorzuheben, dass dafür 13,6 Liter Treibstoff (CI95%: 10,5–16,6 l/kg) benötigt werden Holen Sie sich ein Kilogramm Seezunge in der Adria.

Mittelwasser-Gespanntrawler, die Sardellen und Sardinen befischen (siehe Ergänzende Informationen zu Anlandungen nach Arten), sind die am wenigsten energieintensiven Metiers (Tabelle 7). Darüber hinaus wird in der Nordadria industriell hergestelltes Fischfleisch häufig nicht direkt für den menschlichen Verzehr verwendet, sondern große Teile des unfiletierten Fisches werden zu Futtermitteln für Thunfischzucht verarbeitet. Solche großen Fänge in der Nordadria-Flotte halbieren den FUI auf 0,28 l/kg Fisch im Vergleich zu der Zentraladria (0,57 l/kg) und verringern sich weiter auf ein Drittel des für die Südadria und Sizilien geschätzten Wertes (1,3 l/kg). wohingegen der Kraftstoffverbrauch bei allen Flotten ähnlich ausfiel. Beispielsweise schätzen wir für das Segment VL2440 einen gleichmäßigen täglichen Kraftstoffverbrauch von 1.150 l/Schiff (CI95%: 1.084–1.215) (Tabelle 7).

Die Ergebnisse des Regressionsmodells, das entwickelt wurde, um den täglichen Treibstoffverbrauch aus der Schiffslänge abzuleiten, sind in Tabelle 8 zusammengefasst, während die entsprechenden Regressionskurven in Abb. 9 dargestellt sind. Der mittlere tägliche Treibstoffverbrauch wurde unter Berücksichtigung von 176 Tagen/Jahr auf See und 77 Tagen/Jahr berechnet Stunden/Woche Fischereiaktivität für OTB und TBB und 48 Stunden/Woche für PTM (Einzelheiten siehe Tabelle 2). Daher kann das Modell in Tabelle 8 auch zur Schätzung des durchschnittlichen stündlichen Kraftstoffverbrauchs für jede Fischerei verwendet werden. Der R-Quadrat-Wert im Bereich von 0,893 bis 0,990 zeigt an, dass eine gute Anpassung an die Daten erreicht wurde. Bemerkenswert ist, dass ein OTB bei Schiffen gleicher Länge einen deutlich geringeren stündlichen Treibstoffverbrauch hat als ein PTM (Abb. 9), aber im Allgemeinen ist die Zeit, die für eine tägliche kommerzielle Angeltour aufgewendet wird, viel höher (z. B. 77 Stunden pro Woche). 48 für PTM, siehe Tabelle 2 für Details). Daher ist der tägliche Kraftstoffverbrauch eines OTB im Vergleich zu einem PTM mit derselben LOA deutlich höher.

Mittlerer stündlicher und täglicher Kraftstoffverbrauch (hFC bzw. dFC) im Verhältnis zur Schiffslänge über alles (LOA). Die linearen Regressionsmodelle liefern Kraftstoffverbrauchsschätzungen für OTB (+), TBB (○) und PTM (●). Der Kraftstoffverbrauch ist ein gewichteter Durchschnitt, der den relativen Beitrag bzw. das Gewicht der Arbeitsstunden beim Dampfen und Schleppen in einer gewöhnlichen Woche berücksichtigt (siehe Tabelle 2).

Basierend auf den von FDI aggregierten flottenweiten Fischereiaufwands- und Fangdaten wurden die in Tabelle 8 aufgeführten Regressionsmodelle verwendet, um den Treibstoffverbrauch, FUI und CF der gesamten drei Flotten OTB, TBB und PTM zu berechnen. Größere Schiffe haben tendenziell höhere Anlandungen pro Fangtag, aber auch einen höheren Treibstoffverbrauch (Tabelle 9). Große Schiffe verbrauchen mehr Treibstoff pro Krafteinheit als kleine. Größere jährliche Anlandungen werden daher durch den höheren Treibstoffverbrauch größerer Schiffe ausgeglichen, wodurch der Unterschied im Treibstoffverbrauch pro Anlandung zwischen den Größensegmenten bemerkenswert gering ist. Wie die vorliegende Studie und Thrane31 bestätigen, variiert der Indikator „Liter Treibstoff pro Tonne angelandeten Fisch“ und damit der CO2-Fußabdruck je nach verwendetem Fanggerät und Schiffsgröße. Daher ist eine energieeffiziente Lösung für ein Schiff möglicherweise nicht ausreichend für ein anderes Schiff.

Ebenso ist das Energieaudit zusammen mit dem Feedback des Schiffseigners der Schlüssel zur Feststellung der Eignung energieeffizienter Maßnahmen an Bord. Steigende Treibstoffkosten haben die Forschung und Entwicklung verschiedener energiesparender Technologien vorangetrieben, doch Treibstoff stellt nach wie vor einen großen Kostenfaktor dar und der Fangsektor ist weiterhin einem zunehmend steigenden Treibstoffpreis ausgesetzt. Steigende Treibstoffpreise führen oft dazu, dass Regierungen Treibstoffsubventionen einführen, um die Rentabilität von Fischereiaktivitäten zu unterstützen8,26,67,68, aber solche Subventionen wirken sich oft negativ auf die Entwicklung energieeffizienter Fischereiaktivitäten aus. Der Europäische Fischereifonds könnte genutzt werden, um die Umstellung auf weniger treibstoffintensive und schonende Fangmethoden und Fanggeräte zu erleichtern. Darüber hinaus könnte die starke Verbrauchernachfrage nach Fischprodukten mit einem geringen CO2-Fußabdruck eine Umstellung auf „grüne“ Produkte erleichtern.

Die in der aktuellen Studie geschätzten FUI- und CO2-Fußabdruck-Indikatoren stimmen mit anderen Ergebnissen7,31,48,57,58,59,60,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78 überein. 79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,–93, aber die hier untersuchte Schleppnetzfischerei war wesentlich treibstoffintensiver als die meisten Fischereien auf der ganzen Welt. Im Detail fasst Tabelle 10 die Zahlen aus der verfügbaren Literatur zusammen. Im Allgemeinen spiegeln die in der italienischen Schleppnetzfischerei festgestellten Zusammenhänge zwischen FUI, Zielart und Fanggerättyp die zuvor in anderen Regionen festgestellten Beziehungen wider und bestätigen, dass im Durchschnitt etwa 2,0–3,0 Liter Treibstoff pro kg angelandeten Fisch verbrannt werden (z. B. vergleiche). Tabelle 9 und Tabelle 10). Darüber hinaus wird das Muster bestätigt, dass Grundfischereien erheblich mehr Treibstoff verbrauchen als Fischereien, die auf pelagische Flossenfische und kleine pelagische Arten abzielen (Tabelle 10). Es ist jedoch erwähnenswert, dass es sich bei den mit pelagischen Schleppnetzen gefangenen Fischen um Sardinen und Sardellen handelt, die in der Regel günstiger sind als die anderen Fänge, die die Schiffe mit Grundschleppnetzen erzielen.

Parker et al.48 schätzen, dass die weltweiten Fischereiflotten im Jahr 2011 40 Milliarden Liter Treibstoff verbrannten und 179 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente in die Atmosphäre ausstießen, was 2,2 kg CO2-Äquivalenten pro kg angelandeter Fische und Wirbelloser entspricht. Nach Angaben der Autoren wurden die brennstoffbedingten Treibhausgasemissionen mit 3,1 kg CO2-Äquivalent pro Liter berechnet, um die direkten Emissionen aus der Kraftstoffverbrennung sowie die Emissionen aus der vorgelagerten Gewinnung, Verarbeitung und dem Transport von Kraftstoff zu berücksichtigen48. Geht man von einer direkten Gesamtemission aus der Kraftstoffverbrennung von 2,64 kg CO2-Äquivalent pro Liter Kraftstoff aus, basierend auf dem chemischen Gehalt von Schiffskraftstoffen42,43, lässt sich ihre geschätzte Ernteemissionsquelle auf etwa 1,9 kg CO2-Äquivalent pro kg angelandeten Fisch quantifizieren und Wirbellose. Mit anderen Worten lässt sich das als weltweit gemittelter FUI aller Fischereien in 710 Litern Treibstoff pro Tonne angelandetem Fisch ausdrücken.

Alle hier bewerteten pelagischen Metiers bis auf zwei weisen einen höheren FUI auf als dieser globale Durchschnitt (Tabellen 5–7). Dies liegt daran, dass die Fischerei auf treibstoffintensive Garnelen und Plattfische abzielt. Die italienischen Fischereien erfordern jedoch tendenziell einen höheren Energieaufwand, selbst wenn sie auf der Grundlage ähnlicher Arten und Fanggeräte verglichen werden. Beispielsweise verbrannten in einer Studie von Parker et al.59 die Schleppnetzfischereien auf kleine pelagische Arten im Durchschnitt 92–164 Liter pro Tonne Fisch während der Fangtätigkeit, gegenüber 280–1.126 l/t in der aktuellen Studie (Tabelle 7). Während die Grundschleppnetzfischerei zwischen 907–1.091 und 1.503–9.685 l/t (59 Liter pro Tonne angelandeten Flossenfisch und Garnelen) lag. Ebenso ermittelten Basurko et al.57 für einen spanischen Fischotter-Grundschleppnetzfischer einen FUI von 1.646 Litern Treibstoff pro Tonne angelandetem Fisch, und Schau et al.69 bezifferten einen FUI von 105 bzw. 1.209 l/t für ein norwegisches Garnelenschleppnetz und mittlere -Wasserfischerei auf Blauen Wittling.

In der aktuellen Studie bestätigen Grundschleppnetzfischer, die auf gemischte Grundfischarten und Garnelen abzielen, diese allgemeine Tendenz mit einem FUI zwischen 4.243 und 11.379 l/t (Tabelle 5) und sind damit „treibstoffintensiver“ als pelagische Schleppnetzfischer. Für den Baumkurrenfischer Rapido, bei dem es sich offensichtlich um eine Fischerei handelt, die in der vorliegenden Studie zum ersten Mal untersucht wurde, wurden keine spezifischen Hinweise gefunden. Andere Experimente31,75 zu Treibstoffverbrauchsmustern nach Fanggerättypen berichten, dass Baumkurren, die Plattfisch befischen, im Allgemeinen höhere Treibstoffmengen benötigen (ungefähr 980–2.610 Liter Treibstoff pro Tonne Fisch) als Grundscherbrettnetze des gleichen Schiffssegments (Tabelle 10). . Die in dieser Studie erzielten Ergebnisse bestätigen diese Werte (2.493–5.418 l/t, siehe Tabelle 6) und können als Benchmark für dieses Fanggerät verwendet werden. Es muss jedoch beachtet werden, dass sich jedes Schiff anders verhält, obwohl es mit ähnlicher Ausrüstung betrieben wird. Betriebstechniken und die Entfernungen zwischen Fanggebieten und Fischereihäfen sowie die Konstruktion und Größe von Schiffen und Fanggeräten wirken sich alle auf die Menge des verbrauchten Kraftstoffs aus. Es gibt auch erhebliche Unterschiede in der Kraftstoffverbrauchsintensität, die sich aus dem Ziel und der Beifangverfügbarkeit ergibt, wie zum Beispiel die Unterschiede zwischen den Baumkurrentrawlern Rapido an der Nord- und Zentraladria.

Die Datensätze stehen für drei Hauptschleppnetzfischereien im Mittelmeer zur Verfügung: Einboot-Grundfischotterfischer (OTB), Mittelwasser-Gespanntrawler (PTM) und Rapido-Baumkurrentrawler (TBB). Die Datenanalyse umfasste entweder das Lesen von Flatfiles oder den Massenimport von Daten in eine dedizierte Datenbank und stellte gleichzeitig sicher, dass relevante Felder gut indiziert sind. Die der Datenbank innewohnenden Beschreibungsfelder ermöglichen die Unterteilung der Daten, was für die weitere nachfolgende Analyse hilfreich ist.

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Die Europäische Kommission hat die in diesem Papier vorgestellten Arbeiten, Projekte „Information Collection in Energy Efficiency for Fisheries (ICEEF)“, teilweise finanziert. Es spiegelt nicht unbedingt die Ansichten der Europäischen Kommission wider und ist in keiner Weise ein Vorgriff auf deren künftige Politik. Wir bedanken uns für die kritischen Kommentare von Jon Lansley (FAO-NFIFO), Tarub Bahri (FAO-NFISR) sowie für die des Herausgebers und der Gutachter, die unserer Meinung nach unser Manuskript erheblich verbessert haben. Abschließend möchten wir den Reedern, Kapitänen und der Besatzung unseren aufrichtigen Dank für ihre hilfreiche Unterstützung aussprechen.

Nationaler Forschungsrat, Institut für Meeresbiologische Ressourcen und Biotechnologien (CNR-IRBIM), Ancona, Italien

Antonello Sala, Fabrizio Moro und Emilio Notti

Institut für biologische Meeresressourcen und Binnengewässer, Hellenisches Zentrum für Meeresforschung, Heraklion, Griechenland

Dimitrios Damalas

MARBLY Scarl, Salerno, Italien

Lucio Labanchi

Europäische Kommission, Gemeinsame Forschungsstelle (JRC), Ispra, VA, Italien

Jann Martinsohn

NISEA, Fischerei- und Aquakultur-Wirtschaftsforschung, Salerno, Italien

Rosaria Sabatella

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Konzeptualisierung: AS und EN Datenerfassung: AS, EN und FM Analysen: AS, EN, LL und RS Entwurf: AS und EN Alle Co-Autoren haben an der Bearbeitung des Manuskripts mitgewirkt.

Korrespondenz mit Antonello Sala.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

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Eingegangen: 21. Oktober 2019

Angenommen: 15. Juni 2022

Veröffentlicht: 20. Juli 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41597-022-01478-0

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