Der mit wachsender Schiffsgröße notwendige Hafenausbau muss auch unter dem Aspekt des Umweltverbrauchs und der Umweltbelastung betrachtet werden. Ökologische Problemfelder sind dabei die Anpassung der seewärtigen Zufahrten, der Flächenverbrauch für Umschlag- und Logistikaktivitäten, der Zu- und Ablaufverkehr der Häfen und die Lärmbelästigungen durch den Hafenbetrieb.

Die Anpassung der seewärtigen Zufahrten kann unterschiedliche Umweltbelastungen mit sich bringen. Mit dem Ausbaggern des Flussbettes kann die Wasserqualität durch Aufwirbelungen verschlechtert und das Strömungsverhalten ungünstig beeinflusst werden. Außerdem muss das Baggergut verklappt werden. Der Flächenverbrauch für Umschlag- und Logistikaktivitäten ist ökologisch nachteilig, als dass der Ausbau von Hafenanlagen Flächen versiegelt und natürliche Lebensräume eingeengt werden. Außerdem sorgt die entstehende Lärmbelästigung durch den Hafenbetrieb, u.a. das Aufnehmen und Absetzen von Containern durch Brückenkrane, für Konflikte mit hafennahen Anwohnern. Zusätzlich bringt der Zu- und Ablaufverkehr der Häfen Abgas- und Lärmemissionen mit sich und durch den Neu- oder Ausbau von Hinterlandanbindungen werden auch hier Flächen verbraucht.

Umweltverbände wie BUND und WWF verlangen eine Kooperation zwischen den Nordrange-Häfen. Der bisherige Wettbewerb würde den Ausbau der Zufahrten erfordern, was unnötig wäre, würden die Häfen nach ihren Gegebenheiten agieren. Ebenfalls wünschen die Verbände den vermehrten Einsatz von Short-Sea-Shipping zu Gunsten einer Entlastung des Seehafenhinterlandverkehrs. Die Konzentration liegt dort auf dem Straßengüterverkehr, obwohl dieser höhere CO2-Emissionen produziert als die Binnenschiffahrt [BUWW09].

Als ein geeignetes Mittel den Umweltbelastungen aus dem Hafenausbau entgegenzuwirken, bieten sich Umweltschutz- und Ausgleichmaßnahmen als Kompensationsmöglichkeit an. Geeignete Flächen und Maßnahmen lassen sich allerdings nur noch selten unmittelbar in Hafennähe realisieren und erfordern erhebliche finanzielle und organisatorische Aufwendungen im weiteren Hafenumland.

So begannen im Februar 2019 die Arbeiten an einer Ausgleichsfläche im Rahmen der Elbvertiefung auf der Billwerder Insel im Osten Hamburgs. Kosten von rund 10 Millionen Euro sind bisher veranschlagt und die Bauarbeiten ruhen jedes Jahr von Sommer bis Herbst, um nistende Kormorane nicht zu stören [NDR19].

Zusätzlich existieren verschiedene Ansätze, um die Beeinträchtigung von Umwelt und Natur durch die Vermeidung von Hafenausbaumaßnahmen zu reduzieren. Im Zuge der Wassertiefenerhaltung der bremischen Häfen werden beispielsweise strömungslenkende Maßnahme sowie ein Freilaufkanal genutzt, um das Baggeraufkommen zu verringern. Ferner kommen sogenannte Wasserinjektionsgeräte zum Einsatz, die mithilfe von einem Spülrohr die Bildung von Schlick- und Sedimentablagerungen im Hafenbecken verhindern sollen, was ebenfalls zu einer Reduktion der erforderlichen Baggermaßnahmen führt [BP20a].