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Ganzheitliche Bilanzierung von Grundstoffen und Halbzeugen

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<strong>Ganzheitliche</strong> <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong><br />

<strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> <strong>und</strong> <strong>Halbzeugen</strong><br />

Teil I Allgemeiner Teil<br />

Auftraggeber:<br />

Bayerische<br />

Forschungsstiftung<br />

FfE-Auftragsnummer: 065.1/KEA<br />

Bearbeiter: R. Corradini<br />

C. Hutter<br />

D. Köhler<br />

München, im Juli 1999<br />

Forschungsstelle für Energiewirtschaft<br />

Am Blütenanger 71<br />

80995 München<br />

Tel.: (089) 158 121 - 0<br />

Fax: (089) 158 121 - 10<br />

E-mail: gfpe@ffe.de<br />

Internet: www.ffe.de


Inhaltsverzeichnis<br />

1 Einleitung...............................................................................................................2<br />

1.1 Problemstellung ...............................................................................................................................................2<br />

1.2 Ziel des Projekts...............................................................................................................................................3<br />

1.3 Aufbau der Teilberichte....................................................................................................................................5<br />

1.3.1 <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> der Energiebereitstellung (GABIE).......................................5<br />

1.3.2 <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> 40 <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong>.........................................................................................................5<br />

1.3.3 Praxistests ............................................................................................................................................6<br />

2 Definitionen <strong>und</strong> Begriffserläuterungen .............................................................7<br />

2.1 Formelzeichen, Einheiten <strong>und</strong> technische Begriffe ..........................................................................................7<br />

2.2 Kumulierter Energieaufwand (KEA) .................................................................................................................8<br />

2.3 Bereitstellungsnutzungsgrad..........................................................................................................................10<br />

3 Methodik ..............................................................................................................11<br />

3.1 Input-Output-Analyse .....................................................................................................................................11<br />

3.2 Prozeßkettenanalyse .....................................................................................................................................12<br />

3.3 Bilanzgrenzen ................................................................................................................................................15<br />

3.4 Bezugsgrößen................................................................................................................................................17<br />

3.5 Bewertung regenerativer Energieträger .........................................................................................................18<br />

3.6 Bewertung <strong>von</strong> Abfällen .................................................................................................................................19<br />

3.7 Bewertung <strong>von</strong> Sek<strong>und</strong>ärrohstoffen...............................................................................................................20<br />

3.8 Kuppelproduktion ...........................................................................................................................................20<br />

3.8.1 Substitutionsmethode .........................................................................................................................21<br />

3.8.2 Allokation nach Massen......................................................................................................................22<br />

3.8.3 Allokation nach Energieinhalten (Heizwerten) ....................................................................................22<br />

3.8.4 Sonstige Zuordnungsverfahren...........................................................................................................23<br />

3.9 Ermittlung der Emissionen .............................................................................................................................23<br />

3.9.1 Untersuchungsgegenstand.................................................................................................................23<br />

3.9.2 Vorgehensweise .................................................................................................................................25<br />

4 Basisdaten für die Gr<strong>und</strong>stoffbereitstellung ....................................................30<br />

4.1 Basisdaten für die verwendeten Energieträger ..............................................................................................30<br />

4.1.1 Brennstoffe .........................................................................................................................................30<br />

4.1.2 Elektrische Energie.............................................................................................................................33<br />

4.2 Sonstige Basisdaten ......................................................................................................................................34<br />

4.2.1 Transporte ..........................................................................................................................................34<br />

4.2.2 Hilfsstoffe ............................................................................................................................................36<br />

i<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


ii Inhaltsverzeichnis<br />

5 Energieträger.......................................................................................................38<br />

5.1 Brennstoffe ....................................................................................................................................................38<br />

5.1.1 Erdgas ................................................................................................................................................38<br />

5.1.2 Braunkohle .........................................................................................................................................40<br />

5.1.3 Steinkohle...........................................................................................................................................41<br />

5.1.4 Mineralöl(-produkte) ...........................................................................................................................43<br />

5.1.5 Uran....................................................................................................................................................46<br />

5.2 Elektrische Energie........................................................................................................................................49<br />

5.2.1 In Deutschland....................................................................................................................................49<br />

5.2.2 In anderen Ländern ............................................................................................................................53<br />

6 Fazit......................................................................................................................56<br />

7 Quellen.................................................................................................................57<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Vorwort<br />

Der Begriff "ganzheitlich" ist heute aus energiewirtschaftlichen Analysen nicht mehr<br />

wegzudenken; er ist wie das Präfix "Bio-" oder "Öko-" zu einem Modewort entartet <strong>und</strong><br />

damit in Gefahr entwertet <strong>und</strong> in seiner Bedeutung verkannt zu werden. Er ist <strong>und</strong> er<br />

wird sicher zu leichtfertig verwendet; denn eine wirklich umfassende ganzheitliche<br />

Analyse anthropogenen Wirkens kann sich der Menschheit nicht erschließen, schon<br />

weil wir wohl immer mehr wissen, aber nicht wissen, was wir morgen wissen werden.<br />

So gleicht zum Beispiel der derzeitige Stand bei der Ermittlung <strong>von</strong> sogenannten Ökobilanzen<br />

dem Versuch, den Gesamtwert eines Vermögens oder einer Schuld, das sich<br />

aus Anteilen unterschiedlicher Währungen zusammensetzt, zu bestimmen, ohne den<br />

Wechselkurs der einzelnen Währungen zu kennen.<br />

Insofern sollte man sich bewußt sein, daß alleine die in ganzheitlichen Betrachtungen<br />

zwingend einzubeziehenden Sachbilanzen, zum Beispiel über Materialaufwand, kumulierte<br />

Primärenergieaufwendungen, Flächenbeanspruchung <strong>und</strong> resultierende Stoffflüsse,<br />

objektiv, wenn auch nicht in beliebiger Genauigkeit, erstellbar sind. Sie sind<br />

aber die entscheidende Basis einer darauf aufbauenden ganzheitlichen Schau <strong>und</strong> Bewertung.<br />

Diese Studie, die sich, wie heute üblich <strong>und</strong> unumgänglich, auch des Begriffes ganzheitlich<br />

bedient, erarbeitet auf ingenieurwissenschaftlicher Gr<strong>und</strong>lage neue Teile dieser<br />

Basis.<br />

Eine ganzheitliche Beurteilung <strong>von</strong> Systemen zur Energiebereitstellung macht bei fossilen<br />

Kraftwerken die Dominanz des Massen- <strong>und</strong> kumulierten Energieaufwandes der<br />

eingesetzten Brennstoffe deutlich. Trotzdem muß auch der Massen- <strong>und</strong> kumulierte<br />

Energieaufwand für das Herstellen, die Nutzung <strong>und</strong> die Entsorgung der Systeme ermittelt<br />

<strong>und</strong> mit beachtet werden. Diese Frage spielt z.B. bei der Gegenüberstellung weniger<br />

zentraler Kraftwerke mit einer großen Anzahl kleiner dezentraler Anlagen eine<br />

entscheidende Rolle. Nur über diesen Ansatz läßt sich die heute intensiv diskutierte<br />

Potentialermittlung zu einer Verminderung der Umweltwirkung <strong>und</strong> das heute empfohlene<br />

Öko-Audit gewerblicher Anlagen objektiv durchführen <strong>und</strong> bewerten.<br />

München im Juli 1999, Wolfgang Mauch<br />

Helmut Schaefer<br />

Ulrich Wagner<br />

1<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


2 Allgemeiner Teil<br />

1 Einleitung<br />

1.1 Problemstellung<br />

Eine zukunftsgerichtete Energie-, Wirtschafts- <strong>und</strong> Umweltpolitik muß alle Optionen<br />

des technisch Machbaren sowie des wirtschaftlich <strong>und</strong> ökologisch Sinnvollen werten<br />

<strong>und</strong> abwägen. Wichtiges Beurteilungskriterium <strong>und</strong> Entscheidungshilfe sind Kenntnisse<br />

der stofflichen <strong>und</strong> energetischen Aufwendungen <strong>und</strong> Wechselwirkungen bei der<br />

Produktion <strong>von</strong> Gütern bzw. der Bereitstellung <strong>von</strong> Dienstleistungen. In diesem Zusammenhang<br />

ist auch die Diskussion über Ökobilanzen <strong>und</strong> die EG-Verordnung über<br />

Öko-Audits in Industriebetrieben zu sehen. Diese Ansätze erheben den Anspruch, im<br />

Rahmen einer ganzheitlichen <strong>Bilanzierung</strong> technische, ökonomische, ökologische <strong>und</strong><br />

soziologische Aspekte zu erfassen <strong>und</strong> zu bewerten.<br />

Eine derart umfassende <strong>und</strong> vollständige Erhebung <strong>und</strong> Bewertung <strong>von</strong> Fakten übersteigt<br />

aus verschiedenen Gründen, die im folgenden kurz dargestellt werden, die Möglichkeiten<br />

kleinerer <strong>und</strong> mittlerer Unternehmen <strong>und</strong> führt selbst bei großen, international<br />

agierenden Unternehmen dazu, nur einzelne Demonstrationsprojekte durchzuführen:<br />

• Eine den Ansprüchen der DIN-ISO 14040 gerecht werdende Faktensammlung für<br />

Produkt-Ökobilanzen ist extrem aufwendig, da die Datenerhebung für den gesamten<br />

Lebensweg eines Gutes durchgeführt werden muß.<br />

• Da die Zielsetzung erheblichen Einfluß auf die zu ermittelnden Daten hat kann im<br />

Rahmen einer Ökobilanz nur begrenzt auf bereits vorhandene Literaturdaten zurückgegriffen<br />

werden.<br />

• Bei der Bewertung der erhobenen Daten muß zum Teil auf nicht objektivierbare<br />

Kriterien ('Humantoxizität', 'Treibhauspotential', ...) zurückgegriffen werden.<br />

• Folgerungen zur Verbesserung der Umweltverträglichkeit eines Produktes sind<br />

nach erfolgter <strong>Bilanzierung</strong> nicht eindeutig ableitbar, da häufig eine Verbesserung<br />

in einem Bereich gegen eine Verschlechterung in einem anderen abgewägt werden<br />

muß. Auch hier ist ein objektives Vorgehen kaum möglich.<br />

Diese Gründe führen bzw. führten in der letzten Zeit zu zwei gr<strong>und</strong>sätzlich verschiedenen<br />

Entwicklungen. Einerseits beschränkten sich viele Unternehmen bei der Datenerhebung<br />

auf den in der EG-Öko-Audit-Verordnung festgelegten Rahmen eines Standortes.<br />

Dadurch wird die Datenmenge überschaubarer, die ökologischen Auswirkungen<br />

<strong>von</strong> Veränderungen im Produktionsprozess sind - scheinbar - direkt an veränderten Input-Output-Strömen<br />

ablesbar. Daß bei dieser Vorgehensweise der Blick über den eigenen<br />

Werkszaun verloren geht <strong>und</strong> die ökologischen Wirkungen der Material- <strong>und</strong> Energiebereitstellung<br />

nicht erfaßt werden, wird hierbei in Kauf genommen.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Einleitung 3<br />

Andererseits wird in verschiedenen Gremien (z.B. SETAC) nach Möglichkeiten zur Reduktion<br />

des Datenumfangs einer Ökobilanz gesucht. Diese Bestrebungen laufen unter<br />

Begriffen wie 'short-cut-LCA', 'Öko-Kennzahlen' usw. Häufiges Ziel ist es, die ganzheitliche<br />

Betrachtung auf einen wesentlichen Aspekt (z.B. Abwasser, Energie, toxische<br />

Substanzen) zu beschränken <strong>und</strong> so Optimierungspotentiale entlang eines komplexen<br />

Produktionsablaufes zu erkennen. Wesentliches Problem hierbei ist die Frage inwieweit<br />

<strong>von</strong> einem Leitparameter auf andere, nicht detailliert betrachtete Aspekte geschlossen<br />

werden kann. Diese Diskussion wird unter dem Begriff 'Richtungssicherheit'<br />

geführt.<br />

Im Mittelpunkt dieses Projektes steht der Kumulierte Energieaufwand (KEA) als eine<br />

der wenigen Kennzahlen für deren Erhebung ein entsprechendes Regelwerk existiert<br />

/VDI4600/, deren Anwendung seit langer Zeit mit Erfolg praktiziert wird <strong>und</strong> die zumindest<br />

für den wichtigen Aspekt Energieverbrauch eine verläßliche Kenngröße darstellt.<br />

1.2 Ziel des Projekts<br />

Die Anwendbarkeit einer Kenngröße im Rahmen <strong>von</strong> Umweltschutzmaßnahmen hängt<br />

im wesentlichen <strong>von</strong> folgenden Parametern ab:<br />

• Aussagefähigkeit: Die Kenngröße muß für mindestens einen Aspekt bzw. einen Bereich<br />

des Umweltschutzes (z.B. Ressourcenschonung, Emissionsminderung, ...) eindeutige<br />

Aussagen liefern. D.h. daß Veränderungen der Umweltbelastung über die<br />

Veränderungen des Kennwerts erkennbar sind.<br />

• Nachvollziehbarkeit: Die Ermittlung des Kennwertes muß auf Nachvollziehbare,<br />

einheitlich für möglichst viele Anwendungsfälle durchführbare Art <strong>und</strong> Weise möglich<br />

sein. Die bei der Ermittlung eines Kennwertes zwangsläufig zu treffenden Annahmen<br />

müssen ebenfalls praktisch überprüfbar sein.<br />

• Praktikabilität: Der Aufwand bei der Erhebung eines Kennwertes muß in vernünftigem<br />

Verhältnis zu seiner Aussagefähigkeit stehen. Variantenrechnungen müssen<br />

z.B. mit geringem Aufwand möglich sein.<br />

Ziel dieses Projekts ist es einerseits die Tauglichkeit des KEA als eine der wichtigsten<br />

Umwelt-Kenngrößen zu demonstrieren <strong>und</strong> andererseits häufig benötigte Daten bereitzustellen,<br />

die die Ermittlung des KEA für Güter <strong>und</strong> Dienstleistungen vereinfachen.<br />

Die Einsatzmöglichkeiten des KEA im Rahmen <strong>von</strong> Öko-Audits <strong>und</strong> Produkt-<br />

Ökobilanzen werden in einer Reihe <strong>von</strong> Praxistests mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad<br />

sowie verschiedensten Zielsetzungen untersucht.<br />

Den Umfang der Untersuchungen stellt Abbildung 1 dar. Neben der Brennstoffbereitstellung<br />

soll vor allem die Bereitstellung <strong>von</strong> elektrischer Energie sowie die Bereitstellung<br />

<strong>von</strong> 40 der am häufigsten verwendeten Gr<strong>und</strong>stoffe <strong>und</strong> Halbzeuge detailliert untersucht<br />

werden. Aufgr<strong>und</strong> der wechselseitigen Verflechtung der Daten untereinander -<br />

angedeutet durch die Pfeile - können <strong>und</strong> müssen in einer iterativen Vorgehensweise<br />

die Daten zu den einzelnen Themenbereichen immer wieder aktualisiert werden.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


4 Allgemeiner Teil<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Brennstoffbereitstellung<br />

Biomasse<br />

Gas<br />

Öl<br />

Steinkohle<br />

Braunkohle<br />

Erk<strong>und</strong>ung<br />

Umsiedlung<br />

Abraumbeseitigung<br />

. . .<br />

Emissionen Emissionen<br />

Energien<br />

Energien<br />

Massen<br />

Massen<br />

Strombereitstellung<br />

Müllheizkraftwerke<br />

Wasserkraftwerke<br />

Gr<strong>und</strong>stoffbereitstellung<br />

Emissionen<br />

Energien<br />

Massen<br />

Blockheizkraftwerke<br />

Kernkraftwerke<br />

Steinkohlekraftwerke<br />

Braunkohlekraftwerke<br />

Herstellung<br />

Nutzung<br />

Entsorgung<br />

Abbildung 1: Basisdaten zur ganzheitlichen Bewertung<br />

Kupfer<br />

Aluminium<br />

Beton<br />

Stahl<br />

Eisenerzabbau<br />

Aufbereitung<br />

Sintern<br />

. . .<br />

Wesentlicher Bestandteil der zu ermittelnden Basisdaten ist ein konsistentes Modell<br />

der Bereitstellung "konventioneller" Energieträger in Deutschland. Ausgehend <strong>von</strong> der<br />

Brennstoffbereitstellung im In- <strong>und</strong> Ausland, Daten zum Import sowie den Umwandlungsbilanzen<br />

für elektrischen Strom wird der KEA der Energieträger bestimmt. Zusammen<br />

mit den Emissionen, die bei der Verbrennung <strong>von</strong> Brennstoffen - bei der Bereitstellung<br />

<strong>von</strong> Energieträgern sowie bei deren Anwendung beim Endverbraucher -<br />

entstehen, können außerdem die durch den Energieträgereinsatz freiwerdenden "energiebedingten"<br />

Emissionen angegeben werden.<br />

Neben den Energieträgern werden für die <strong>Bilanzierung</strong> des KEA ausführliche Informationen<br />

zu häufig verwendeten <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> <strong>und</strong> den entsprechenden Herstellungsverfahren<br />

benötigt. Mit Daten zu r<strong>und</strong> 40 <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> wird im Rahmen dieses Projektes<br />

eine umfassende "Basisdatei" bereitgestellt, mit deren Hilfe eine Abschätzung des KEA<br />

sowie der energie- <strong>und</strong> prozeßbedingten Emissionen häufig ohne großen zusätzlichen<br />

Aufwand möglich ist. Der erste <strong>und</strong> häufig zeitaufwendigste Schritt einer Ökobilanz,<br />

nämlich die Erhebung <strong>von</strong> Sachbilanzdaten, wird durch die so bereitgestellte Datensammlung<br />

deutlich vereinfacht.


Einleitung 5<br />

1.3 Aufbau der Teilberichte<br />

Die Teilberichte zu diesem Projekt sind folgendermaßen gegliedert:<br />

1.3.1 <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> der Energiebereitstellung<br />

(GABIE)<br />

Zur Bereitstellung der Energieträger wurden an der FfE folgende Untersuchungen<br />

durchgeführt.<br />

• Die Gewinnung <strong>von</strong> Braunkohle /GAB 7/<br />

• Emissionen des deutschen Kraftwerksparks /GAB 8/<br />

• Die Bereitstellung <strong>von</strong> Uran als Kernbrennstoff /GAB 2/<br />

• Prozeßkettenanalyse <strong>und</strong> Verfügbarkeit <strong>von</strong> Erdgas /FfE 96/<br />

• Energieaufwand der Herstellung <strong>von</strong> Mineralölprodukten /JES 94/<br />

Um die Bedeutung der Anlagentechnik (Herstellung, Nutzung <strong>und</strong> Entsorgung) bei der<br />

Bereitstellung <strong>von</strong> Energieträgern zu ermitteln wurden fünf Kraftwerkstypen detailliert<br />

untersucht. Die Ergebnisse sind in folgenden Teilberichten zusammengefaßt:<br />

• Allgemeiner Teil (Teil I)<br />

• Energetische Untersuchung eines Kernkraftwerkes (Teil II)<br />

• Energetische Untersuchung eines Steinkohlekraftwerkes (Teil III)<br />

• Energetische Untersuchung eines Braunkohlekraftwerkes (Teil IV)<br />

• Energetische Untersuchung eines GuD-Kraftwerkes (Teil V)<br />

• Energetische Untersuchung <strong>von</strong> Blockheizkraftwerken (Teil VI)<br />

1.3.2 <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> 40 <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong><br />

Im Rahmen der Untersuchung zur Gr<strong>und</strong>stoffbereitstellung werden Halbzeuge oder<br />

Produkte aus folgenden Materialien untersucht:<br />

• Teil I: Allgemeiner Teil<br />

• Teil II: Baustoffe<br />

• Teil III: Metalle<br />

• Teil IV: Kunststoffe<br />

• Teil V: Sonstiges (Brennstoffe, Biogene Kraftstoffe, u.a.)<br />

Diese Studie untersucht einen repräsentativen Querschnitt der wichtigsten in<br />

Deutschland verwendeten Gr<strong>und</strong>stoffe <strong>und</strong> Halbzeuge.<br />

Die einzelnen Teile sind, um eine bessere Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten,<br />

weitestgehend identisch aufgebaut. Hierbei beschränkt sich die Studie auf den<br />

Aspekt der <strong>Bilanzierung</strong> des Kumulierten Energieaufwands <strong>und</strong> ausgewählter Emissionen.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


6 Allgemeiner Teil<br />

1.3.3 Praxistests<br />

Um die Anwendbarkeit der Daten zu überprüfen <strong>und</strong> Möglichkeiten der Datenbanknutzung<br />

aufzuzeigen wurde eine Reihe <strong>von</strong> Praxistests durchgeführt. Zu dieser Thematik<br />

existieren drei Teilberichte:<br />

• Ökobilanzierung mit Hilfe der KEA-Datenbank - Praxistests: /PRA/<br />

• <strong>Ganzheitliche</strong> Energie- <strong>und</strong> Stoffbilanz für eine erdgekoppelte Wärmepumpe: /WP/<br />

• Wege zum Niedrigenergiehaus - <strong>Ganzheitliche</strong> Bewertung: /NEH/<br />

Im Teil Praxistests werden sowohl allgemeine Überlegungen zur Verwendung des KEA<br />

im Rahmen <strong>von</strong> Ökobilanzen bzw. Öko-Audits angestellt als auch praktische Beispiele<br />

des Einsatzes erläutert. Die Teilberichte zum Niedrigenergiehaus bzw. zur Wärmepumpe<br />

sind detaillierte Studien, in denen die Anwendung des KEA für die Bewertung<br />

der Herstellungs-, Nutzungs- <strong>und</strong> Entsorgungsphase eines Gutes demonstriert wird.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Definitionen <strong>und</strong> Begriffserläuterungen 7<br />

2 Definitionen <strong>und</strong> Begriffserläuterungen<br />

2.1 Formelzeichen, Einheiten <strong>und</strong> technische Begriffe<br />

Die in dieser Studie verwendeten Formelzeichen <strong>und</strong> Begriffe sind im folgenden aufgeführt.<br />

Formelzeichen Einheit Benennung<br />

b - Bereitstellungsnutzungsgrad<br />

EEV J/fE 1 , Wh/fE Endenergieverbrauch<br />

g - Nutzungsgrad<br />

H J/fE, Wh/fE Heizwert<br />

KEA J/fE, Wh/fE Kumulierter Energieaufwand<br />

KNA J/fE, Wh/fE Kumulierter Nichtenergetischer Aufwand<br />

KPA J/fE, Wh/fE Kumulierter Prozeßenergieaufwand<br />

KRA J/fE, Wh/fE Kumulierter Regenerativer Aufwand<br />

KNRA J/fE, Wh/fE Kumulierter Nichtregenerativer Aufwand<br />

NEV J/fE, Wh/fE Nichtenergetischer Verbrauch<br />

Indizes<br />

Symbol Bedeutung<br />

Brst Brennstoff<br />

el elektrisch<br />

prim Primärenergie<br />

end Endenergie<br />

Technische Begriffe<br />

Primärenergie (Rohenergie)<br />

Energieinhalt <strong>von</strong> Energieträgern, die noch keiner Umwandlung unterworfen wurden<br />

(z.B. Heizwert <strong>von</strong> Braunkohle in der Lagerstätte).<br />

Sek<strong>und</strong>ärenergie<br />

Energieinhalt <strong>von</strong> Energieträgern, die aus der Umwandlung <strong>von</strong> Primärenergieträgern<br />

oder aus anderen Sek<strong>und</strong>ärenergieträgern gewonnen werden (z.B. Kokereigas als Kuppelprodukt<br />

der Koksherstellung).<br />

Bezugsenergie<br />

Energieinhalt aller primären <strong>und</strong> sek<strong>und</strong>ären Energieträger, die der Verbraucher bezieht<br />

(wird im Rahmen dieses Projektes nicht benutzt).<br />

1 Die Energiegrößen werden auf die funktionale Einheit fE bezogen. Darunter wird das jeweils betrachtete Produkt,<br />

dessen Masse, Volumen, Energieinhalt usw. oder eine konkrete Dienstleistung verstanden<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


8 Allgemeiner Teil<br />

Endenergie<br />

Energieinhalt aller primären <strong>und</strong> sek<strong>und</strong>ären Energieträger, die dem Verbraucher für<br />

die unmittelbare Umsetzung in Nutzenergie zur Verfügung gestellt werden (z.B. elektrische<br />

Energie).<br />

Nutzenergie<br />

Energie, welche beim Verbraucher nach der letzten Umwandlung für den jeweiligen<br />

Zweck zur Verfügung steht. Technische Form der Energie, welche der Verbraucher für<br />

den jeweiligen Zweck letztlich benötigt, also z.B. Wärme, mechanische Energie, Licht,<br />

Nutzelektrizität (z.B. für Galvanik <strong>und</strong> Elektrolyse) <strong>und</strong> elektromagnetische Strahlung.<br />

Abwärme<br />

Umfaßt alle ein System verlassenden, fühlbaren <strong>und</strong> latenten Wärmeströme einschließlich<br />

der Strahlungsverluste, aber mit Ausnahme der erzeugten Zielenergie. Sofern<br />

<strong>und</strong> soweit Abwärme nicht durch Wärmerückgewinnung genutzt wird, geht sie an<br />

die Umgebung ab <strong>und</strong> ist dann Fortwärme.<br />

Fortwärme<br />

Enthält alle an die Umgebung freigesetzten fühlbaren <strong>und</strong> latenten Wärmemengen aus<br />

anthropogenen Prozessen, die mit Energieumsatz verb<strong>und</strong>en sind. Die Fortwärme wird<br />

an die Umwelt abgegeben. Sie wird damit Bestandteil der Umweltenergie <strong>und</strong> kann<br />

dann als Fortwärme nicht mehr identifiziert werden.<br />

Kuppelproduktion<br />

Kuppelproduktion beinhaltet die Herstellung zumindest zweier Zielenergien, wobei die<br />

Produktion des einen zwangsläufig den Anfall des anderen beeinflußt.<br />

Kuppelprodukte<br />

Kuppelprodukte sind zwei oder mehrere in einem Produktionsgang zwangsläufig <strong>und</strong><br />

gleichzeitig anfallende Produkte.<br />

2.2 Kumulierter Energieaufwand (KEA)<br />

Die Definitionen zum Kumulierten Energieaufwand entsprechen der VDI-Richtlinie<br />

4600 „Kumulierter Energieaufwand - Begriffe, Definitionen, Berechnungsmethoden“<br />

(/VDI/).<br />

Kumulierter Energieaufwand (KEA):<br />

Der Kumulierte Energieaufwand gibt die Gesamtheit des primärenergetisch bewerteten<br />

Aufwandes an, der im Zusammenhang mit der Herstellung, Nutzung <strong>und</strong> Beseitigung<br />

eines ökonomischen Gutes (Produkt oder Dienstleistung) entsteht bzw. diesem ursächlich<br />

zugewiesen werden kann. Dieser Energieaufwand stellt die Summe der Kumulierten<br />

Energieaufwendungen für die Herstellung (KEAH), die Nutzung (KEAN) <strong>und</strong><br />

die Entsorgung (KEAE) des ökonomischen Gutes dar, wobei für diese Teilsummen anzugeben<br />

ist, welche Vor- <strong>und</strong> Nebenstufen mit einbezogen sind.<br />

KEA = KEA + KEA + KEA<br />

(I-1)<br />

H<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

N<br />

E


Definitionen <strong>und</strong> Begriffserläuterungen 9<br />

Kumulierter Energieaufwand zur Herstellung (KEAH)<br />

KEAH wird die Summe der primärenergetisch bewerteten Energieaufwendungen genannt,<br />

die sich bei der Herstellung selbst sowie bei der Gewinnung, Verarbeitung, Herstellung<br />

<strong>und</strong> Entsorgung der Fertigungs-, Hilfs- <strong>und</strong> Betriebsstoffe <strong>und</strong> Betriebsmittel<br />

einschließlich der Transportaufwendungen für einen Gegenstand oder eine Dienstleistung<br />

ergeben.<br />

Kumulierter Energieaufwand für die Nutzung (KEAN)<br />

KEAN wird die Summe der primärenergetisch bewerteten Energieaufwendungen genannt,<br />

die sich für den Betrieb oder die Nutzung eines Gegenstandes oder einer<br />

Dienstleistung ergeben. Diese Summe beinhaltet neben dem Betriebsenergieverbrauch<br />

den Kumulierten Energieaufwand für die Herstellung <strong>und</strong> Entsorgung <strong>von</strong> Ersatzteilen,<br />

<strong>von</strong> Hilfs- <strong>und</strong> Betriebsstoffen sowie <strong>von</strong> Betriebsmitteln, die für Betrieb <strong>und</strong> Wartung<br />

erforderlich sind. Die zugr<strong>und</strong>egelegten Betriebs- <strong>und</strong> Nutzungszeiten sind stets<br />

anzugeben. Der Energieaufwand für Transporte ist mit einzuschließen.<br />

Kumulierter Energieaufwand für die Entsorgung (KEAE)<br />

KEAE wird die Summe der primärenergetisch bewerteten Energieaufwendungen genannt,<br />

die sich bei der Entsorgung eines Gegenstandes oder Teilen des Gegenstandes,<br />

d.h. dem endgültigen Ausschleusen aus dem Nutzungskreislauf, ergeben. Diese Summe<br />

beinhaltet neben dem Energieaufwand für die Entsorgung selbst den Kumulierten<br />

Energieaufwand für die Herstellung <strong>und</strong> Entsorgung <strong>von</strong> Hilfs- <strong>und</strong> Betriebsstoffen<br />

sowie <strong>von</strong> Betriebsmitteln, die für die Entsorgung erforderlich sind. Der Energieaufwand<br />

für Transporte ist hier ebenfalls zu bilanzieren.<br />

Neben den in /VDI4600/ festgelegten Definitionen werden hier zwei weitere Begriffe<br />

eingeführt.<br />

Kumulierter Regenerativer Energieaufwand (KRA):<br />

Speziell bei der Bereitstellung regenerativer Energieträger, oder in Prozeßketten mit<br />

relevantem Anteil regenerativer Energieträger am Gesamt-Energieaufwand ist die Angabe<br />

des Kumulierten Regenerativen Aufwands (KRA) sinnvoll, da so die unterschiedliche<br />

Qualität regenerativer <strong>und</strong> fossiler Energieträger verdeutlicht wird. In Anlehnung<br />

an /DRE99/ wird der KRA definiert als Summe aller regenerativen Energieaufwendungen,<br />

die für die Bereitstellung eines Gutes oder einer Dienstleistung erforderlich sind.<br />

Kumulierter Nichtregenerativer Energieaufwand (KNRA):<br />

Der Kumulierte Nichtregenerative Aufwand ergibt sich als Differenz aus dem KEA <strong>und</strong><br />

dem KRA. Er beinhaltet alle Aufwendungen fossiler <strong>und</strong> nuklearer Energieträger <strong>und</strong><br />

ist, wie in Kapitel 3.5 an einem Beispiel dargestellt wird, eine für den Vergleich des<br />

Ressourcenaufwands verschiedener Güter bzw. Dienstleistungen geeignete Kenngröße.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


10 Allgemeiner Teil<br />

Eine andere Aufteilung des KEA unterscheidet zwischen dem Kumulierten Prozeßenergieaufwand<br />

(KPA) <strong>und</strong> dem Kumulierten Nichtenergetischen Aufwand (KNA).<br />

KEA = KPA + KNA<br />

(I-2)<br />

Kumulierter Prozeßenergieaufwand (KPA)<br />

Der Kumulierte Prozeßenergieaufwand umfaßt allen gehandelten, primärenergetisch<br />

über Bereitstellungsnutzungsgrade bewerteten Endenergieverbrauch (EEV) für Wärme,<br />

Kraft, Licht <strong>und</strong> sonstige Nutzelektrizitätserzeugung.<br />

Kumulierter Nichtenergetischer Aufwand (KNA)<br />

Der Kumulierte Nichtenergetische Aufwand ist die Summe des primärenergetisch bewerteten<br />

Energieinhalts aller nichtenergetisch eingesetzten Energieträger (NEV) <strong>und</strong><br />

des Stoffgeb<strong>und</strong>enen Energieinhaltes (SEI).<br />

KNA = NEV + SEI<br />

(I-3)<br />

Nichtenergetischen Verbrauch (NEV)<br />

Der Nichtenergetische Verbrauch (NEV) erfaßt den primärenergetisch bewerteten<br />

stofflichen Verbrauch an Energieträgern, die in der nationalen Energiestatistik als<br />

Energieträger ausgewiesen sind, d.h. im wesentlichen fossile Rohstoffe.<br />

Stoffgeb<strong>und</strong>ener Energieinhalt (SEI)<br />

Im Stoffgeb<strong>und</strong>enen Energieinhalt werden die primärenergetisch bewerteten Energieinhalte<br />

aller anderen brennbaren Stoffe erfaßt, d.h. die Energieinhalte aller über den<br />

Heizwert bewertbaren Stoffe, die nicht in den nationalen Energiestatistiken als Energieträger<br />

ausgewiesen sind, z.B. als Werkstoff verarbeitete Biomasse.<br />

2.3 Bereitstellungsnutzungsgrad<br />

Um eine Aussage über den Ressourcenbedarf bzw. über den KEA eines ökonomischen<br />

Produktes treffen zu können, muß dieses primärenergetisch beurteilt werden. Dazu<br />

sind die Aufwendungen aus allen Stufen der Prozeßkette <strong>von</strong> der Exploration, der Förderung<br />

<strong>und</strong> Gewinnung der Primärenergieträger, ihrem Transport, ihrer Aufbereitung<br />

bzw. Umwandlung <strong>und</strong> ihrer Verteilung bis zur Bereitstellung beim Verbraucher zu<br />

bilanzieren.<br />

Für die Berechnung des Primärenergieaufwandes, der den Energiegehalt der Rohstoffe<br />

in ihrer Lagerstätte angibt, ist in der VDI-Richtlinie 4600 der Bereitstellungsnutzungsgrad<br />

b definiert. Er beschreibt das Verhältnis des Energieinhalts eines Energieträgers<br />

am Einsatzort (z.B. Heizwert eines Brennstoffes) zum gesamten Primärenergieaufwand,<br />

der zur Bereitstellung des Energieträgers notwendig ist. Im Rahmen dieser Studie<br />

wurden umfangreiche Erhebungen zur Bereitstellung <strong>von</strong> Energieträgern durchgeführt,<br />

deren Ergebnisse in Kapitel 5 zusammengefaßt sind. Dort wird auch auf die primärenergetische<br />

<strong>und</strong> emissionsmäßige Bewertung <strong>von</strong> fossilen <strong>und</strong> nuklearen Energieträgern<br />

eingegangen.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Methodik 11<br />

3 Methodik<br />

Die Erhebung der Basisdaten erfolgt weitestgehend in Anlehnung an die VDI-Richtlinie<br />

4600. Im folgenden wird detailliert auf diejenigen Bereiche eingegangen, in denen der<br />

methodische Freiraum, den die VDI-Richtlinie explizit einräumt, genutzt wurde.<br />

3.1 Input-Output-Analyse<br />

Unter Input-Output-Analyse wird ein Vorgehen verstanden, das einen beliebig dimensionierten<br />

Bilanzraum als Black-Box betrachtet <strong>und</strong> die in den Bilanzraum eintretenden<br />

bzw. die den Bilanzraum verlassenden Stoff- oder Energieströme erfaßt. In den<br />

meisten Fällen können keine Aussagen über die Zusammenhänge oder Abhängigkeiten<br />

innerhalb des Bilanzraumes gemacht werden. Die Aussagefähigkeit der Daten hängt<br />

im wesentlichen <strong>von</strong> der Art des Bilanzraumes bzw. vom Aggregationsgrad der Input-<br />

Output-Daten ab. Tabelle 1 zeigt mögliche Bilanzräume.<br />

Tabelle 1: Klassifikation <strong>von</strong> Input-Output-Analysen<br />

Quellen Aggregationsgrad Aussagen über<br />

Nationale <strong>und</strong> internationale Statistiken<br />

(z.B. für Deutschland die Statistiken der<br />

Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen)<br />

Hoch Industriezweige <strong>und</strong> deren Produkte<br />

Betriebliche Input-Output-Analysen bzw.<br />

Betriebsstatistiken<br />

Messungen, Herstellerinformationen,<br />

Nenndaten <strong>von</strong> Maschinen, ...<br />

Mittel Einzelne Betriebe (daher oft nicht repräsentativ)<br />

Gering Einzelne Prozessen bzw. Anlagen<br />

Die energetische Input-Output-Analyse stützt sich häufig auf nationale Angaben zur<br />

volkswirtschaftlichen Verflechtung <strong>und</strong> Energieverwendung. Aufgr<strong>und</strong> des hohen Aggregationsgrades<br />

<strong>und</strong> der Bezugnahme auf monetäre Werte ist sie allerdings nicht direkt<br />

zur Ermittlung des KEA einzelner Produkte geeignet. Jedoch können, insbesondere<br />

in Branchen, die nur ein Produkt herstellen (z.B. Energie- oder Gr<strong>und</strong>stoffsektoren)<br />

die Daten in Mengeneinheiten erfaßt werden <strong>und</strong> repräsentative gesamtwirtschaftliche<br />

Analysen sowie Abschätzungen des Einflusses <strong>von</strong> Teilen <strong>und</strong> Vorleistungen auf den<br />

KEA eines Produkts erfolgen.<br />

Dient die Energie- <strong>und</strong> Stoffbilanz eines Betriebes als Basis für eine Input-Output-<br />

Analyse, so liegen die Angaben meist in einem für die Prozeßkettenanalyse brauchbaren<br />

Aggregationsgrad vor. Einschränkungen für die Verwendbarkeit ergeben sich jedoch<br />

häufig dadurch, daß die Daten wegen spezieller Eigenarten des betrachteten Betriebes<br />

nicht repräsentativ sind. Aussagen auf die Zuteilung <strong>von</strong> Inputs auf mehrere<br />

Produkte eines Betriebes sind häufig nicht möglich. Daher werden auch Betriebsbilanzen<br />

vorzugsweise für die Modellierung <strong>von</strong> Herstellungsverfahren mit nur einem Zielprodukt<br />

verwendet.<br />

Den geringsten Aggregationsgrad besitzen Daten, die einzelne Verfahren (z.B. Einschmelzen)<br />

beschreiben. Aus diesen Daten können Optimierungspotentiale ermittelt<br />

<strong>und</strong> "Referenzprozesse" abgeleitet werden. Auch die Allokation der Inputs bei Verfah-<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


12 Allgemeiner Teil<br />

ren mit mehreren Zielprodukten ist nur mit Hilfe <strong>von</strong> Prozeßinformationen sinnvoll<br />

möglich. Im Rahmen dieser Studie wird daher weitestgehend auf Prozeßbeschreibungen<br />

zurückgegriffen. Daten höheren Aggregationsgrades werden nur verwendet, wenn<br />

keine detaillierten Informationen vorliegen.<br />

3.2 Prozeßkettenanalyse<br />

Um die Umweltauswirkungen eines Gutes bzw. einer Dienstleistung ganzheitlich betrachten<br />

zu können, müssen alle während der Herstellung, Nutzung <strong>und</strong> Entsorgung<br />

des Gutes stattfindenden Prozesse bilanziert werden. Für die Untersuchung der Herstellungsphase<br />

eignet sich hierzu am besten die Prozeßkettenanalyse. Ausgehend <strong>von</strong><br />

einem zu bilanzierenden Produkt (z.B. Kraftwerk) untersucht man die für die Produktion<br />

notwendigen Bauteile <strong>und</strong> sonstigen Aufwendungen. Durch diese Betrachtungsweise<br />

ergibt sich eine Baumstruktur (siehe Abbildung 2), die sich in entgegengesetzter<br />

Richtung des Produktionsablaufs nach jeder Stufe in weitere Äste verzweigt. Jede Aufspaltung<br />

beschreibt hierbei einen eigenen Prozess.<br />

Abbildung 2: Schema eines Materialstammbaums für die Herstellung eines Gutes<br />

In jeder Produktionsebene ist Energie für die Herstellungs- <strong>und</strong> Fertigungsprozesse erforderlich,<br />

die mit dem KEAH der eingesetzten Materialien ein vorläufiges Ergebnis für<br />

den KEAH des gesamten Produkts ergibt. Auf diese Weise kann der KEAH in Form einer<br />

Makroanalyse zunächst auf Baugruppen-, dann auf Bauteile- bzw. Halbzeugebene<br />

<strong>und</strong> schließlich bis zurück zur Rohstoffebene ermittelt werden.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Methodik 13<br />

Aufbauend auf den Ergebnissen der Makroanalyse muß für die relevanten Positionen<br />

eine Mikroanalyse, d.h. eine detaillierte Betrachtung einzelner Teilprozesse, durchgeführt<br />

werden. Je tiefer man die Baumstruktur mit ihren Teilprozessen analysiert, um<br />

so genauer stellt sich das Gesamtergebnis dar. Allerdings liegen ab einer gewissen Detailtiefe<br />

weitere Ergebnisse unter den Meßfehlern der bereits ermittelten Daten, die<br />

Analyse sollte dann abgebrochen werden. Letztendlich ist ein Abgrenzungskriterium,<br />

das die Zahl der zu betrachtenden Prozeßschritte <strong>und</strong> Stoffe auf ein sachgerechtes <strong>und</strong><br />

operationales Maß reduzieren soll, erst nach einer quantitativen Grobanalyse der auszuschließenden<br />

Phasen definierbar. Der Ablauf einer KEA-Analyse ist in Abbildung 3<br />

dargestellt.<br />

Abbildung 3: Vorgehensweise bei der Analyse des KEA /MAU 93/<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


14 Allgemeiner Teil<br />

In Schritt eins werden gr<strong>und</strong>legende Daten, wie Material- <strong>und</strong> Prozeßenergieverbrauch<br />

für die Bereitstellung eines ökonomischen Gutes grob analysiert, um dann mit verfügbarem<br />

Datenmaterial die Teilbereiche des KEA abzuschätzen. Als Vergleichsdaten für<br />

die Abschätzung des KEAH können Anlagen <strong>und</strong> Geräte vergleichbarer Größe oder<br />

ähnlichen Aufbaus dienen. Ein genaueres Bild erhält man durch Makroanalyse der<br />

Fertigungsbetriebe <strong>und</strong> durch energetische Bewertung der Eingangsmaterialien auf<br />

Halbzeugebene. Der KEAN ist aus Durchschnitts- bzw. Erfahrungswerten ableitbar.<br />

Nach der Erarbeitung solcher Relationen im ersten Schritt, können dann in einem<br />

zweiten Schritt diejenigen Bauteile <strong>und</strong> Prozesse, die den größten Einfluß auf das Gesamtergebnis<br />

ausmachen, näher untersucht werden. Dabei stellt sich jedoch die Frage<br />

nach der Genauigkeit, mit der die einzelnen Untersuchungen zum KEA durchgeführt<br />

werden sollen. Deshalb muß in einem dritten Schritt die Qualität des vorläufig ermittelten<br />

KEA geprüft werden. Durch Auswahl <strong>und</strong> Analyse sensitiver Positionen, wie<br />

z.B.:<br />

• der Halbzeuge, deren Herstellungsaufwand unbekannt ist,<br />

• des indirekten Verbrauchs,<br />

• des Einflusses der Betriebsmittel <strong>und</strong> Hilfsstoffe <strong>und</strong><br />

• des Mehrverbrauchs durch Fabrikationsreste,<br />

werden die Fehler eingegrenzt. Dazu ist es notwendig, mittels Prozeßkettenanalyse die<br />

eingesetzten Produkte retrospektiv bis zum ersten Schritt in der Verfahrenskette, der<br />

Rohstoffgewinnung, zurückzuverfolgen.<br />

Für die Untersuchung der eingesetzten Hilfs- <strong>und</strong> Betriebsmittel, die ihrerseits unter<br />

Benutzung anderer Hilfsmittel erzeugt <strong>und</strong> zur Produktionsstätte transportiert werden,<br />

ist es in den meisten Fällen ausreichend, nur einen ersten Schritt zu machen. Diese<br />

Methode bietet sich vor allem dann an, wenn das Einsatzgewicht der Betriebsmittel<br />

um Größenordnungen unter dem Durchsatz während der gesamten Nutzungsdauer<br />

liegt, weil dann in den meisten Fällen auch der KEAH der Betriebsmittel im Vergleich<br />

zum Prozeßenergieverbrauch eine marginale Größe darstellt. Abschätzungen mit Hilfe<br />

technischer Daten, wie z.B. dem Einsatzgewicht, dem spezifischen Verbrauch <strong>und</strong> dem<br />

Durchsatz, können die Untersuchung vereinfachen <strong>und</strong> die Aktivitäten auf die wesentlichen<br />

Merkmale einer Prozeßkette konzentrieren.<br />

Abbildung 4 beschreibt die Vorgehensweise bei der Ermittlung des KEA als Kombination<br />

aus Input-Output-Analyse <strong>und</strong> Prozesskettenanalyse.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Methodik 15<br />

Abbildung 4: Kombination zweier Analyseverfahren zur Ermittlung des Kumulierten<br />

Energieaufwandes für die Herstellung eines Produkts /FLE 99/<br />

Angestrebt wird die Durchführung der Prozesskettenanalyse mit Input-Output-Daten<br />

auf Prozessebene, die durch den Vergleich mit stärker aggregierten Daten verifiziert<br />

werden.<br />

Ein Abbruchkriterium, welches die Prozeßkettenanalyse zum Teil deutlich vereinfacht,<br />

ist erreicht, wenn ein zu bilanzierender Zweig in vorhergehenden Untersuchungen bereits<br />

bilanziert wurde <strong>und</strong> die dabei ermittelten Daten in nachvollziehbarer <strong>und</strong> ausreichend<br />

detaillierter Form vorliegen. Da zum KEA schon eine Vielzahl <strong>von</strong> Untersuchungen<br />

durchgeführt wurde, ist die <strong>Bilanzierung</strong> neuer Produkte häufig mit geringem Aufwand<br />

durchführbar.<br />

Mit diesem iterativen Verfahren wird bei jedem Durchgang der ermittelte Wert sukzessive<br />

einem unter den gemachten Voraussetzungen "endgültigen" Wert angenähert. Im<br />

Rahmen dieses Projekts wurden mehrere Iterationen durchgeführt, bis die Abweichungen<br />

zwischen den einzelnen Durchläufen auf ein im Rahmen der Gesamtgenauigkeit zu<br />

vernachlässigendes Maß gesunken waren.<br />

3.3 Bilanzgrenzen<br />

Die im Rahmen dieser Studie bereitgestellten Daten beschränken sich weitgehend auf<br />

die Herstellung bzw. Bereitstellung <strong>von</strong> für Energie- <strong>und</strong> Stoffflußanalysen häufig benötigte<br />

Materialien bzw. Energieträger. In Abbildung 5 sind die typischen Stoff- <strong>und</strong><br />

Energieströme dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


16 Allgemeiner Teil<br />

Primärenergieträger Primäre <strong>und</strong> sek<strong>und</strong>äre Rohstoffe<br />

Fertigungsstoffe:<br />

Rohstoffe,Kreislaufmaterial,Teile,Gruppen<br />

z.B. Stahl, Öl (nichtenergetischer<br />

Aufwand),<br />

Bleche, Motoren<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Bereitstellung der betrieblichen Produktionsfaktoren<br />

Betriebsstoffe:<br />

Betriebsenergie,<br />

rückgeführte Energie<br />

Ersatzteile,<br />

Schmierstoffe<br />

Prozeß<br />

Betriebsmittel:<br />

Maschinen, Gebäude, nicht-<br />

Transportmittel produktionstechnische<br />

Anlagen<br />

z.B. Drehbank, z.B. Werksgebäude<br />

Stanzmaschine F&E-Bereich, Kantine,<br />

Ofen, Fließband Verwaltung<br />

ZielKuppel-<br />

Abfälle Emissionen Fortwärme<br />

produktprodukte<br />

( u n g e n u t z t )<br />

durchgehend berücksichtigt mit Einschränkungen berücksichtigt nicht berücksichtigt<br />

Abbildung 5: Stoff- <strong>und</strong> Energieströme eines Prozesses<br />

In der Regel nicht Bestandteil<br />

der energetischen <strong>Bilanzierung</strong>:<br />

Menschliche Arbeit<br />

z.B. Maschinenbeschickung<br />

<strong>von</strong> Hand<br />

Metobolische Energie:<br />

z.B. Nährwert <strong>von</strong><br />

Lebensmitteln<br />

Umweltenergie:<br />

z.B. natürliche Beleuchtung<br />

oder Beheizung durch passive<br />

Solarenergienutzung<br />

Luft:<br />

z.B. Verbrennungsluft<br />

Wasser:<br />

z.B. Kühlwasser<br />

Boden:<br />

z.B. Flächenbedarf für<br />

Anlagen, Gebäude<br />

An der Schattierung der Pfeile ist zu erkennen, welche Teilbereiche bei der <strong>Bilanzierung</strong><br />

berücksichtigt bzw. vernachlässigt werden:<br />

• Fertigungsstoffe<br />

Unter dem Begriff Fertigungsstoffe werden alle Rohstoffe, Kreislaufmaterialien,<br />

Teile (Halbzeuge, Rohteile, Umarbeitsteile <strong>und</strong> Fertigteile) <strong>und</strong> Gruppen zusammengefaßt,<br />

die im Rahmen der Herstellungsphase dem Zielprodukt zugewiesen<br />

werden können. Fertigungsstoffe gehen in aller Regel als Bestandteile in das Zielprodukt<br />

ein <strong>und</strong> werden daher bei der <strong>Bilanzierung</strong> berücksichtigt.<br />

• Betriebsstoffe<br />

Betriebsstoffe ermöglichen die Nutzung der Betriebsmittel. Es handelt sich um<br />

primäre <strong>und</strong> sek<strong>und</strong>äre Energien, die im laufenden Betrieb verbraucht werden,<br />

um Hilfsstoffe <strong>und</strong> um Aufwendungen, die für die Instandhaltung notwendig sind,<br />

wie z.B. Ersatzteile <strong>und</strong> Schmierstoffe. Betriebsstoffe wurden - abhängig <strong>von</strong> der<br />

Datenlage - berücksichtigt.<br />

• Betriebsmittel<br />

Betriebsmittel sind alle Einrichtungen <strong>und</strong> Anlagen, welche die technische Voraussetzung<br />

betrieblicher Leistungserstellung bilden. Die Zuordnung <strong>von</strong> Betriebsmitteln<br />

zum Zielprodukt ist im allgemeinen nur indirekt möglich <strong>und</strong> relativ ungenau,<br />

da sich ihre Nutzungsdauer selten im voraus bestimmen läßt. Betriebsmittel<br />

können in zwei Gruppen eingeteilt werden: zum einen in Maschinen, Anlagen<br />

<strong>und</strong> Transportmittel (z.B. Drehbänke, Öfen, Fließbänder), zum anderen in<br />

Gebäude (z.B. Maschinenhaus) <strong>und</strong> nicht-produktionstechnische Anlagen (z.B.<br />

Verwaltungsgebäude).


Methodik 17<br />

Auf die Betriebsmittel, die nach VDI4600 fester Bestandteil der KEA-<strong>Bilanzierung</strong><br />

sind, soll hier detailliert eingegangen werden. Wie durch die weißen Pfeile angedeutet<br />

ist, werden diese bei der Gr<strong>und</strong>stoffbilanzierung aus folgenden Gründen nicht berücksichtigt:<br />

• Die Ermittlung des Energieaufwandes für die Herstellung der Betriebsmittel ist<br />

häufig mit erheblichem Aufwand verb<strong>und</strong>en, da der Durchsatz oder die Lebensdauer<br />

einer Maschine, die Energieaufwendungen bei der Herstellung der Betriebsmittel<br />

selbst usw. nur schwer zu erfassen sind.<br />

• Der Einfluß der Betriebsmittel auf den gesamten KEA (<strong>und</strong> auch auf eine Reihe<br />

weiterer umweltrelevanter Fragestellungen) ist, wie in /GRU 3/ aber auch bei der<br />

Ermittlung der Energieaufwendungen für die Energiebereitstellung gezeigt werden<br />

konnte, äußerst gering. So liegt der gesamte Energieaufwand für die Herstellung<br />

der Produktionsanlagen (incl. Transportmittel) bei der Stahlherstellung deutlich<br />

unter 1 %. Der Aufwand für die Herstellung, Instandhaltung <strong>und</strong> die Entsorgung<br />

eines Steinkohlekraftwerkes incl. der sonstigen Betriebsmittel während der Nutzungsphase<br />

des Kraftwerks liegt bei r<strong>und</strong> 1 % der Energiemenge, die in der eingesetzten<br />

Steinkohle enthalten ist. Der Anteil des KEAH des Kraftwerks am gesamten<br />

Energieeinsatz während der Lebensdauer liegt bei nur 0,3 %. Aus den angeführten<br />

Beispielen kann jedoch nicht gefolgert werden, daß der Aufwand für Betriebsmittel<br />

generell vernachlässigt werden kann. Bei Prozessen mit geringem Durchsatz oder<br />

sehr aufwendiger Anlagentechnik ist wie bereits im Kapitel 3.2 dargelegt zumindest<br />

eine Grobbilanzierung der Betriebsmittel generell zu empfehlen. Für die im Rahmen<br />

dieser Studie betrachteten Prozesse der Gr<strong>und</strong>stoffindustrie mit hohen Durchsätzen,<br />

hohem Betriebsenergieverbrauch <strong>und</strong> wenig aufwendiger Anlagentechnik<br />

liegt jedoch der Fehler durch die Vernachlässigung der Betriebsmittel innerhalb der<br />

sonstigen Fehlergrenzen.<br />

Nicht berücksichtigte Input-Parameter sind menschliche Arbeit <strong>und</strong> metabolische<br />

Energie (z.B. Nährwert <strong>von</strong> Lebensmitteln). Umweltenergie, z.B. passiv genutzte Solarenergie,<br />

wird in der Regel <strong>von</strong> der <strong>Bilanzierung</strong> ausgeschlossen. Luft, Wasser <strong>und</strong> Boden<br />

sind ebenso nicht Bestandteil der energetischen <strong>Bilanzierung</strong>, wohl jedoch die<br />

Aufwendungen zu ihrem Transport bzw. ihrer Bereitstellung soweit die technischen<br />

Prozesse dies erfordern.<br />

Output sind neben dem Zielprodukt ggf. Kuppelprodukte <strong>und</strong> Emissionen, sowie nicht<br />

genutzte Fortwärme <strong>und</strong> Abfälle, wobei letztere nicht in die KEA-<strong>Bilanzierung</strong> eingehen.<br />

3.4 Bezugsgrößen<br />

Als Bezugsgrößen (funktionale Einheit) für die ermittelten KEA- <strong>und</strong> Emissionswerte<br />

werden kommen folgende Größen zum Einsatz:<br />

• Bei <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong>, außer Holz (GRU 2, Teil N), die Produktmasse (Angabe des KEA<br />

in MJ/kg). Die ebenfalls anzutreffende Bezugseinheit "Volumen" wurde hier bewußt<br />

nicht gewählt, da Volumenänderungen durch z.B. Aufschäumen meist mit deutlich<br />

geringeren Veränderungen des KEA verb<strong>und</strong>en sind, als Veränderungen der Pro-<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


18 Allgemeiner Teil<br />

duktmasse. Zur Umrechnung der Größen wird jedoch soweit möglich <strong>und</strong> sinnvoll<br />

die Dichte der betrachteten Materialien angegeben.<br />

• Bei Holz wird das Volumen eingesetzt, da bei den durch Umgebungsbedingungen,<br />

wie Temperatur, Luftfeuchte usw. bedingten Veränderungen der Restfeuchte im<br />

Holz die Gutsmasse stärker schwankt als das Volumen. Außerdem ist bei Bauholz<br />

das Volumen eine gebräuchlichere Einheit als die Masse.<br />

• Bei Energieträgern wird der Energieinhalt als Bezugsgröße verwendet; bei Brennstoffen<br />

auch die Masse oder das Volumen. In Verbindung mit dem stets angegebenen<br />

Heizwert sind diese Größen ineinander umrechenbar.<br />

3.5 Bewertung regenerativer Energieträger<br />

Die Bewertung regenerativer Energieträger in Energiebilanzen ist ein vieldiskutiertes<br />

Thema. Die Bewertungsansätze reichen <strong>von</strong> einer Vernachlässigung der eingesetzten<br />

regenerativen Energiemengen bis zu einer Berücksichtigung der Nutzungsgrade bei der<br />

Umwandlung. Generell zu berücksichtigen sind die Aufwendungen zur Herstellung der<br />

Anlagen bei der Bereitstellung <strong>und</strong> Umwandlung der Energieträger, also z.B. der<br />

Kraftwerke. Am Beispiel der Photovoltaik lassen sich die Auswirkungen dieser verschiedenen<br />

Bewertungsansätze verdeutlichen:<br />

• Vernachlässigt man die Einstrahlung auf die Module, so daß nur die Aufwendungen<br />

für die Herstellung der PV-Anlage berücksichtigt werden, so beträgt der KEA des<br />

photovoltaisch erzeugten Stroms - abhängig <strong>von</strong> der Art, der Ausrichtung <strong>und</strong> der<br />

Lebensdauer des Moduls sowie weiteren Einflußparametern - zwischen 0,1 <strong>und</strong><br />

1 kWhprim/kWhend. Üblicherweise liegt der Wert unter 1, so daß die PV-Anlage de<br />

facto eine Energiequelle darstellt.<br />

• Berücksichtigt man den Nutzungsgrad der Umwandlung (5 - 15 %), so liegt der<br />

Primärenergieaufwand <strong>von</strong> photovoltaisch erzeugtem Strom - wiederum abhängig<br />

<strong>von</strong> oben genannten Parametern - zwischen 7 <strong>und</strong> 20 kWhprim/kWhend <strong>und</strong> damit<br />

deutlich über dem Primärenergieverbrauch fossiler Kraftwerke.<br />

Diese Spannbreite verdeutlicht die Schwierigkeiten bei der Bewertung regenerativer<br />

Energie, erschwert aber außerdem den Vergleich der ermittelten kumulierten Energieaufwendungen<br />

mit konventionellen Systemen. In dieser Studie werden regenerative<br />

Energieträger daher folgendermaßen berücksichtigt:<br />

• Die Aufwendungen für die Herstellung der Anlagen werden berücksichtigt. Die entsprechenden<br />

Daten stammen aus /HAG 92/ bzw. /KIN 92/ <strong>und</strong> /DRE99/.<br />

• Für die Umwandlung der Energieformen Sonnenstrahlung, Wind- <strong>und</strong> Wasserkraft<br />

wird der Netto-Nutzungsgrad - in Übereinstimmung mit nationalen <strong>und</strong> internationalen<br />

Statistiken - zu 100 % angesetzt. D.h. nur diejenige Energiemenge, die die<br />

Anlagen zur Umwandlung der Umwelt-Energie in nutzbare Energieformen verläßt,<br />

wird als Energieeinsatz gewertet.<br />

• Erfolgt nach der ersten Umwandlung der Umweltenergie in nutzbare Energie eine<br />

weitere Energiewandlung (z.B. solarthermisches Dampfkraftwerk, Verbrennung<br />

<strong>von</strong> Biomasse) so geht der reale Umwandlungsnutzungsgrad in die Bewertung ein.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Methodik 19<br />

• Sonstige Aufwendungen zur Bereitstellung <strong>von</strong> Biomasse (Anbau, Aufzucht <strong>und</strong><br />

Ernte <strong>von</strong> Pflanzen) werden bei der Ermittlung des KEA berücksichtigt (siehe hierzu<br />

/GRU5/ <strong>und</strong> /GRU 2 Kapitel N/)<br />

• Spielen regenerative Energieträger bei der Herstellung eines Produktes eine wesentliche<br />

Rolle, so wird der Kumulierte Nichtregenerative Aufwand /DRE99/ explizit<br />

ausgewiesen. Dadurch wird eine Beurteilung der Ressourcenbelastung deutlich<br />

vereinfacht.<br />

Anhand <strong>von</strong> Abbildung 6 lassen sich die Vorteile einer getrennten Erfassung <strong>von</strong> regenerativen<br />

<strong>und</strong> nichtregenerativen Aufwendungen verdeutlichen.<br />

16<br />

[GJ/t]<br />

14<br />

Primärenergieaufwand<br />

12<br />

10<br />

8<br />

6<br />

4<br />

2<br />

0<br />

Kumulierter Energieaufwand<br />

Kumulierter Nichtregenerativer Aufwand<br />

0,658<br />

0,656<br />

13,820<br />

1,520<br />

Beton B25 Schnittholz<br />

Abbildung 6: Vergleich der gesamten <strong>und</strong> der nichtregenerativen Primärenergieaufwendungen<br />

am Beispiel <strong>von</strong> Schnittholz <strong>und</strong> Beton<br />

Während bei Beton die Energieaufwendungen zu beinahe 100 % aus fossilen Quellen<br />

gedeckt werden, <strong>und</strong> daher KEA <strong>und</strong> KNRA weitgehend identisch sind, beträgt der<br />

nichtregenerative Aufwand für die Schnittholzherstellung nur r<strong>und</strong> 13 % des KEA.<br />

Dies liegt zum einen am hohen Anteil der im Produkt in Form des Heizwertes geb<strong>und</strong>enen<br />

Energie (ca. 12 GJ/t) <strong>und</strong> zum anderen am vergleichsweise hohen Anteil an Prozeßenergie,<br />

der in der Holzindustrie mit Hilfe <strong>von</strong> Restholz gedeckt wird.<br />

3.6 Bewertung <strong>von</strong> Abfällen<br />

Da im Rahmen dieser Studie nur die Bereitstellung <strong>von</strong> Gütern <strong>und</strong> Dienstleistungen<br />

betrachtet wurde, spielt die Frage der Reststoffbewertung nur bei der Rückführung <strong>von</strong><br />

Stoffen in den Produktionskreislauf eine Rolle. Aufwendungen für Entsorgung, Deponierung<br />

usw. wurden nicht näher betrachtet, jedoch existiert eine Vielzahl <strong>von</strong> Untersuchungen<br />

der FfE bzw. des Lehrstuhls für Energiewirtschaft <strong>und</strong> Kraftwerkstechnik<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


20 Allgemeiner Teil<br />

der TU München, die sich eingehend mit Fragen der Entsorgung beschäftigt (z.B.<br />

/EUR 94/, /MAU 93/).<br />

3.7 Bewertung <strong>von</strong> Sek<strong>und</strong>ärrohstoffen<br />

Bei der Bewertung <strong>von</strong> Recyclingprozessen muß unterschieden werden zwischen internem<br />

Recycling (z.B. Rückführung <strong>von</strong> Gießresten in den Schmelzofen des Gießwerks)<br />

<strong>und</strong> externem Recycling (z.B. Rückführung <strong>von</strong> Stahlschrott in das Elektrostahlwerk).<br />

• Intern recyclierbaren Materialien, werden keine Energieaufwendungen oder Emissionen<br />

zugeschrieben. Die Aufwendungen werden dem Zielprodukt gutgeschrieben,<br />

so daß das Recyclingmaterial bei der Rückführung in den Produktionsprozeß energie-<br />

<strong>und</strong> emissionsfrei zur Verfügung steht. Eventuell anfallende Transport- <strong>und</strong><br />

Aufarbeitungsaufwendungen müssen selbstverständlich berücksichtigt werden.<br />

• Dem Recyclingmaterial, das <strong>von</strong> außen in den Produktionsprozeß einfließt (z.B.<br />

durch Wertstoffsammlung), wird der KNA des Vorprodukts (d.h. diejenige Energiemenge,<br />

die der Umwelt entnommen <strong>und</strong> keinem Umwandlungsprozeß unterzogen<br />

wurde) zugewiesen. Die Aufwendungen für die Bereitstellung des Recyclingmaterials<br />

werden ebenfalls berücksichtigt. Eine generelle Berücksichtigung des Heizwerts<br />

<strong>von</strong> sek<strong>und</strong>ären Rohstoffen nach /VDI4600/ findet nicht statt, da dem Sek<strong>und</strong>ärprozeß<br />

auf diese Weise Energieaufwendungen zugeschrieben werden, die tatsächlich<br />

nicht anfallen. Eine eingehende Diskussion dieses Themas findet in /GRU 3 - "Weiterführende<br />

Überlegungen"/ statt.<br />

Da es für die Berücksichtigung <strong>von</strong> sek<strong>und</strong>ären Rohstoffen keine eindeutig richtige<br />

oder falsche Vorgehensweise gibt, die gewählte Art der Berücksichtigung jedoch nicht<br />

unerheblichen Einfluß auf die Ergebnisse hat, werden die Heizwerte der rückgeführten<br />

Stoffe in den jeweiligen Kapiteln stets angegeben, so daß sowohl deren Einfluß abgeschätzt<br />

werden kann, als auch eine Abänderung der Vorgehensweise mit dem vorhandenen<br />

Zahlenmaterial jederzeit durchführbar ist.<br />

3.8 Kuppelproduktion<br />

Da bei einer Vielzahl <strong>von</strong> Prozessen mehrere Produkte gleichzeitig hergestellt werden,<br />

stellt sich häufig die Frage nach der Zuteilung (Allokation) der Energie- <strong>und</strong> Materialaufwendungen<br />

auf die verschiedenen Produkte. Jede derartige Aufteilung muß nach<br />

/VDI4600/ folgende Kriterien erfüllen:<br />

• Die Summe der Einsatzmengen ist identisch mit der Summe der Ausgangsmengen<br />

eines Bilanzraums <strong>und</strong><br />

• die Summe der Energieeinträge entspricht der Summe der Energieausträge.<br />

Diese Quellen- <strong>und</strong> Senkenfreiheit <strong>von</strong> Bilanzräumen hinsichtlich Massen <strong>und</strong> Energiemengen<br />

ist eines der Leitkriterien bei der Prozesskettenanalyse.<br />

Im Rahmen dieser Studie wurde zunächst eine Unterscheidung der Produkte jedes Bilanzraums<br />

in Zielprodukte <strong>und</strong> sonstige (Neben-)produkte durchgeführt. Eine Zuteilung<br />

<strong>von</strong> Energie- <strong>und</strong> Emissionswerten erfolgt im Rahmen der Prozesskettenanalyse<br />

nur auf Zielprodukte.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Methodik 21<br />

Nebenprodukte werden stets angegeben, da sie zur Komplettierung der Massenbilanz<br />

notwendig sind. Sie stellen häufig Produktionsabfälle bzw. nicht weiter genutzte Reststoffe<br />

dar.<br />

Ausnahme hierbei ist die Verbrennung <strong>von</strong> Brennstoffen. Da die für die Verbrennung<br />

benötigte Luftmenge nicht berücksichtigt wird, <strong>und</strong> eine vollständige Massenbilanz bei<br />

Verbrennungsvorgängen äußerst schwierig zu erstellen ist, werden Energieträger <strong>und</strong><br />

deren Verbrennungsrückstände standardmäßig aus der Massenbilanz ausgeblendet.<br />

Bei Bilanzräumen mit mehreren Zielprodukten existieren verschiedene Bewertungsmöglichkeiten,<br />

die im folgenden erläutert werden.<br />

3.8.1 Substitutionsmethode<br />

Bei diesem Verfahren werden nicht die Aufwendungen der Inputs nach einem festen<br />

Schlüssel auf die Outputs verteilt, sondern die aus einem anderen Verfahren (Äquivalenzprozeß)<br />

bekannten Aufwendungen eines Zielprodukts <strong>von</strong> den gesamten Aufwendungen<br />

der Inputs abgezogen. Dieses Substitutionsprinzip wurde bis vor einigen Jahren<br />

u.a. in der nationalen Strombilanz angewendet, um die Stromerzeugung aus nichtfossilen<br />

Energieträgern zu bilanzieren. Deren Energieerzeugung wurde mit den mittleren<br />

Aufwendung fossil befeuerter Wärmekraftwerke bewertet /AGE 78/. Diesem Ansatz<br />

liegt die Annahme zugr<strong>und</strong>e, daß mit dem Einsatz nichtfossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung<br />

Strom aus konventionellen Wärmekraftwerken ersetzt wird <strong>und</strong> dadurch<br />

Brennstoffeinsatz in diesen Kraftwerken substituiert wird.<br />

Im Rahmen dieser Studie kommt die Substitutionsmethode nur bei der Bewertung <strong>von</strong><br />

KWK-Prozessen zum Einsatz 2 . Bei der kombinierten Erzeugung <strong>von</strong> elektrischer Energie<br />

<strong>und</strong> Wärme stellt die proportionale Aufteilung des Energieeinsatzes zur Strombzw.<br />

Wärmemenge (siehe Kapitel 3.8.3) keine sinnvolle Bewertungsmöglichkeit dar.<br />

Die verschiedenen "Qualitäten" elektrischer <strong>und</strong> thermischer Energie würden bei diesem<br />

Verfahren vernachlässigt. Vielmehr wird für die erzeugte thermische Energie ein<br />

alternativer Bereitstellungsprozeß, i.a. ein für das jeweilige Temperatur <strong>und</strong> Druckniveau<br />

geeigneter Kessel, der mit dem für den KWK-Prozeß eingesetzten Brennstoff beheizt<br />

wird, zugr<strong>und</strong>egelegt. Die bei dieser alternativen Bereitstellung erforderlichen<br />

Energieaufwendungen werden <strong>von</strong> den Energieaufwendungen des KWK-Prozesses abgezogen.<br />

Die verbleibenden Aufwendungen werden dann der erzeugten elektrischen<br />

Energie zugerechnet.<br />

Eine "Variante" dieser Methode kommt im Rahmen dieser Studie bei der Bewertung<br />

<strong>von</strong> Energieträgern, die als Nebenprodukte in der Rohstoff- oder Halbzeugindustrie anfallen<br />

(z.B. Wasserstoff bei der Alkali-Chlorid-Elektrolyse, Gichtgas aus dem Hochofen)<br />

zum Einsatz. Hierbei wird der Energieinhalt (Heizwert) des Energieträgers vom Primärenergieaufwand<br />

der Inputs abgezogen, der verbleibende Energieinput wird dann<br />

auf die eigentlichen Zielprodukte des Prozesses aufgeteilt. Auf eine weitergehende primärenergetische<br />

Bewertung des Energieinhalts bzw. die Betrachtung eines Alternativ-<br />

Prozesses wird aus Praktikabilitätsgründen verzichtet.<br />

2 Zur primärenergetischen Bewertung <strong>von</strong> regenerativen Energieträgern siehe Kapitel 3.4<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


22 Allgemeiner Teil<br />

3.8.2 Allokation nach Massen<br />

Eine massenproportionale Aufteilung der Aufwendungen findet immer dann statt,<br />

wenn einen Bilanzraum (z.B. metallverarbeitender Betrieb) mehrere ähnliche Kuppelprodukte<br />

verlassen <strong>und</strong> die Datenlage eine andere Aufteilung nicht zuläßt.<br />

3.8.3 Allokation nach Energieinhalten (Heizwerten)<br />

Bei Prozessen, in denen alle Zielprodukte einen Energieinhalt besitzen, bietet sich anstelle<br />

der massenproportionalen Aufteilung eine Aufteilung nach den Energieinhalten<br />

der Zielprodukte an. Diese Form der Aufteilung bildet die tatsächlichen Energieströme,<br />

insbesondere bei Prozessen mit hohem Anteil an nichtenergetischen Aufwendungen,<br />

optimal ab.<br />

So werden insbesondere in der petrochemischen Industrie in komplexen Prozessen verschiedene<br />

Kohlenwasserstoffverbindungen hergestellt bzw. separiert; der Heizwert der<br />

Produkte hat dabei bis auf wenige Ausnahmen einen Anteil <strong>von</strong> mehr als 50 % am<br />

KEA.<br />

Den Einfluß der Allokationsmethode auf den KEA der Produkte stellt Tabelle 2 anhand<br />

eines Steamcrackingverfahrens dar. Wegen des hohen massenspezifischen Heizwerts<br />

<strong>von</strong> Wasserstoff wird diesem beim Übergang <strong>von</strong> massen- auf heizwertproportionale<br />

Bewertung ein wesentlich höherer Energieaufwand zugewiesen.<br />

Tabelle 2: Vergleich verschiedener Allokationsverfahren am Beispiel "Steamcrakking<br />

<strong>von</strong> Ethan"<br />

Produkt<br />

Masse / Energieinhalt<br />

Ethylen<br />

1kg / 47,2 MJ<br />

Propylen<br />

0,02 kg / 0,92 MJ<br />

Wasserstoff<br />

0,08 kg / 9,6 MJ<br />

Methan<br />

0,09 kg / 0,45 MJ<br />

Butan<br />

0,04 kg / 1,824 MJ<br />

Pyrolyse-Gasöl<br />

0,01 kg / 0,41 MJ<br />

Bei massenproportionaler Bewertung liegt der KEA des Wasserstoffs deutlich unter<br />

seinem Energieinhalt; bei heizwertproportionaler Bewertung ergibt sich ein spezifischer<br />

KEA <strong>von</strong> r<strong>und</strong> 1,26 MJprim/MJH2. Ähnlich wie in diesem Beispiel ergeben sich<br />

durch heizwertproportionale Bewertung für eine Vielzahl <strong>von</strong> petrochemischen Prozessen<br />

deutlich plausiblere Werte als bei der Allokation nach Massen. Daher erfolgt die<br />

Allokation in /GRU 4 - Kunststoffe/ durchgängig über die Heizwerte bzw. im Fall <strong>von</strong><br />

Dampf oder elektrischer Energie über die Energieinhalte der Zielprodukte.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Anteil an der<br />

Outputmasse [%]<br />

KEA bei Allokation<br />

nach Masse [%]<br />

Anteil am Gesamt-<br />

Energieoutput [%]<br />

KEA bei Allokation<br />

nach Heizwert [MJ]<br />

80,6 65,29 73,3 59,31<br />

1,6 1,31 1,4 1,15<br />

6,5 5,23 14,9 12,06<br />

7,3 5,88 7,0 5,65<br />

3,2 2,61 2,8 2,29<br />

0,8 0,65 0,6 0,51<br />

Summe 100,0 80,97 100,0 80,97


Methodik 23<br />

3.8.4 Sonstige Zuordnungsverfahren<br />

Neben den oben ausführlich dargestellten Bewertungsmethoden existieren weitere Zuordnungsverfahren,<br />

die im Rahmen dieser Studie nicht verwendet wurden. Diese verwenden<br />

u.a. folgende Größen für die Aufteilung der Inputströme auf die Produkte 3 .<br />

• Physikalische Größen: Volumen, Stoffmenge (mol), Brennwert, Enthalpie<br />

• Wirtschaftliche Größen: Marktpreis, Werkabgabepreis<br />

Insbesondere eine monetäre Bewertung ist häufig <strong>von</strong> den physikalischen Gegebenheiten<br />

weit entfernt <strong>und</strong> spiegelt die tatsächlichen Energie- <strong>und</strong> Stoffströme nur begrenzt<br />

wieder. Daher sollte die Bewertung soweit möglich auf der Basis physikalischer Größen<br />

durchgeführt werden.<br />

3.9 Ermittlung der Emissionen<br />

Im folgenden werden die betrachteten Emissionsarten beschrieben sowie die Begriffe<br />

prozeßbedingte <strong>und</strong> energiebedingte Emissionen definiert. Danach wird die Vorgehensweise<br />

zur Ermittlung der Emissionen erläutert.<br />

3.9.1 Untersuchungsgegenstand<br />

Die im folgenden beschriebenen atmosphärischen Emissionen werden, soweit es die Datenlage<br />

zuläßt, durchgängig für alle untersuchten Gr<strong>und</strong>stoffe angegeben.<br />

• CO2: Kohlendioxid ist als Verbrennungsrückstand aller kohlenstoffhaltiger Energieträger<br />

die mengenmäßig bedeutendste Emissionsart. Kohlendioxid aus Verbrennungsprozessen<br />

wird als energiebedingte Emission definiert (siehe auch 3.9.2). Zusätzlich<br />

gibt es Verfahren, in denen CO2 prozeßbedingt entsteht, wie z. B. bei der<br />

Zersetzung <strong>von</strong> Carbonaten (Decarbonatisierung) bei Brennprozessen (z.B. CaCO3<br />

→ CO2 + CaO) oder bei der Reduktion <strong>von</strong> Metalloxiden zu den entsprechenden Metallen<br />

(z. B. 2Al2O3 + 3C → 4Al + 3CO2). Ein besonderes Augenmerk bei der Ermittlung<br />

<strong>von</strong> Kohlendioxidemissionen ist auf die <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> aus Biomassefeuerung<br />

emittierte CO2-Emissionen zu legen. Biomasse bindet während der Wachstumsphase<br />

durch die Photosynthese Kohlendioxid aus der Luft, das bei der Verbrennung<br />

wieder freigesetzt wird. Als CO2-neutral wird diese separat erfaßt <strong>und</strong><br />

ausgewiesen. Da Kohlendioxid zudem als wesentliches Treibhausgas in der öffentlichen<br />

Diskussion steht <strong>und</strong> sich eine Vielzahl <strong>von</strong> Projekten mit Möglichkeiten zur<br />

Verringerung der CO2-Emissionen beschäftigen, wird im Rahmen dieses Projekts<br />

eine detaillierte <strong>und</strong> vollständige Darstellung der durch die Herstellung <strong>von</strong> <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong><br />

bedingten Kohlendioxidemissionen durchgeführt.<br />

• CO: Lokal gesehen wirkt Kohlenmonoxid ab einer Konzentration <strong>von</strong> 0,01 % als<br />

humantoxisches Gift (Atembeschwerden aufgr<strong>und</strong> Blockierung des Hämoglobins).<br />

Global haben CO-Emissionen kein Wirkungspotential, da sie in der Atmosphäre<br />

durch Radikale bzw. im Boden <strong>von</strong> Bakterien zu Kohlendioxid aufoxidiert werden.<br />

Sie können jedoch als Leitgröße für die Qualität <strong>von</strong> Verbrennungsprozessen herangezogen<br />

werden, da CO-Emissionen meist durch unvollständige Verbrennung koh-<br />

3 Für die Chlor-Alkali-Elektrolyse wurde im Rahmen dieses Projekts auf eine Aufteilung der Inputs nach Anteilen verzichtet<br />

(siehe /GRU 3/ - Kapitel B Abschnitt 3.6).<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


24 Allgemeiner Teil<br />

lenstoffhaltiger Brennstoffe entstehen. Durch geeignete Gestaltung des Brennraums<br />

bzw. Luftüberschuß bei der Verbrennung <strong>und</strong> eine sogenannte Nachverbrennung<br />

der Abgase (z. B. Al-Elektrolyse) können CO-Emissionen weitgehend vermieden<br />

werden. Da CO einen Heizwert <strong>von</strong> ca. 2,8 kWh/kg besitzt, kann eine Nachverbrennung<br />

zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei der Energiewandlung beitragen,<br />

wenn die dabei freiwerdende Wärme für den Prozeß genutzt wird.<br />

• NOx: Stickstoffoxide spielen bei der Entstehung des photochemischen Smogs (Ozon)<br />

<strong>und</strong> des sauren Regens eine erhebliche Rolle. Sie treten vor allem als Stickstoffmonoxid<br />

(NO) <strong>und</strong> Stickstoffdioxid (NO2) auf. Bei Verbrennungsprozessen reagiert<br />

Stickstoff mit Sauerstoff zu NO (ca. 95 bis 98 %) <strong>und</strong> NO2 (ca. 2 bis 5 %). Hierbei<br />

wirken unterschiedliche Mechanismen:<br />

Brennstoff-NOx-Bildung: Im Brennstoff geb<strong>und</strong>ener Stickstoff reagiert in der<br />

Flamme bei Temperaturen zwischen 800 <strong>und</strong> 1.400 °C im ersten Schritt mit Luftsauerstoff<br />

zu NO; in einem zweiten Schritt ist eine Reaktion mit Brennstoffstickstoff<br />

zu molekularem Stickstoff möglich. Wesentliche Einflußgrößen sind Stickstoffgehalt<br />

<strong>und</strong> Art der Stickstoffverbindungen im Brennstoff, die Flammentemperatur,<br />

die Verweilzeit <strong>und</strong> der Luftüberschuß.<br />

Prompte NOx-Bildung: Promptes NOx entsteht in brennstoffreichen Flammen<br />

durch Einwirkung <strong>von</strong> kohlenstoffhaltigen Radikalen auf den Luftstickstoff <strong>und</strong><br />

nachfolgende Oxidation der Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindung. Die prompte NOx-<br />

Bildung nimmt mit steigender Temperatur zu.<br />

Thermische NOx-Bildung: Das chemische Gleichgewicht zwischen den Komponenten<br />

Stickstoff, Sauerstoff <strong>und</strong> Stickstoffmonoxid verlagert sich bei zunehmender<br />

Temperatur zu höheren NO-Konzentration. An den Nachschaltheizflächen <strong>von</strong><br />

Wärmeerzeugern <strong>und</strong> in der Atmosphäre wird das so gebildete NO zu NO2 aufoxidiert.<br />

Die thermische NOx-Bildung ist stark abhängig <strong>von</strong> der Flammentemperatur,<br />

der Sauerstoffkonzentration sowie der Verweilzeit bei Temperaturen über 1300 °C.<br />

Maßnahmen zur NOx-Emissionsminderung zielen wegen der hohen Bedeutung der<br />

thermischen NOx-Bildung hauptsächlich auf den zuletzt genannten Bildungsmechanismus<br />

ab. Dabei wird versucht durch niedrige Flammtemperaturen, kurze<br />

Verweilzeiten <strong>und</strong> Luftmangel oder aber sehr hohen Luftüberschuß die Bedingungen<br />

für die NOx-Bildung zu verschlechtern. Maßnahmen, die auf Luftmangel basieren,<br />

laufen jedoch konträr zu den Bestrebungen einer möglichst vollständigen Verbrennung<br />

mit dem Ziel niedriger Ruß, Kohlenmonoxid <strong>und</strong> Kohlenwasserstoffemissionen.<br />

• SO2: Schwefeldioxid entsteht vor allem in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt des<br />

eingesetzten Brennstoffs. Bei der Verbrennung <strong>von</strong> Schwefel entsteht zunächst SO2,<br />

welches unter bestimmten Voraussetzungen bei hohen Temperaturen zu SO3 aufoxidiert<br />

wird. Dieses wiederum reagiert bei Zugabe <strong>von</strong> Wasser zu Schwefelsäure<br />

(Versauerungspotential) weiter. Eine Verringerung der SO2-Emissionen ist primär<br />

durch die Verwendung schwefelarmer Brennstoffe (z.B. Erdgas, Treibstoffe mit<br />

niedrigerem Schwefelgehalt) zu erreichen. Bei stark schwefelhaltigen Brennstoffen<br />

kann auch eine Entschwefelung der Rauchgase notwendig werden. Weitere Entstehungsmöglichkeiten<br />

für SO2-Emissionen sind das Rösten sulfidischer Erze <strong>und</strong> die<br />

thermische Zersetzung <strong>von</strong> Sulfaten.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Methodik 25<br />

• CH4: Methan wird in der Natur durch Gärprozesse erzeugt. Wegen seines hohen<br />

Treibhauspotentials befindet es sich ebenso wie CO2 in der öffentlichen Diskussion.<br />

Technisch bedingte CH4-Emissionen sind meist auf die Freisetzung <strong>von</strong> CH4 bei der<br />

Gewinnung <strong>von</strong> Rohstoffen (Leckagen bei der Erdgasförderung, Steinkohlebergbau<br />

u.a.) <strong>und</strong> dem Erdgastransport, sowie in geringerem Maße auf eine unvollständige<br />

Verbrennung (vor allem <strong>von</strong> Erdgas) zurückzuführen. Die Möglichkeiten zur Emissionsminderung<br />

bestehen v.a. in Verbesserungen bei der Brennstoffgewinnung <strong>und</strong><br />

–verteilung sowie in einer optimierten Verbrennungstechnik.<br />

• NMVOC: Die Gruppe der Non-Methane-Volatile-Organic-Carbons (Nichtmethanhaltige-<br />

flüchtige- Kohlenwasserstoffe) umfaßt eine nicht quantifizierbare<br />

Anzahl <strong>von</strong> Wasserstoff-Kohlenstoff-Verbindungen alleine oder in Kombination mit<br />

einer Vielzahl weiterer Elemente. Es handelt sich meist um thermisch nicht vollständig<br />

oxidierte Brennstoffreste (Verkehr), um Zersetzungs- <strong>und</strong> Reaktionsprodukte<br />

aus Herstellungsprozessen (z.B. Erdölraffination) oder um Materialverluste bei<br />

Lagerung <strong>und</strong> Verbrauch organischer Flüssigkeiten. Die Vielzahl dieser Verbindungen<br />

wird in einer Gruppe zusammengefaßt, weil einerseits die detaillierte Erfassung<br />

aufgr<strong>und</strong> des enormen meßtechnischen Aufwands kaum möglich ist <strong>und</strong> andererseits<br />

die Werte für die Einzelverbindungen in Literaturquellen stark schwanken.<br />

• N2O: Distickstoffoxid (Lachgas) kommt in Spuren in der Atmosphäre vor <strong>und</strong> entsteht<br />

in der Natur beim Um- <strong>und</strong> Abbau <strong>von</strong> organischem Stickstoff im Boden oder<br />

Güllelager. Lachgas, das als Treibhausgas wirkt, entsteht des weiteren bei Verbrennungsvorgängen<br />

sowie in der chemischen Industrie bei der Herstellung <strong>von</strong><br />

Kunststoffen (Nylon) <strong>und</strong> Kunstdünger. Für die Entstehungsmechanismen besteht<br />

weiterer Forschungsbedarf, so daß die Berechnung mit Hilfe der Emissionsfaktoren<br />

als unsicher einzustufen ist.<br />

• Staub/Partikel: Die bei Verbrennungsprozessen entstehenden Partikel bestehen<br />

aus Ruß, angelagerten Kohlenwasserstoffen, Sulfaten <strong>und</strong> Asche. Bei sonstigen<br />

Herstellungsprozessen meist als Feinstaub prozeßbedingt entstehende Partikel<br />

werden in dieser Studie nicht erfaßt.<br />

3.9.2 Vorgehensweise<br />

Ziel dieser Studie ist es, neben dem Kumulierten Energieaufwand weitere wichtige<br />

Größen für die ganzheitliche <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> Produkten <strong>und</strong> Dienstleistungen bereitzustellen.<br />

Die im Zusammenhang mit der Bereitstellung <strong>von</strong> <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> anfallenden<br />

Emissionen sind ein wichtige Kenngrößen für Ökobilanzen (vgl. /PRA/).<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


26 Allgemeiner Teil<br />

Bei der Ermittlung <strong>von</strong> Emissionen wird zwischen energiebedingten <strong>und</strong> prozeßbedingten<br />

Emissionen unterschieden.<br />

• Energiebedingte Emissionen entstehen bei der Gewinnung, Umwandlung <strong>und</strong> dem<br />

Transport <strong>von</strong> Energieträgern sowie der eigentlichen Verbrennung (Oxidation) der<br />

Brennstoffbestandteile. Neben den konventionellen Energieträgern werden auch<br />

Ersatzbrennstoffe sowie Zuschlagstoffe, die energetisch zum Brennprozeß beitragen,<br />

unter dem Begriff Energieträger zusammengefaßt. Diese werden analog der Vorgehensweise<br />

der KEA-Ermittlung mit Hilfe der Prozeßkettenanalyse kumuliert erfaßt.<br />

• Prozeßbedingte Emissionen sind energieträgerunabhängige Emissionen, die durch<br />

chemische Reaktionen der an einem Prozeß beteiligten Einsatzstoffe oder durch<br />

Verdampfen bzw. Sublimieren <strong>von</strong> Stoffen entstehen.<br />

Die Unterscheidung dieser Emissionsklassen ist insbesondere deshalb sinnvoll, weil im<br />

Rahmen dieses Projekt umfangreiche Daten zum Energieeinsatz bei Herstellungsprozessen<br />

gesammelt werden <strong>und</strong> daraus die energiebedingten Emissionen abgeleitet<br />

werden können. Die durch den Energieeinsatz resultierenden Emissionen stellen erfahrungsgemäß<br />

bei einer Vielzahl <strong>von</strong> Prozessen den Großteil der Gesamtemissionen dar.<br />

Die im folgenden beschriebene Methodik bei der Ermittlung der Emissionen soll insbesondere<br />

die Bedeutung der energiebedingten Emissionen für die Gesamtemissionen eines<br />

Produktes aufzeigen.<br />

Um für typische Produktionsprozesse möglichst nachvollziehbare Emissionswerte angeben<br />

zu können, wird in folgenden Schritten vorgegangen:<br />

• Ermittlung der energiebedingten Emissionen (Kapitel 3.9.2.1)<br />

• Ermittlung der Gesamtemissionen <strong>von</strong> Herstellungsprozessen durch Literaturrecherchen,<br />

Herstellerbefragungen usw. (Kapitel 3.9.2.3)<br />

• Vergleich der Gesamtemissionen mit den energiebedingten <strong>und</strong> Erklärung eventueller<br />

Abweichungen, z.B. durch Betrachtung möglicher prozeßbedingter Emissionen.<br />

Als Ergebnis der Berechnungen werden für jeden bilanzierten Stoff neun Werte ausgewiesen.<br />

Stets aufgeführt wird der KEA <strong>und</strong> die energiebedingten Emissionen, die das<br />

Ergebnis der Prozeßkettenanalyse sind, <strong>und</strong> nach Vergleich mit Fachliteraturwerten<br />

die ermittelten Gesamtemissionen. Bei Prozeßketten mit einem relevanten Anteil regenerativer<br />

Energieträger am KEA (über 5 %) werden zudem der Kumulierte Nichtregenerative<br />

Aufwand (KNRA) <strong>und</strong> die CO2-Emissionen aus nichtregenerativen Brennstoffen<br />

ausgewiesen.<br />

3.9.2.1 Energiebedingte Emissionen<br />

Die Berechnung der energiebedingten Emissionen basiert auf der detaillierten Kenntnis<br />

<strong>von</strong> Art <strong>und</strong> Menge der für einen bestimmten Prozeß eingesetzten Energieträger.<br />

Diese Kenntnis genügt für die Ermittlung der Emissionen bei der Bereitstellung der<br />

benötigten Energieträger, da zu den entsprechenden Emissionen eine Vielzahl <strong>von</strong> Untersuchungen<br />

durchgeführt wurden /BAU 97/, /GEM/, /ÖKO 95/.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Methodik 27<br />

Auf die Emissionen des Verbrennungsprozesses selbst wirkt sich entscheidend die Prozeßführung<br />

bei der Verbrennung (z.B. Temperatur, Luftzahl) <strong>und</strong> die Art der Rauchgasnachbehandlung<br />

(Nachverbrennung, Filter, Rauchgaswäsche) aus. Letztere werden<br />

berücksichtigt, falls für einen bestimmten Prozeß eine Rauchgasnachbehandlung üblicherweise<br />

durchgeführt wird bzw. gesetzliche Vorschriften den Einsatz bestimmter<br />

Emissionsminderungstechnologien vorschreiben. Anmerkungen zu diesen Techniken<br />

<strong>und</strong> den Auswirkungen auf die Emissionen finden sich in den jeweiligen Gr<strong>und</strong>stoff-<br />

Kapiteln.<br />

Die Abhängigkeit einzelner Emissionsarten <strong>von</strong> der Prozeßführung bei der Verbrennung<br />

kann zu erheblichen Schwankungsbreiten führen. Es ist für die spezifischen Herstellungsprozesse<br />

nicht möglich, diese komplexen Abhängigkeiten vollständig zu erfassen.<br />

Z.B. werden die CO-Emissionen eines Prozesses durch geeignete Verfahren (z.B.<br />

Lambda-Regelung; thermische Nachverbrennung) bis nahe Null gesenkt. Abhängig da<strong>von</strong>,<br />

ob diese Verfahren in einer Anlage zum Einsatz kommen, schwanken die CO-<br />

Emissionen sehr stark. Aus diesem Gr<strong>und</strong> erfolgt die Ermittlung verbrennungsbedingter<br />

Emissionen mit ausgewählten spezifischen Emissionen, die als Richtwerte dienen<br />

können, jedoch beim Vergleich mit einem ausgesuchten Praxiswert u.U. hohe Schwankungsbreiten<br />

aufweisen.<br />

In Tabelle 3 bis Tabelle 6 (Kapitel 4.1) sind die energiebedingten Emissionen aller<br />

Energieträger aufgelistet, die im Rahmen der <strong>Bilanzierung</strong> der Gr<strong>und</strong>stoffe <strong>und</strong> Halbzeuge<br />

zugr<strong>und</strong>e gelegt wurden. Die Tabellen geben die Gesamt-Emissionen an, d.h. sie<br />

enthalten sowohl die vorgelagerten als auch die bei der Verbrennung <strong>von</strong> Brennstoffen<br />

entstehenden Emissionen. Erfaßt werden<br />

• Brennstoffe einschließlich der Emissionen für Abbau, Veredelung <strong>und</strong> Transport bis<br />

zum Endverbraucher (Tabelle 3)<br />

• Sonstige Energieträger (Tabelle 4)<br />

• Elektrische Energie einschließlich der Emissionen bei der Bereitstellung der Brennstoffe,<br />

der Umwandlung in elektrische Energie <strong>und</strong> der aus den Verteilungsverlusten<br />

resultierenden Mehremissionen. (Tabelle 5)<br />

• Aufwendungen für den Transport einschließlich der Emissionen für die Kraftstoffbereitstellung<br />

(Tabelle 6)<br />

3.9.2.2 Prozeßbedingte Emissionen<br />

Neben den durch den Einsatz <strong>von</strong> Energieträgern bedingten Emissionen entstehen<br />

Luftschadstoffe in Prozessen, deren primäres Ziel nicht die Gewinnung oder Umwandlung<br />

<strong>von</strong> Energie ist. Einige Beispiele sind:<br />

• Beim Einsatz <strong>von</strong> Lösungsmitteln verdampft ein Teil der leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe<br />

in die Umwelt.<br />

• Beim Brennen <strong>von</strong> Kalkstein entstehen durch die Dekarbonatisierung prozeßbedingte<br />

Kohlendioxidemissionen.<br />

• Beim Schmelzen <strong>und</strong> Reduzieren <strong>von</strong> Al2O3 (Tonerde) in der Aluminium-<br />

Bleielektrolyse entstehen prozeßbedingte CO2-Emissionen.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


28 Allgemeiner Teil<br />

• Aus dem Schwefelgehalt der eingesetzten Brennstoffe (<strong>und</strong> u.U. Rohstoffe) berechnete<br />

SO2-Emissionen werden häufig durch sek<strong>und</strong>äre Effekte vermindert. Hierunter<br />

sind die Einbindung in das Produkt (z.B. Zementherstellung) oder etwaige Reststoffe<br />

(Asche) ebenso zu verstehen wie die Bildung <strong>von</strong> schwefeliger Säure im Falle der<br />

Taupunktunterschreitung der Abgase. Insbesondere bei SO2 aber auch bei NOx werden<br />

häufig auch zusätzliche Emissionsminderungsmaßnahmen eingesetzt, um gesetzliche<br />

Grenzwerte einzuhalten.<br />

Da die prozeßbedingten Emissionen weitgehend unabhängig vom Energieaufwand sind,<br />

kann im Rahmen dieser Studie keine vollständige Erfassung dieser Emissionen vorgenommen<br />

werden. Die Relevanz der prozeßbedingten Emissionen wird jedoch stets<br />

durch Vergleich der berechneten energiebedingten Emissionen mit Emissionswerten<br />

aus der Fachliteratur aufgezeigt. Abweichungen der Gesamtemissionen zu den über<br />

Prozeßkettenanalyse ermittelten energiebedingten Emissionen können häufig durch die<br />

Betrachtung prozeßbedingter Emissionen erklärt werden.<br />

3.9.2.3 Gesamtemissionen - Literaturvergleich<br />

Zu den Gesamtemissionen <strong>von</strong> Herstellungsprozessen existieren einige anerkannte<br />

Studien, die im folgenden kurz beschrieben werden:<br />

• GEMIS: Das Gesamt-Emissions-Modul integrierter Systeme /GEM/ beschreibt die<br />

Bereitstellung <strong>von</strong> Energieträgern bzw. die Herstellung <strong>von</strong> Gütern <strong>und</strong> legt dabei<br />

besonderen Wert auf die vollständige Erfassung der dabei entstehenden Emissionen.<br />

Die in GEMIS zugr<strong>und</strong>e liegenden Bilanzgrenzen sind aufgr<strong>und</strong> des ganzheitlichen<br />

Ansatzes mit dieser Studie identisch.<br />

• ÖKO-Inventare: Die umfangreiche Datensammlung „Ökoinventare für Energiesysteme“<br />

/ÖKO 95/ wurde <strong>von</strong> der ETH Zürich im Auftrag des schweizerischen B<strong>und</strong>esamts<br />

für Energiewirtschaft erstellt. Integriert sind neben umfangreichen Prozeßketten<br />

zur Energiebereitstellung auch die Herstellung <strong>von</strong> <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong>. Die<br />

Daten sind wegen ähnlicher Bilanzgrenzen <strong>und</strong> Vorgehensweise mit den in der vorliegenden<br />

Studie erarbeiteten Werten vergleichbar.<br />

Für einige Materialien existieren außerdem Ökobilanzen, die als Datenquelle für die<br />

Gesamtemissionen herangezogen werden konnten.<br />

Beim Vergleich der verschiedenen Literaturquellen untereinander bzw. mit den energiebedingten<br />

Emissionen fallen zum Teil erhebliche Abweichungen auf, die in den einzelnen<br />

Gr<strong>und</strong>stoffkapiteln in einer vergleichenden Gegenüberstellung erläutert werden.<br />

Wesentliche Quellen für Abweichungen sind:<br />

• Verschiedene Bilanzräume bei den Literaturwerten. So wird in einem Teil der Ökobilanzen<br />

die Bereitstellung <strong>von</strong> Einsatzstoffen bzw. Energieträgern nicht ausreichend<br />

betrachtet.<br />

• Unterschiedlicher Ortsbezug (z.B. Schweiz /ÖKO 95/- Deutschland /GRU 2-5/)<br />

• Berücksichtigung prozeßbedingter Emissionen (vgl. Kapitel 3.9.2.2)<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Methodik 29<br />

3.9.2.4 Auswahl <strong>von</strong> Emissionswerten – Datenqualität<br />

Nach der Gegenüberstellung verschiedener Emissionswerte aus der Fachliteratur <strong>und</strong><br />

eigenen Berechnungen sowie der anschließenden Diskussion <strong>von</strong> Abweichungen wird<br />

für jede Emissionsart ein „plausibler“ Wert ausgewählt. Ergebnis ist ein Datensatz, der<br />

für jeden Gr<strong>und</strong>stoff mindestens acht Emissionsarten beinhaltet.<br />

Im folgenden wird eine zumindest qualitative Bewertung der Datenqualität für die verschiedenen<br />

Emissionsarten angegeben:<br />

Die ausgewiesenen CO2-Emissionen haben eine sehr gute Datenqualität, da die Abbildung<br />

durch Berechnung aus dem Kohlenstoffgehalt der Energieträgern (<strong>und</strong> u.U. prozeßbedingt<br />

aus dem Carbonatgehalt der Einsatzstoffe) realitätsgetreu möglich ist <strong>und</strong><br />

die Emissionen über Prozeßkettenanalyse vollständig erfaßt werden.<br />

Die Datenqualität der SO2-Emissionen werden als gut eingestuft. Sie sind im wesentlichen<br />

energiebedingt <strong>und</strong> berechenbar. Durch Abgleich mit Literaturwerten konnten<br />

Abweichungen in der Praxis korrigiert werden.<br />

Die Datenqualität der CH4-Emissionen kann als gut eingestuft werden. Diese sind im<br />

wesentlichen energiebedingt <strong>und</strong> entstehen v.a. in vorgelagerten Prozeßketten der<br />

Brennstoffe Steinkohle <strong>und</strong> Erdgas.<br />

Die Angaben <strong>von</strong> CO-, NOX-, Staub- <strong>und</strong> NMVOC-Emissionen können als Richtwerte<br />

eingestuft werden. Die Ermittlung <strong>von</strong> exakten Werten ist nicht möglich, da diese sehr<br />

stark vom einzelnen Prozeß abhängig sind.<br />

Die Berechnung der N2O-Emission über Emissionsfaktoren ist als problematisch einzustufen,<br />

da weiterer Forschungsbedarf bezüglich der Entstehungsmechanismen dieses<br />

Treibhausgases besteht. Die Werte sollten als grobe Richtwerte betrachtet werden.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


30 Allgemeiner Teil<br />

4 Basisdaten für die Gr<strong>und</strong>stoffbereitstellung<br />

Die Ermittlung des KEA ist, wie bereits oben beschrieben, ein iterativer Vorgang. Bei<br />

dem jede Veränderung in der Bereitstellungskette <strong>von</strong> Energieträgern (z.B. andere Importstruktur,<br />

neue Umwandlungstechniken) zu veränderten Werten bei den <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong><br />

führt, aber auch jede Änderung bei wichtigen <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> einen (wenn auch geringeren)<br />

Einfluß auf die Bereitstellungsaufwendungen für Energieträger hat. Um die<br />

Nachvollziehbarkeit der im folgenden ermittelten Werte sicherzustellen werden in diesem<br />

Kapitel daher die Ausgangsdaten für den letzten vollzogenen Iterationsschritt bei<br />

der Gr<strong>und</strong>stoffbilanzierung dargestellt. Diese werden durchgängig in allen Kapiteln zur<br />

Gr<strong>und</strong>stoffbereitstellung verwendet. Danach erfolgt ein weiterer Iterationsschritt, in<br />

dem die Ergebnisse der Gr<strong>und</strong>stoffbilanzierung, aber auch aktuellere Statistiken verwendet<br />

werden um aktuelle Werte für die Energieträgerbereitstellung zu ermitteln. In<br />

einer Sensitivitätsbetrachtung wird im Anschluß ermittelt, wie sich die Abweichungen<br />

der neuen Energieträgerdaten <strong>von</strong> den vorher festgelegten auf die Werte der Gr<strong>und</strong>stoffe<br />

auswirken.<br />

4.1 Basisdaten für die verwendeten Energieträger<br />

4.1.1 Brennstoffe<br />

Die folgenden Daten stammen aus verschiedenen an der FfE durchgeführten Studien<br />

<strong>und</strong> wurden, vor allem bei den Emissionen, mit Werten aus /GEM/ ergänzt. Auf die<br />

Ermittlung der Werte wird im folgenden Kapitel näher eingegangen.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Basisdaten für die Gr<strong>und</strong>stoffbereitstellung 31<br />

Tabelle 3: Basisdaten der in den Gr<strong>und</strong>stoffkapiteln verwendeten Brennstoffe<br />

Energieträger Heizwert<br />

[MJ/kg]<br />

[MJ/m³]<br />

KEA<br />

[MJ/kg]<br />

[MJ/m³]<br />

CO2<br />

[kg/GJ]<br />

CO<br />

[g/GJ]<br />

NOX<br />

[g/GJ]<br />

SO2<br />

[g/GJ]<br />

CH4<br />

[g/GJ]<br />

NMVOC<br />

[g/GJ]<br />

N20<br />

[g/GJ]<br />

Staub<br />

[g/GJ]<br />

Mineralölprodukte<br />

Heizöl L<br />

Bereitstellung 6,98 19,62 26,41 31,05 20,05 17,67 0,11 4,01<br />

Verbrennung 42,73 47,59 74,37 43,05 287,05 79,70 3,02 3,02 2,01 11,48<br />

SUMME<br />

Heizöl S<br />

81,35 62,67 313,46 110,75 23,07 20,69 2,12 15,49<br />

Bereitstellung 9,68 21,90 30,16 35,26 23,72 18,18 0,16 4,34<br />

Verbrennung 40,56 44,62 78,77 51,60 143,34 490,90 3,32 3,32 2,11 23,75<br />

SUMME<br />

Petrolkoks<br />

88,45 73,50 173,50 526,16 27,04 21,50 2,27 28,09<br />

Bereitstellung 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

Verbrennung 31,02 36,62 127,80 0,00 69,60 1125,00 - - - -<br />

SUMME<br />

127,80 0,00 69,60 1125,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

Kohle / Kohleprodukte<br />

Steinkohle<br />

Bereitstellung 3,97 2,15 8,69 12,08 497,30 0,45 0,09 1,41<br />

Verbrennung 29,79 31,19 93,33 94,67 159,12 91,74 0,38 1,90 49,99 18,83<br />

SUMME<br />

Braunkohle<br />

97,30 96,82 167,81 103,82 497,68 2,35 50,08 20,24<br />

Bereitstellung 2,18 0,88 1,21 1,11 2,90 0,48 0,20 0,18<br />

Verbrennung 8,95 9,24 115,86 19,39 67,33 58,49 0,45 4,49 45,33 8,98<br />

SUMME<br />

Steinkohlen-Pech<br />

118,04 20,27 68,54 59,60 3,35 4,97 45,53 9,16<br />

Bereitstellung 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

Verbrennung 37,68 37,68 105,20 0,00 69,90 213,70<br />

SUMME<br />

Koks<br />

105,20 0,00 69,90 213,70 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

Bereitstellung 68,60 5,20 37,00 43,60 658,90 0,90 1,40 5,90<br />

Verbrennung 28,65 34,76 92,60 53,20 141,80 720,70 8,80 8,90 3,50 36,40<br />

SUMME<br />

Kokereigas<br />

161,20 58,40 178,80 764,30 667,70 9,80 4,90 42,30<br />

Bereitstellung 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

Verbrennung 15,99 15,99 42,45 0,00 - 0,00 - - - -<br />

SUMME<br />

Holzkohle<br />

42,45 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

Bereitstellung 4<br />

- - - - - - - -<br />

Verbrennung 29,26 29,26 99,72 - - 31,00 - - - -<br />

SUMME<br />

Erdgas<br />

99,72 0,00<br />

Gase<br />

0,00 31,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

Bereitstellung 3,65 35,47 12,19 4,72 164,40 0,65 0,09 2,80<br />

Verbrennung 31,74 35,46 55,15 27,99 55,98 0,43 2,52 2,52 1,01 0,14<br />

SUMME<br />

58,80 63,46 68,17 5,15 166,92 3,17 1,10 2,94<br />

4 Über die Energieaufwendungen bzw. die Emissionen bei der Holzkohlebereitstellung liegen keine Informationen vor<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


32 Allgemeiner Teil<br />

Tabelle 4: Basisdaten der in den Gr<strong>und</strong>stoffkapiteln verwendeten sonstigen Energieträger<br />

Energieträger Heizwert<br />

[MJ/kg]<br />

[MJ/m³]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ/kg]<br />

[MJ/m³]<br />

CO2<br />

[kg/GJ]<br />

CO<br />

[g/GJ]<br />

NOX<br />

[g/GJ]<br />

SO2<br />

[g/GJ]<br />

CH4<br />

[g/GJ]<br />

NMVOC<br />

[g/GJ]<br />

N20<br />

[g/GJ]<br />

Staub<br />

[g/GJ]<br />

Gase<br />

Gichtgas<br />

Bereitstellung 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

Verbrennung 3,98 3,98 188,00 0,00 - 0,00 - - - -<br />

SUMME<br />

Konvertergas<br />

188,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

Bereitstellung 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

Verbrennung 12,6 12,6 156,90 - - 0,00 - - - -<br />

SUMME<br />

156,90 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00<br />

Sonstige Energieträger<br />

Brennstoff-Mix 5<br />

Bereitstellung 5,55 21,41 16,53 16,09 222,07 5,85 0,11 2,85<br />

Verbrennung 37,50 40,91 73,69 55,08 113,13 174,97 2,12 2,57 16,03 12,83<br />

SUMME<br />

Rest-Holz<br />

79,24 76,49 129,66 191,06 224,19 8,42 16,14 15,68<br />

Bereitstellung 4,95 6,8 36,2 5,1 6,2 4,3 0,3 2,6<br />

Verbrennung 12,30 12,30 101,50 105,9 169,5 56,9 21,2 31,8 6,3 8,4<br />

SUMME<br />

Diesel (Treibstoff)<br />

106,45 112,70 205,70 62,00 27,40 36,10 6,60 11,00<br />

Bereitstellung 6,98 19,62 26,41 31,05 20,05 17,67 0,11 4,01<br />

Verbrennung 42,96 48,05 74,05 179,49 1175,82 74,73 14,65 128,21 5,49 84,25<br />

SUMME<br />

81,03 199,11 1202,23 105,78 34,70 145,88 5,60 88,26<br />

5 Wird verwendet, wenn die Einsatzmenge an Energieträgern nur als Energiemenge gegeben ist <strong>und</strong> keine Daten über<br />

die eingesetzte Brennstoffart vorliegen.


Basisdaten für die Gr<strong>und</strong>stoffbereitstellung 33<br />

4.1.2 Elektrische Energie<br />

Im folgenden werden die für alle weiteren Berechnungen benötigten Basisdaten zur Bereitstellung<br />

elektrischer Energie in Deutschland bzw. in anderen Ländern / Ländergruppen<br />

aufgelistet. Die Vorgehensweise bei der Datenermittlung ist in Kapitel 5.2 beschrieben.<br />

Tabelle 5: Basisdaten für die Berechnung des KEA in den Gr<strong>und</strong>stoffkapiteln<br />

Land /<br />

Ländergruppe<br />

6 wird für die Bewertung elektrischer Energie beim Abbau, der Aufbereitung, sowie dem Transport <strong>von</strong> Eisenerzen<br />

verwendet.<br />

7 wird für die Bewertung elektrischer Energie beim Abbau, der Aufbereitung, sowie dem Transport <strong>von</strong> Bauxit verwendet.<br />

8 wird für die Bewertung elektrischer Energie in der Tonerdeproduktion verwendet, sofern diese Prozesse in für<br />

Deutschland relevanten Tonerde-exportierenden Ländern stattfinden.<br />

9 wird für die Bewertung elektrischer Energie in der Aluminiumelektrolyse verwendet, sofern diese Prozesse in für<br />

Deutschland relevanten Primär-Aluminium-exportierenden Ländern stattfinden.<br />

10 wird für die Bewertung elektrischer Energie in Prozessen außerhalb <strong>von</strong> Aluminium-Elektrolysen verwendet, sofern<br />

diese Prozesse in für Deutschland relevanten Primär-Aluminium-exportierenden Ländern stattfinden.<br />

11 wird für die Bewertung elektrischer Energie in der Sek<strong>und</strong>är-Aluminium-Produktion verwendet, sofern diese Prozesse<br />

in für Deutschland relevanten Sek<strong>und</strong>är-Aluminium-exportierenden Ländern stattfinden.<br />

12 wird für die Bewertung elektrischer Energie beim Abbau, der Aufbereitung, sowie dem Transport <strong>von</strong> Kupferrzen<br />

verwendet.<br />

13 wird für die Bewertung elektrischer Energie in der Produktion <strong>von</strong> unraffiniertem Kupfer verwendet, sofern diese<br />

Prozesse in für Deutschland relevanten unraff.-Cu-exportierenden Ländern stattfinden.<br />

14 wird für die Bewertung elektrischer Energie in der Primär-Kupfer-Produktion verwendet, sofern diese Prozesse in für<br />

Deutschland relevanten Primär-Kupfer-exportierenden Ländern stattfinden.<br />

15 wird für die Bewertung elektrischer Energie in der Sek<strong>und</strong>är-Kupfer-Produktion verwendet, sofern diese Prozesse in<br />

für Deutschland relevanten Sek<strong>und</strong>är-Kupfer-exportierenden Ländern stattfinden.<br />

16 wird für die Bewertung elektrischer Energie verwendet, wenn nicht bekannt ist, in welchem Land der betrachtete<br />

Prozeß stattfindet.<br />

KEA<br />

[MJprim/MJel]<br />

CO2<br />

[kg/kWh]<br />

CO<br />

[g/kWh]<br />

NOX<br />

[g/kWh]<br />

SO2<br />

[g/kWh]<br />

CH4<br />

[g/kWh]<br />

NMVOC<br />

[g/kWh]<br />

N20<br />

[g/kWh]<br />

Staub<br />

[g/kWh]<br />

D-Mix 1996 3,182 0,654 0,280 0,698 0,404 1,295 0,057 0,025 0,044<br />

Fe-Erz-Mix 6<br />

1,836 0,229 0,152 0,305 0,170 0,826 0,030 0,011 0,016<br />

Bauxit-Mix 7<br />

2,972 0,808 0,594 1,233 0,535 2,391 0,135 0,036 0,045<br />

Tonerde-Mix 8<br />

2,823 0,577 0,540 1,073 0,413 1,499 0,123 0,025 0,036<br />

Prim-Al-Mix1 9<br />

1,890 0,262 0,287 0,571 0,129 0,530 0,059 0,010 0,024<br />

Prim-Al-Mix2 10<br />

2,500 0,409 0,572 1,127 0,243 1,187 0,117 0,019 0,031<br />

Sek-Al-Mix 11<br />

3,040 0,456 0,494 1,008 0,315 1,453 0,106 0,021 0,027<br />

Cu-Konzentrat-Mix 12<br />

2,539 0,523 0,397 0,796 0,365 1,328 0,099 0,022 0,034<br />

unraff-Cu-Mix 13<br />

2,886 0,554 0,394 0,791 0,425 1,790 0,086 0,025 0,029<br />

Prim-Cu-Mix 14<br />

3,193 0,604 0,762 1,516 0,386 1,967 0,154 0,028 0,038<br />

Sek-Cu-Mix 15<br />

2,990 0,525 0,561 1,131 0,351 1,577 0,120 0,024 0,033<br />

Welt-Mix 16<br />

3,262 0,672 0,587 1,205 0,437 1,630 0,134 0,028 0,045<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


34 Allgemeiner Teil<br />

4.2 Sonstige Basisdaten<br />

Im folgenden werden Gr<strong>und</strong>daten zu denjenigen Materialien aufgelistet, die im Rahmen<br />

dieses Projekts nicht detailliert untersucht wurden.<br />

4.2.1 Transporte<br />

4.2.1.1 Daten<br />

Transportprozesse <strong>und</strong> die durch sie entstehenden Umweltbelastungen gewinnen immer<br />

mehr an Bedeutung. Daher ist die Berücksichtigung der Transportaufwendungen<br />

Bestandteil sowohl der verschiedenen Maßnahmen im Bereich der Ökobilanzierung als<br />

auch der KEA-<strong>Bilanzierung</strong>. Für eine detaillierte Erfassung <strong>von</strong> Transportenergieaufwendungen<br />

sind folgende Informationen notwendig:<br />

• Eingesetzte Verkehrsmittel (LKW, Bahn, Schiff, ...)<br />

• Spezifischer Antriebsenergieverbrauch (Energieträger <strong>und</strong> Energiemenge)<br />

• Transportentfernung<br />

• Auslastung des Verkehrsmittels<br />

• Einsatzfall (Stop and Go, Fernverkehr, Verhältnis <strong>von</strong> Fahrtzeit zu Stillstandszeit,<br />

...)<br />

Da diese Informationen nur begrenzt verfügbar sind <strong>und</strong> selbst für ähnliche Transporte<br />

z.T. erhebliche Schwankungen auftreten, wurden in einem ersten Schritt die in<br />

Tabelle 6 bzw. Abbildung 7 dargestellten Basis-Transportprozesse modelliert.<br />

Tabelle 6: Daten der verwendeten Transportprozesse<br />

Transportprozeß KEA<br />

[MJ/tkm]<br />

LKW<br />

(Standard)<br />

LKW<br />

(Stop and Go)<br />

Güterzug<br />

(Elektrotraktion - D<br />

Rückfahrt leer)<br />

Güterzug<br />

(Elektrotraktion - D<br />

Rückfahrt voll)<br />

Güterzug<br />

(Diesel - nah)<br />

Güterzug<br />

(Diesel - fern)<br />

Binnenschiff<br />

(Schubbot+Leichter)<br />

Seeschiff<br />

(Massengutfrachter)<br />

Seeschiff<br />

(Fe-Erz-Transport)<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

CO2<br />

[kg/tkm]<br />

CO<br />

[g/tkm]<br />

NOX<br />

[g/tkm]<br />

SO2<br />

[g/tkm]<br />

CH4<br />

[g/tkm]<br />

NMVOC<br />

[g/tkm]<br />

N20<br />

[g/tkm]<br />

Staub<br />

[g/tkm]<br />

1,174 0,085 0,209 1,2623 0,111 0,036 0,153 0,006 0,093<br />

3,460 0,251 0,616 3,719 0,327 0,107 0,451 0,017 0,273<br />

1,194 17<br />

0,068 0,029 0,073 0,042 0,135 0,006 0,003 0,005<br />

1,194 0,068 0,029 0,073 0,042 0,135 0,006 0,003 0,005<br />

0,685 0,050 0,122 0,737 0,065 0,021 0,089 0,003 0,054<br />

0,483 0,035 0,086 0,519 0,046 0,015 0,063 0,0024 0,038<br />

0,349 0,025 0,062 0,375 0,033 0,011 0,046 0,0017 0,028<br />

0,268 0,022 0,018 0,042 0,128 0,0066 0,0052 0,0006 0,0068<br />

0,043 0,0035 0,0029 0,0069 0,0209 0,0011 0,0009 0,0001 0,0011<br />

17 Diese Werte gelten nur für Güterzüge in Deutschland, da bei Transporten im Ausland die spezifischen Bereitstellungsaufwendungen<br />

für elektrische Energie in diesen Ländern berücksichtigt werden müssen


Basisdaten für die Gr<strong>und</strong>stoffbereitstellung 35<br />

3.5<br />

[MJ/tkm]<br />

Kumulierter Energieaufwand<br />

3.0<br />

2.5<br />

2.0<br />

1.5<br />

1.0<br />

0.5<br />

0.0<br />

KEA [MJ/tkm]<br />

CO2 [g/tkm]<br />

LKW (Stop and Go)<br />

LKW (Standard)<br />

Güterzug (Elektro - Rückf. leer)<br />

Güterzug (Elektro - Rückf.voll)<br />

Güterzug (Diesel - nah)<br />

Güterzug (Diesel - fern)<br />

Binnenschiff (Schubbot+Leichter)<br />

Seeschiff (Massengutfrachter)<br />

Seeschiff (Fe-Erz-Transport)<br />

Abbildung 7: KEA <strong>und</strong> CO2-Emissionen der betrachteten Transportprozesse<br />

4.2.1.2 Gewichtete Transportentfernungen<br />

350<br />

[g/tkm]<br />

Da einige Stoffe (v.a. Rohstoffe) aus dem Ausland importiert werden, müssen die Energieaufwendungen<br />

<strong>und</strong> Emissionen für den Transport den Zielprodukten zugerechnet<br />

werden. Bei Kenntnis der spezifischen Energieaufwendungen der unterschiedlichen<br />

Transportmittel (siehe Tabelle 6) kann man über die zurückgelegten Entfernungen den<br />

Energieverbrauch für Transporte berechnen. Da die Stoffe aber sehr häufig aus verschiedenen<br />

Ländern stammen, müssen hier nach Importanteilen gewichtete Entfernungen<br />

verwendet werden.<br />

Die Beschreibung der Vorgehensweise bzw. die explizite Berechnung der Transportaufwendungen<br />

für die einzelnen Güter soll hier nur kurz erläutert werden. Die gewichtete<br />

Transportstrecke s errechnet sich nach untenstehender Formel. I steht für den Importanteil<br />

des betrachteten Landes i <strong>und</strong> x für die Strecke, die ein bestimmtes Transportmittel<br />

TM im Land i zurückzulegen hat.<br />

<br />

TM<br />

s = I × x<br />

i<br />

i= Land<br />

TM<br />

i<br />

Durch Multiplikation der spezifischen Transportaufwendungen (siehe Tabelle 6) mit<br />

diesen gewichteten Transportstrecken s, die im jeweiligen Kapitel angegeben werden<br />

<strong>und</strong> Summation über alle Transportmittel, ergibt sich schließlich der KEA für den<br />

Transport der Stoffe.<br />

300<br />

250<br />

200<br />

150<br />

100<br />

50<br />

0<br />

CO 2-Emissionen<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


36 Allgemeiner Teil<br />

4.2.1.3 Bedeutung der Transporte für den KEA <strong>von</strong> <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong><br />

Basierend auf obigen Daten wird der Anteil des Transportenergieaufwands am KEA<br />

eines Gutes berechnet. Die Herstellungsaufwendungen für Transportmittel (am Beispiel<br />

<strong>von</strong> LKW in /MAU 93/ ermittelt) wurden im Rahmen dieses Projekts vernachlässigt.<br />

Bei einem Anteil <strong>von</strong> unter 10 % am KEA einer Transportdienstleistung liegt der<br />

Einfluß dieser Aufwendungen unterhalb der Gesamt-Genauigkeit in den jeweiligen<br />

Prozeßketten.<br />

In Abbildung 8 sind die Ergebnisse für einige Gr<strong>und</strong>stoffe dargestellt. Es wird deutlich,<br />

daß Transportprozesse am KEA der Gr<strong>und</strong>stoffe einen nicht zu vernachlässigenden Anteil<br />

- bei den betrachteten Materialien zwischen einem <strong>und</strong> acht Prozent - haben. Dennoch<br />

steht der Genauigkeitsgewinn durch eine detailliertere <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> Transportprozessen<br />

in keinem Verhältnis zum Aufwand, der dafür zu erbringen wäre.<br />

Anteil der Transportaufwendungen am KEA<br />

10%<br />

[%]<br />

9%<br />

8%<br />

7%<br />

6%<br />

5%<br />

4%<br />

3%<br />

2%<br />

1%<br />

0%<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Beton B25<br />

Sek<strong>und</strong>äraluminium<br />

Feinblech verzinkt<br />

Stahlbeton<br />

PP-Spritzgußteil<br />

Abbildung 8: Anteile der Transportaufwendungen am KEA<br />

Flachglas<br />

Obige Ausführungen gelten für die im Rahmen dieses Projekts bilanzierten Gr<strong>und</strong>stoffe<br />

<strong>und</strong> Halbzeuge, die sich größtenteils durch gute Auslastung der Transportmittel <strong>und</strong><br />

optimierte Transportwege auszeichnen. Für andere Transportprozesse (z.B. Transport<br />

zum Endk<strong>und</strong>en) müssen wesentlich detailliertere Untersuchungen durchgeführt werden.<br />

Beispiel hierfür finden sich in /MAU 93/.<br />

4.2.2 Hilfsstoffe<br />

Folgende Tabelle enthält Daten für die primärenergetische <strong>und</strong> emissionsmäßige Bewertung<br />

<strong>von</strong> Materialien, die in geringen Mengen in die untersuchten Prozesse einfließen<br />

<strong>und</strong> daher nicht detailliert bilanziert wurden.


Basisdaten für die Gr<strong>und</strong>stoffbereitstellung 37<br />

Tabelle 7: KEA <strong>und</strong> Emissionen ausgewählter Hilfsstoffe<br />

Material KEA<br />

[MJ/kg]<br />

CO2<br />

[kg/kg]<br />

CO<br />

[g/kg]<br />

NOX<br />

[g/kg]<br />

SO2<br />

[g/kg]<br />

CH4<br />

[g/kg]<br />

NMVOC<br />

[g/kg]<br />

N20<br />

[g/kg]<br />

Staub<br />

[g/kg]<br />

Blei 28,64 1,93 0,89 2,09 1,72 5,04 0,18 0,06 0,21<br />

Chrom 116,35 7,15 4,34 8,98 8,68 16,18 0,67 0,67 0,79<br />

Zink 40,83 2,39 1,16 2,70 1,94 4,95 0,21 0,13 0,20<br />

Ammoniak 32,00 0,99 0,42 1,26 0,99 2,91 0,12 0,04 0,12<br />

Bentonit 2,46 0,16 0,06 0,11 0,19 0,15 0,02 0,00 0,01<br />

Dolomit 1,01 0,07 0,03 0,08 0,06 0,18 0,01 0,00 0,01<br />

Aluminiumfluorid 13,33 1,24 0,39 1,47 1,74 3,82 0,14 0,06 0,20<br />

H2SO4 100% 2,04 0,12 0,05 0,12 0,07 0,23 0,01 0,01 0,01<br />

Steinsalz 1,03 0,06 0,04 0,08 0,09 0,15 0,01 0,01 0,01<br />

Sauerstoff (m 3 ) 7,10 0,41 0,17 0,43 0,25 0,80 0,04 0,02 0,03<br />

Kartonagen 18<br />

30,86 0,87 0,68 1,14 0,31 2,08 0,83 0,03 0,06<br />

Papier 19<br />

35,82 1,34 1,22 3,43 0,81 2,81 0,77 0,03 0,05<br />

Trinkwasserbereitstellung<br />

(m 3 )<br />

5,36 0,31 0,16 0,49 0,20 0,60 0,05 0,01 0,03<br />

Abwasserentsorgung<br />

D-Mix (m 3 )<br />

5,54 0,34 0,28 1,27 0,26 0,57 0,14 0,01 0,09<br />

18 aus 100 % Altpapier<br />

19 Rollendruckpapier aus je 50 % Holz <strong>und</strong> Altpapier<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


38 Allgemeiner Teil<br />

5 Energieträger<br />

Wie bereits erwähnt, erfolgt jede auf Prozeßketten basierende <strong>Bilanzierung</strong> auf iterativem<br />

Wege. Daten, die z.B. im Kapitel "Stahlherstellung" ermittelt wurden, haben Einfluß<br />

auf den Anlagenbau bei der Energiebereitstellung; aktualisierte Ergebnisse der<br />

<strong>Bilanzierung</strong> eines Energieträgers wirken sich auf den KEA <strong>und</strong> die Emissionen der<br />

Gr<strong>und</strong>stoffbereitstellung (z.B. Stahlbereitstellung) aus. Eine geschlossene Darstellung<br />

dieser Zusammenhänge ist, wegen der Komplexität der Prozeßketten, nicht bzw. nur<br />

mit unverhältnismäßig hohem Aufwand möglich. Es ist daher zweckmäßig die Iterationen<br />

anhand eines geeigneten Kriteriums abzubrechen, die bis dahin ermittelten Werte<br />

festzuschreiben <strong>und</strong> für weitere Berechnungen zu verwenden, bis sich wesentliche Veränderungen<br />

in den Vorketten z.B. der Energieträgerbereitstellung ergeben.<br />

Für die Gr<strong>und</strong>stoffbereitstellung wurden die in Kapitel 4.1 dargestellten Werte, die aus<br />

vorangegangenen Studien sowie ersten Erhebungen im Rahmen dieses Projekts stammen,<br />

zugr<strong>und</strong>egelegt. Im folgenden werden die Ergebnisse der Gr<strong>und</strong>stoffbilanzierung,<br />

der Kraftwerksberichte sowie neuer statistischer Erhebungen verwendet um möglichst<br />

aktuelle Daten zur Bewertung <strong>von</strong> Endenergieaufwendungen bereitzustellen. Wie sich<br />

herausstellen wird, sind die Abweichungen der so ermittelten Werte <strong>von</strong> den Werten in<br />

Kapitel 4.1 in den meisten Fällen vernachlässigbar klein bzw. im Rahmen der Gesamtgenauigkeit<br />

der <strong>Bilanzierung</strong> zu vernachlässigen.<br />

5.1 Brennstoffe<br />

5.1.1 Erdgas<br />

Die Daten zur Erdgasbereitstellung stammen aus der Studie "Prozeßkettenanalyse <strong>und</strong><br />

Verfügbarkeit <strong>von</strong> Erdgas als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge" /FfE 96/. Aktualisiert wurde<br />

neben dem Primärenergieaufwand für die Herstellung der Anlagen auch der Importmix<br />

für Erdgas, der nun für das Jahr 1998 gilt. Tabelle 8 zeigt die Importstruktur<br />

sowie Daten aus der erwähnten Studie, die für die Berechnung der Primärenergieaufwendungen<br />

bzw. der Bereitstellungs-Emissionen wichtig sind.<br />

Tabelle 8: Wichtige Ausgangsdaten für die Ermittlung der Energieaufwendungen bei<br />

der Erdgasbereitstellung<br />

Land Anteile ∅ Entfernung<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Importmenge<br />

1998<br />

Offshore-<br />

Förderung<br />

Süssgas Erdölgas Heizwert<br />

[MJ/Nm³]<br />

bei Ferntransport<br />

[km]<br />

Rußland 34,76% 0% 80% 13% 35,9 5.500<br />

Niederlande 22,68% 23% 100% 5% 33,5 100<br />

Norwegen 17,72% 100% 95% 60% 39,9 600<br />

Dänemark 1,42% 100% 95% 60% 39,9 300<br />

GB 0,95% 100% 100% 5% 39,9 350<br />

Deutschland 22,46% 0% 50% 0% 31,7 0<br />

SUMME / gewichtetes Mittel 100,00% 25% 81% 17% 35,2 20<br />

2.125<br />

20 Da die Qualitäten <strong>von</strong> Erdgas regional stark unterschiedlich sind, sollte der durchschnittliche Heizwert nur verwendet<br />

werden, wenn keine detaillierten Informationen über den Heizwert eines Standortes vorliegen bzw. wenn, wie in<br />

dieser Studie, Durchschnittswerte für eine Region ermittelt werden sollen.


Energieträger 39<br />

In Abbildung 9 sind die Energieverluste der einzelnen Verfahrensschritte bei der Erdgasbereitstellung<br />

dargestellt.<br />

100 %<br />

Förderländer<br />

bis<br />

Grenze<br />

Grenze bis<br />

Endverbraucher<br />

Haushalt<br />

88,8 %<br />

Bereitstellungsnutzungsgrad<br />

Erdgas frei Haushalt<br />

0,2 %<br />

2,4 %<br />

5,0 %<br />

Exploration & Erschließung<br />

Förderung & Aufbereitung<br />

Ferntransport Energieaufwand<br />

2,0 %<br />

Ferntransport Leckage<br />

g Grenze = 90,4 %<br />

0,5 %<br />

0,1 %<br />

0,9 %<br />

Energiebedarf für<br />

Transport & Speicherung<br />

Leckage überregionale<br />

<strong>und</strong> regionale Verteilung<br />

Leckage der Ortsgasversorgung<br />

<strong>und</strong> Anschluß Endverbraucher<br />

Gesamter Aufwand (inkl. Betriebsmittel):<br />

39,6 MJ/Nm³ (100 %)<br />

Heizwert: 35,2 MJ/Nm³<br />

Abbildung 9: Aufteilung der Energieaufwendungen bei der Bereitstellung <strong>von</strong> Erdgas<br />

frei Haushalt (Stand: 1998)<br />

Gegenüber den in /BAU97/ ermittelten Werten ergibt sich damit eine Verbesserung des<br />

Bereitstellungsnutzungsgrades um r<strong>und</strong> 0,3 Prozentpunkte. Diese resultiert im wesentlichen<br />

aus der veränderten Importstruktur (Verschiebung <strong>von</strong> russischem Erdgas<br />

zu Gas aus den Niederlanden bzw. Norwegen/Dänemark). Die Abweichung der oben<br />

dargestellten Werte zu den Basisdaten aus Kapitel 4.1.1 lassen sich folgendermaßen<br />

erklären:<br />

• Zur Umrechnung <strong>von</strong> Volumen in Energiemengen <strong>und</strong> umgekehrt wird bei den<br />

<strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> in Anlehnung an die Statistiken der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen<br />

ein Heizwert <strong>von</strong> 31,74 MJ/m³ angenommen. Dieser Wert entspricht nicht<br />

dem durchschnittlichen Heizwert des in Deutschland verbrauchten Gases<br />

• Da ein Großteil der betrachteten Prozesse in Betrieben durchgeführt wird, die direkt<br />

an die regionale Verteilung angeschlossen sind, werden die Verluste der Ortsgasversorgung<br />

(ca. 1 %) für die Gr<strong>und</strong>stoffbilanzierung vernachlässigt. Lediglich der<br />

Anschluß an die Verteilung wird berücksichtigt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


40 Allgemeiner Teil<br />

Tabelle 9 faßt die für die primärenergetische Bewertung <strong>und</strong> weitere Berechnungen<br />

relevanten Ergebnisse dieser Studie zusammen.<br />

Tabelle 9: Erdgasbereitstellung in Deutschland<br />

Erdgas - D Heizwert<br />

[MJ/m³]<br />

5.1.2 Braunkohle<br />

Die folgenden Daten stammen aus der im Rahmen dieses Projekts durchgeführten Untersuchung<br />

"Braunkohlebereitstellung in Deutschland".<br />

Aufgr<strong>und</strong> der unterschiedlichen Lagerstättenverhältnisse kommen in Deutschland zwei<br />

verschiedene Tagebautechnologien zum Einsatz:<br />

• Die Technik mit Schaufelradbagger <strong>und</strong> Bandanlage, die im Rheinischen Revier<br />

praktiziert wird <strong>und</strong><br />

• Die Technik der Abraumförderbrücke, die sich u.a. wegen der geringeren Teufen in<br />

den ostdeutschen Revieren etabliert hat.<br />

Um der Aufgabenstellung gerecht zu werden, wurden zunächst folgende typische Tagebaue<br />

der jeweiligen Fördertechnologie untersucht:<br />

• Tagebau Hambach für die Schaufelradbagger/Bandanlagentechnik im Rheinland<br />

• Tagebau Jänschwalde für die Abraumförderbrückentechnik in der Lausitz<br />

Mit Hilfe der tagebauspezifischen Kennzahlen wurde anschließend auf die jeweiligen<br />

Reviere hochgerechnet. Aus den so ermittelten Daten konnte durch Berücksichtigung<br />

der Fördermengen in den einzelnen Revieren ein „Modelltagebau Deutschland“ bestimmt<br />

werden.<br />

Abbildung 10 zeigt als wichtigste Ergebnisse dieser Untersuchung die Aufteilung der<br />

Energieverluste bei der Bereitstellung <strong>von</strong> Braunkohle.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ/m³]<br />

CO2<br />

[kg/GJ]<br />

CO<br />

[g/GJ]<br />

NOX<br />

[g/GJ]<br />

SO2<br />

[g/GJ]<br />

CH4<br />

[g/GJ]<br />

NMVOC<br />

[g/GJ]<br />

N20<br />

[g/GJ]<br />

Staub<br />

[g/GJ]<br />

Bereitstellung 3,65 35,47 12,19 4,72 164,40 0,65 0,09 2,80<br />

Verbrennung 35,2 39,6 55,15 27,99 55,98 0,43 2,52 2,52 1,01 0,14<br />

SUMME<br />

58,80 63,46 68,17 5,15 166,92 3,17 1,10 2,94


Energieträger 41<br />

100 %<br />

Erk<strong>und</strong>ung<br />

Aufschluß<br />

Bereitstellungsnutzungsgrad<br />

Braunkohle frei Kraftwerk<br />

0,002 %<br />

Erk<strong>und</strong>ungsbohrungen<br />

0,02 %<br />

Umsiedlungsmaßnahmen<br />

0,04 %<br />

Entwässerung (Aufschluß)<br />

0,04 %<br />

Abtrag der Deckgebirge<br />

0,31 %<br />

Herstellung der Betriebsmittel<br />

Regelbetrieb<br />

(inkl. Auslaufbetrieb)<br />

0,42 %<br />

1,4 %<br />

Betrieb der Großgeräte<br />

Betrieb der Bandanlagen<br />

0,70 %<br />

Entwässerung (Regelbetrieb)<br />

0,08 %<br />

Betrieb der Fahrzeuge<br />

<strong>und</strong> Tagebauhilfsgeräte<br />

97,0 %<br />

Gesamter Aufwand (inkl. Betriebsmittel):<br />

9,2 MJ/kg (100 %)<br />

Heizwert: 8,95 MJ/kg<br />

Abbildung 10: Primärenergieaufwand für die Bereitstellung <strong>von</strong> Braunkohle im „Modelltagebau<br />

Deutschland“ (Stand: 1996)<br />

Tabelle 10 faßt die für die weiteren Berechnungen benötigten Ergebnisse dieser Studie<br />

zusammen.<br />

Tabelle 10: Braunkohle in Deutschland<br />

Braunkohle - D Heizwert<br />

[MJ/kg]<br />

KEA<br />

[MJ/kg]<br />

CO2<br />

[kg/GJ]<br />

CO<br />

[g/GJ]<br />

NOX<br />

[g/GJ]<br />

SO2<br />

[g/GJ]<br />

CH4<br />

[g/GJ]<br />

NMVOC<br />

[g/GJ]<br />

N20<br />

[g/GJ]<br />

Bereitstellung 2,18 0,88 1,21 1,11 2,90 0,48 0,20 0,18<br />

Staub<br />

[g/GJ]<br />

Verbrennung 8,95 9,24 116 19,4 67,3 58,5 0,45 4,49 45,3 8,97<br />

SUMME<br />

118 20,3 68,5 59,6 3,35 4,97 45,5 9,15<br />

5.1.3 Steinkohle<br />

Zur Ermittlung der Energieaufwendungen bei der Steinkohlebereitstellung wurde<br />

weitgehend auf Daten aus /ÖKO95/ <strong>und</strong> /GEM/ zurückgegriffen, da detaillierte Informationen<br />

zur Steinkohlebereitstellung nicht zur Verfügung gestellt wurden. Tabelle 11<br />

zeigt die zugr<strong>und</strong>egelgte Importstruktur sowie weitere für die energetische Bewertung<br />

wichtige Daten.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


42 Allgemeiner Teil<br />

Tabelle 11: Wichtige Ausgangsdaten für die Ermittlung der Energieaufwendungen bei<br />

der Steinkohlebereitstellung<br />

Land Import-Anteile<br />

1998<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Tagebau-<br />

Anteil<br />

A:K - Verhältnis<br />

Transportentfernung<br />

beladen / leer [km]<br />

Südafrika 10,50% 40% 5,52 13.500/13.500<br />

Polen 7,73% 0% - -<br />

USA 2,37% 52% 10,75 7.000/7.000<br />

Australien 3,59% 71% 23.000/8.000<br />

Kolumbien<br />

Sonstige<br />

4,86%<br />

6,02%<br />

100%<br />

ca. 20%<br />

6,32<br />

8.500/8.500<br />

10.000/10.000<br />

Deutschland 64,93% 0%<br />

-<br />

Tabelle 12 enthält, aufgeschlüsselt nach Tief- <strong>und</strong> Tagebau - die spezifischen Energie<strong>und</strong><br />

Materialaufwendungen pro Tonne verwertbarer Steinkohle, die den weiteren Berechnungen<br />

zugr<strong>und</strong>eliegen. Eine weitergehende Unterscheidung zwischen inländischer<br />

<strong>und</strong> ausländischer Förderung ist mit dem vorhandenen Zahlenmaterial nicht<br />

möglich.<br />

Tabelle 12: Material <strong>und</strong> Energiaufwendungen für den Steinkohlebergbau pro Tonne<br />

verwertbarer Förderung /ÖKÖ/<br />

Tiefbau Tagebau<br />

Energie<br />

Strom 85 kWh 15 kWh<br />

Diesel 11 MJ 340 MJ<br />

Steinkohle<br />

Material<br />

110 MJ 0 MJ<br />

Stahl 4,17 kg 0,15 kg<br />

Holz 11,7 kg 0,0043 kg<br />

Beton 11,1 kg 0,47 kg<br />

Sprengstoff 0,17 kg 1,7 kg<br />

In Abbildung 9 sind die Energieverluste der einzelnen Verfahrensschritte bei der<br />

Steinkohlebereitstellung, aufgeschlüsselt nach Importkohle <strong>und</strong> heimischer Kohle, dargestellt.<br />

Bedingt durch die hohen Transportentfernungen liegt der spezifische Energieaufwand<br />

importierter Kohle deutlich über dem deutscher Steinkohle. Die Abweichung<br />

des hier ermittelten Wertes <strong>von</strong> den in Tabelle 3 dargestellten Werten ist im wesentlichen<br />

auf die seit 1991 stark veränderten Importstruktur zurückzuführen. So hat sich<br />

der Anteil <strong>von</strong> Importkohle seit 1991 mehr als verdoppelt (<strong>von</strong> ca. 17 % im Jahr auf<br />

über 35 % im Jahr 1998.


Energieträger 43<br />

100 %<br />

Förderländer<br />

bis<br />

Grenze<br />

Grenze bis<br />

Endverbraucher<br />

Haushalt<br />

93,2 %<br />

Bereitstellungsnutzungsgrad<br />

Steinkohle-Mix 1998<br />

0,21 %<br />

Anlagenherstellung<br />

0,98 %<br />

2,42 %<br />

0,34 %<br />

0,59 %<br />

2,24 %<br />

Förderung<br />

Ferntransport Energieaufwand<br />

Ferntransport Verluste<br />

g = 90,5 %<br />

Importkohle<br />

Anlagenherstellung<br />

im Inland<br />

Förderung<br />

im Inland<br />

(Stand 1998, Deutschland)<br />

Gesamter Aufwand (inkl. Betriebsmittel): 31,9 MJ/kg (100 %)<br />

35 % Importsteinkohle, 40 % Tagebau im Importmix<br />

Heizwert: 29,8 MJ/kg<br />

Abbildung 11: Primärenergieaufwand für die Bereitstellung <strong>von</strong> Steinkohle<br />

(Stand: 1998)<br />

In Tabelle 13 sind die Werte für Importsteinkohle bzw. heimische Steinkohle <strong>und</strong> für<br />

den Deutschland-Mix 1998 zusammengefaßt.<br />

Tabelle 13: Emissionen bei der Steinkohlebereitstellung bzw. -verbrennung<br />

Steinkohle- Heizwert<br />

[MJ/kg]<br />

KEA<br />

[MJ/kg]<br />

CO2<br />

[kg/GJ]<br />

CO<br />

[g/GJ]<br />

NOX<br />

[g/GJ]<br />

SO2<br />

[g/GJ]<br />

CH4<br />

[g/GJ]<br />

NMVOC<br />

[g/GJ]<br />

N20<br />

[g/GJ]<br />

Staub<br />

[g/GJ]<br />

Import 34,56 38,13 7,830 7,325 18,764 33,633 179,859 2,017 0,752 2,350<br />

Deutsch 27,22 28,62 2,931 1,867 4,574 3,488 665,845 0,344 0,335 0,394<br />

D-Mix 1998 29,79 31,95 4,923 4,086 10,343 15,745 468,250 1,024 0,505 1,189<br />

Verbrennung 21<br />

93,33 94,67 159,12 91,74 0,38 1,90 49,99 18,83<br />

5.1.4 Mineralöl(-produkte)<br />

Zur Bereitstellung <strong>von</strong> Mineralölprodukten (Kraftstoffe <strong>und</strong> Brennstoffe) wurden an<br />

der Forschungsstelle für Energiewirtschaft bzw. am Lehrstuhl für Energiewirtschaft<br />

<strong>und</strong> Kraftwerkstechnik der TU München bereits im Vorfeld aber auch während dieses<br />

Projekts eine Vielzahl <strong>von</strong> Untersuchungen durchgeführt /FRI93/, /JES94/, /FVV98/,<br />

/BAU97/. Die Ergebnisse werden im folgenden zusammengefaßt.<br />

21 Die Verbrennungsemissionen basieren auf dem GEMIS-Prozeß Kohle-Kessel-WSF-D<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


44 Allgemeiner Teil<br />

Exploration <strong>und</strong> Erschließung <strong>von</strong> Lagerstätten<br />

Die Primärenergieaufwendungen für die Exploration bzw. Erschließung <strong>von</strong> Lagerstätten<br />

liegt bei r<strong>und</strong> 30 MJ/tRohöl /FRI93/ <strong>und</strong> ist damit vernachlässigbar klein.<br />

Gewinnung <strong>und</strong> Aufbereitung <strong>von</strong> Erdöl<br />

Die Aufwendungen für die Gewinnung des Erdöls sind wesentlich abhängig <strong>von</strong> der<br />

eingesetzten Fördertechnik. Während der Energieverbrauch für die in Europa <strong>und</strong> sonstigen<br />

Förderländern eingesetzte Primär- <strong>und</strong> Sek<strong>und</strong>ärförderung bei r<strong>und</strong> 300<br />

MJ/tRohöl liegt, muß bei der in Deutschland eingesetzten Tertiärförderung mit einem<br />

Energieaufwand <strong>von</strong> r<strong>und</strong> 13.000 MJ/tRohöl gerechnet werden. Bei letztgenannter Fördermethode<br />

wird Heißwasser in die Lagerstätten injiziert, um die Viskosität des verbliebenen<br />

Rohöls zu verringern <strong>und</strong> so eine Förderung zu ermöglichen, während bei der<br />

Primärförderung der natürliche Lagerstättendruck ausreicht <strong>und</strong> bei der Sek<strong>und</strong>ärförderung<br />

bedingt mechanische Pumpen zum Einsatz kommen.<br />

Im Mittel liegt der Energieaufwand für die Gewinnung <strong>und</strong> Aufbereitung des Rohöls<br />

bei r<strong>und</strong> 1.100 MJ/t /FVV98/. Dieser Wert steigt jedoch kontinuierlich an, da zunehmend<br />

<strong>von</strong> primärer auf sek<strong>und</strong>ärer bzw. tertiäre Förderung übergegangen werden<br />

muß.<br />

Ferntransport<br />

Da der mit Abstand größte Anteil des in Deutschland raffinierten Rohöls im Ausland<br />

gefördert wird, müssen die für die Ferntransporte notwendigen Energieaufwendungen<br />

berücksichtigt werden. Aus der in Tabelle 14 dargestellten Importstruktur für Rohöl<br />

ergibt sich ein mittlerer Transportenergieaufwand <strong>von</strong> r<strong>und</strong> 330 MJ/t.<br />

Tabelle 14: Herkunft des in Deutschland raffinierten Rohöls /FVV98/<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Land Importmenge<br />

[1000 t]<br />

Anteil [%]<br />

Naher Osten 12.891 12,44<br />

Lateinamerika 3.959 3,82<br />

Afrika 23.610 22,79<br />

Europa 39.546 38,17<br />

GUS 20.630 19,91<br />

Inland 2.958 2,86<br />

Raffination<br />

Der Energieaufwand für die Raffination des Rohöls, d.h. die Separation der verschiedenen<br />

leichten <strong>und</strong> schweren Fraktionen ist stark abhängig <strong>von</strong> der gewünschten Fraktion.<br />

In Tabelle 15 sind die Primärenergieaufwendungen für die verschiedenen hier betrachteten<br />

Fraktionen aufgelistet. Dabei muß berücksichtigt werden, daß die Aufteilung<br />

der Energieaufwendungen auf diese Fraktionen nach technischen Kriterien nur<br />

begrenzt möglich ist, da viele Prozesse (z.B. Destillation, Cracking) eine Reihe <strong>von</strong><br />

Fraktionen zugleich "erzeugen".


Energieträger 45<br />

Tabelle 15: Primärenergieaufwand für die Bereitstellung verschiedener Fraktionen<br />

in der Raffinerie<br />

Fraktion Primärenergieaufwand<br />

[MJ/tProdukt]<br />

Schweres Heizöl 1.890<br />

Leichtes Heizöl 2.560<br />

Diesel 2.560<br />

Benzin (normal) 4.070<br />

Benzin (Super bleifrei) 4.080<br />

Transport zum Einzelhandel<br />

Neben dem Transport der in Deutschland raffinierten Mineralölprodukte muß hier<br />

auch der Import <strong>von</strong> im Ausland raffinierten Produkten berücksichtigt werden. In<br />

Tabelle 16 sind die wichtigsten Importländer mit deren Gesamtimportmenge <strong>und</strong> dem<br />

Anteil am Gesamtverbrauch in Deutschland aufgelistet.<br />

Tabelle 16: Herkunft des Aufkommens an Mineralölprodukte in Deutschland<br />

/FVV98/<br />

Land Importmenge<br />

[1000 t]<br />

Anteil<br />

[%]<br />

Niederlande 22.853 56,28<br />

Großbritannien 1.611 3,97<br />

Skandinavien 3.125 7,70<br />

Belgien 5.044 12,42<br />

Frankreich 2.521 6,21<br />

GUS 2.504 6,17<br />

Rest (incl. Inland) 2.947 7,26<br />

Der Gesamtenergieaufwand für die Verteilung liegt bei r<strong>und</strong> 350 MJ/tProdukt <strong>und</strong> damit<br />

in ähnlicher Größenordnung wie der Transport der Transport des Rohöls zu deutschen<br />

Raffinerien.<br />

Verdunstung<br />

Während dem Transport bzw. später bei der Abgabe <strong>von</strong> Kraftstoffen an der Tankstelle<br />

ergeben sich stoffliche Verluste durch Verdunstung. Diese Verdunstungsverluste sind<br />

bei leichten Fraktionen (insbesondere Benzin) deutlich höher als bei schweren Fraktionen.<br />

Nach /FRI93/ kann bei Ottokraftstoffen <strong>von</strong> Verdunstungsverlusten in Höhe <strong>von</strong><br />

220 MJ/t <strong>und</strong> bei Dieselkraftstoff mit r<strong>und</strong> 30 MJ/t gerechnet werden. Für leichtes<br />

Heizöl wird im folgenden der Wert <strong>von</strong> Diesel angesetzt; bei schwerem Heizöl werden<br />

etwaige Verdunstungsverluste vernachlässigt.<br />

Abgabe an den Verbraucher<br />

Für die Abgabe <strong>von</strong> Kraftstoffen an den Endverbraucher ist /BAU97/ zufolge ein Primärenergieaufwand<br />

<strong>von</strong> r<strong>und</strong> 380 MJ/tKraftstoff notwendig. der Aufwand für die wesentlich<br />

weniger komplexe Verteilung <strong>von</strong> Brennstoffen wird hier für Heizöl L, daß neben<br />

industriellen Anwendungen auch im Haushalt zum Einsatz kommt mit r<strong>und</strong> 50 % der<br />

Aufwendungen für die Kraftstoffe abgeschätzt. Für schweres Heizöl wird der Aufwand<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


46 Allgemeiner Teil<br />

vernachlässigt, da da<strong>von</strong> ausgegangen werden kann, daß die Aufwendungen bei rein<br />

industrieller Anwendung bereits beim Punkt "Transport zum Einzelhandel" enthalten<br />

sind.<br />

Betriebsmittel<br />

Nach /BAU97/ beträgt der KEA für die Herstellung der Betriebsmittel für die Abgabe<br />

<strong>von</strong> Kraftstoffen r<strong>und</strong> 300 MJ/tKraftstoff. Wie bei den Energieaufwendungen für die Abgabe<br />

wird auch hier eine Abschätzung für Leichtes Heizöl (50% der Aufwendungen) getroffen<br />

sowie die Aufwendungen für Schweres Heizöl vernachlässigt.<br />

Zusammenfassung<br />

Die gesamten Primärenergieaufwendungen incl. der Betriebsmittel liegen obigen Ausführungen<br />

zufolge zwischen 3.700 <strong>und</strong> 7.300 MJ/tProdukt. In Tabelle 17 sind die Ergebnisse<br />

für die einzelnen Fraktionen zusammengefaßt. Die Emissionen stammen größtenteils<br />

aus /GEM/.<br />

Tabelle 17: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Bereitstellung bzw. der Verbrennung <strong>von</strong><br />

Mineralölprodukten<br />

Fraktion<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Heizwert<br />

[MJ/kg]<br />

KEA<br />

[MJ/kg]<br />

CO2<br />

[kg/GJ]<br />

CO<br />

[g/GJ]<br />

NOX<br />

[g/GJ]<br />

SO2<br />

[g/GJ]<br />

CH4<br />

[g/GJ]<br />

NMVOC<br />

[g/GJ]<br />

N20<br />

[g/GJ]<br />

Staub<br />

[g/GJ]<br />

Schweres Heizöl<br />

Bereitstellung 9,68 21,90 30,16 35,26 23,72 18,18 0,16 4,34<br />

Verbrennung 40,56 44,25 78,77 51,60 143,34 490,90 3,32 3,32 2,11 23,75<br />

SUMME<br />

Leichtes Heizöl<br />

88,45 73,5 173,5 526,16 27,04 21,5 2,27 28,09<br />

Bereitstellung 6,98 19,62 26,41 31,05 20,05 17,67 0,11 4,01<br />

Verbrennung 42,73 47,46 74,37 43,05 287,05 79,70 3,02 3,02 2,01 11,48<br />

SUMME<br />

Diesel<br />

81,35 62,67 313,46 110,75 23,07 20,69 2,12 15,49<br />

Bereitstellung 6,98 19,62 26,41 31,05 20,05 17,67 0,11 4,01<br />

Verbrennung 22<br />

42,96 48,03 74,05 179,49 1175,82 74,73 14,65 128,21 5,49 84,25<br />

SUMME<br />

Benzin normal<br />

81,03 199,11 1202,23 105,78 34,7 145,88 5,6 88,26<br />

Bereitstellung 14,56 12,73 38,36 42,30 26,55 152,49 0,26 4,12<br />

Verbrennung 22<br />

43,54 50,31 74,69 599,27 247,52 15,07 2,38 13,49 18,75 0,00<br />

SUMME<br />

Euro-Super<br />

89,25 612,00 285,88 57,37 28,93 165,98 19,01 4,12<br />

Bereitstellung 16,59 14,51 43,73 48,22 30,27 173,85 0,30 4,70<br />

Verbrennung 22<br />

43,54 50,88 74,69 599,27 247,52 15,07 2,38 13,49 18,75 0,00<br />

SUMME<br />

91,28 613,78 291,25 63,29 32,65 187,34 19,05 4,70<br />

5.1.5 Uran<br />

Um die Energieaufwendungen während der Nutzungsphase eines Kernkraftwerkes zu<br />

ermitteln, wurde im Projekt /GAB 2/ u.a. die Bereitstellung <strong>von</strong> Kernbrennstoffen bzw.<br />

<strong>von</strong> Brennelementen näher untersucht. Ausgehend vom Abbau des Uranerzes wurden<br />

die Prozeßschritte Abbau, Aufbereitung, Konversion, Anreicherung <strong>und</strong> Brennelement-<br />

22 Emissionen für die Anwendung im Verbrennungsmotor


Energieträger 47<br />

fertigung detailliert untersucht. Abbildung 12 zeigt die Massenflüsse, die sich für die<br />

Bereitstellung <strong>von</strong> einem Kilogramm angereichertem Uran ergeben.<br />

20 t<br />

Hilfsmaterialien<br />

9 kg 18,7 t<br />

Uran-Erz<br />

1,3 t<br />

Hilfsmaterialien<br />

0,4 t<br />

Chemikalien<br />

18,0 kg<br />

9,6 kg<br />

12,0 kg<br />

1,5 kg<br />

0,4 kg<br />

1,0 kg<br />

Abbau<br />

KONVERSION<br />

0,8 kg<br />

1,3 t<br />

15,6 kg<br />

10,5 kg<br />

Abbildung 12: Stoffflüsse bei der Bereitstellung <strong>von</strong> einem Kilogramm angereichertem<br />

Uran<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


48 Allgemeiner Teil<br />

Mit knapp 80 % des gesamten Energieaufwands ist die Anreicherung des Urans der<br />

aufwendigste Prozeß bei der Bereitstellung <strong>von</strong> Kernbrennstoffen. Abbildung 13 zeigt<br />

die Aufteilung des Primärenergieaufwands auf die Verfahrensschritte.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Bereitstellungsaufwand<br />

(ohne Energieinhalt Uran)<br />

100 %<br />

13,8 % Aufbau <strong>und</strong> Aufbereitung<br />

2,1 % Konversion<br />

78,4 % Anreicherung (3,6 % U 235)<br />

1,4 % Brennelementherstellung<br />

4,3 % Entsorgung abgebrannter<br />

Brennelemente<br />

Gesamter Aufwand (inkl. Betriebsmittel):<br />

3053 GJ/kg (100 %)<br />

Energieinhalt: 3.053 MJ/kg<br />

(Zeichnung nicht maßstabsgetreu)<br />

Abbildung 13: Primärenergieaufwand für die Bereitstellung <strong>von</strong> Uran-Brennelementen<br />

im Deutschland-Mix (ohne Energieinhalt Uran)<br />

Wichtiger Einflußfaktor auf den spezifischen Aufwand bei der Brennstoffbereitstellung<br />

ist neben dem Anreicherungsverfahren (Zentrifugen oder Diffusionsverfahren, näheres<br />

siehe Teilbericht /GAB 2/) der beim Einsatz der Brennelemente im Kernkraftwerk realisierte<br />

Abbrand, d.h. die thermische Leistung, die pro Brennelement freigesetzt wird.<br />

Abbildung 14 zeigt den spezifischen Aufwand aufgetragen über dem Abbrand.


Energieträger 49<br />

1,030<br />

[MJ/MJ therm]<br />

KEA Brennelementherstellung<br />

1,025<br />

1,020<br />

1,015<br />

1,010<br />

1,005<br />

1,000<br />

25 30 35 40 45 50<br />

Abbrand [MWd]<br />

Abbildung 14: KEA der Herstellung <strong>von</strong> Uran-Brennelementen in Abhängigkeit vom<br />

realisierten Abbrand<br />

Tabelle 18 faßt die für die weiteren Berechnungen benötigten Ergebnisse dieser Studie<br />

zusammen.<br />

Tabelle 18: KEA <strong>und</strong> Bereitstellungsemissionen <strong>von</strong> Uran-Brennelementen in Kraftwerken<br />

(Deutschland)<br />

Uran in Brennelementen<br />

- D<br />

Energieinhalt<br />

[MJ/kg] 23<br />

KEA<br />

[MJ/kg]<br />

5.2 Elektrische Energie<br />

CO2<br />

[kg/GJ]<br />

CO<br />

[g/GJ]<br />

5.2.1 In Deutschland<br />

Ausgangsdaten für die Berechnung der Bereitstellungsaufwendungen für elektrische<br />

Energie sind folgende Größen:<br />

• Die Daten zur Brennstoffbereitstellung aus Kapitel 5.1<br />

• Daten zur Herstellung, dem Betrieb <strong>und</strong> der Entsorgung <strong>von</strong> der Kraftwerken aus<br />

den detaillierten Kraftwerksstudien<br />

23 Bei einem angenommenen mittleren Abbrand <strong>von</strong> 35 MWd<br />

NOX<br />

[g/GJ]<br />

SO2<br />

[g/GJ]<br />

CH4<br />

[g/GJ]<br />

NMVOC<br />

[g/GJ]<br />

N20<br />

[g/GJ]<br />

Staub<br />

[g/GJ]<br />

Bereitstellung 3.024 3.053 1,014 0,536 1,536 1,324 3,295 0,127 0,031 0,099<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


50 Allgemeiner Teil<br />

• Daten zur Struktur der öffentlichen Versorgung (Kraftwerksmix, Brennstoffeinsatz,<br />

Nettostromerzeugung, Netzverluste) aus /BMI 96/<br />

• Daten zur Netzstruktur <strong>und</strong> zum Aufwand für die Herstellung der Netzanlagen aus<br />

eigenen Untersuchungen<br />

Statistische Daten<br />

Tabelle 19 faßt die für die Berechnung benötigten statistischen Informationen zur<br />

Stromerzeugung zusammen.<br />

Tabelle 19: Statistische Daten zur Stromproduktion der öffentlichen Stromversorgung<br />

/BMI 96/<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Wasser-KW 24<br />

Kraftwerkstyp Brennstoffeinsatz<br />

[TJ]<br />

Netto-Stromerzeugung<br />

[GWh]<br />

- 19.084<br />

Kernkraftwerke 1.748.755 151.906<br />

Braunkohle-KW 1.363.126 125.333<br />

Steinkohle-KW 1.177.521 119.322<br />

Heizöl-KW 37.807 3.274<br />

Erdgas-KW 237.743 27.123<br />

Sonstige thermische KW 52.893 25<br />

4.322 26<br />

Sonstige regenerative KW - 401<br />

SUMME 450.765<br />

Die Verluste bei der Verteilung elektrischer Energie können ebenfalls /BMI96/ entnommen<br />

werden. Über alle Spannungsebenen werden in der Kategorie "Netzverluste<br />

<strong>und</strong> Nichterfaßtes" 20.437 GWh geführt. Als weiterer Verlustposten geht in die <strong>Bilanzierung</strong><br />

die Differenz aus Pumpstromverbrauch <strong>und</strong> Pumpstrom-Netto-Erzeugung ein.<br />

Dieser liegt bei r<strong>und</strong> 1.464 GWh. Die Gesamtverluste liegen somit bei r<strong>und</strong><br />

21.900 GWh oder 4,9 %.<br />

Importe <strong>und</strong> Exporte<br />

Da das Außenhandelssaldo elektrischer Energie mit einer Netto-Lieferung <strong>von</strong> r<strong>und</strong><br />

5442 GWh (/BMI 96/) bei nur 1,2 % der Gesamterzeugung liegt, <strong>und</strong> eine Aufschlüsselung<br />

der Bezüge bzw. Lieferungen auf Energieträger nicht möglich ist, werden Im- <strong>und</strong><br />

Exporte vernachlässigt.<br />

Anlagenherstellung<br />

Zur primärenergetischen Bewertung werden neben diesen Informationen noch Daten<br />

über den Anlagenpark <strong>und</strong> dessen KEA benötigt. Aus den im Rahmen dieses Projekts<br />

durchgeführten Kraftwerksuntersuchungen sowie einer Reihe weiterer Studie der FfE<br />

können folgende Primärenergieaufwendungen für den Anlagenpark zur Stromerzeugung<br />

in Deutschland hergeleitet werden. Dazu wurde der Kumulierte Energieaufwand<br />

der detailliert untersuchten Kraftwerke auf deren Nennleistung bezogen. Mit Hilfe der<br />

gesamten installierten Leistung <strong>und</strong> der Netto-Erzeugung in 1996 wurden dann erzeu-<br />

24 Laufwasserkraftwerke, Speicherkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke<br />

25 Energieeinsatz aus: Sonstige gasförmige Brennstoffe, Übrige ohne Windkraft <strong>und</strong> PV; Energieeinsatz aus Windkraft<br />

<strong>und</strong> PV gleich der Erzeugung angenommen<br />

26 Erzeugung aus: Sonstige gasförmige Brennstoffe, Übrige ohne Windkraft <strong>und</strong> PV


Energieträger 51<br />

gungsspezifische Anlagenaufwendungen für Kraftwerkstypen bestimmt. Tabelle 20<br />

zeigt die Ergebnisse dieser Berechnung jeweils bezogen auf das Output der jeweiligen<br />

Anlage. Durch diese Vorgehensweise werden typische Einsatzfälle der jeweiligen<br />

Kraftwerkstypen (Gr<strong>und</strong>-, Mittel- oder Spitzenlastkraftwerk) berücksichtigt.<br />

Tabelle 20: Erzeugungsspezifischer Kumulierter Energieaufwand für Herstellung,<br />

Nutzung <strong>und</strong> Entsorgung <strong>von</strong> Anlagen zur Stromerzeugung / Verteilung<br />

Anlagentyp Spez. KEA [MJ/kWhel.]<br />

Wasser-KW 0,140<br />

Kernkraftwerke 0,058<br />

Braunkohle-KW 0,038<br />

Steinkohle-KW 0,048<br />

Heizöl-KW 27<br />

0,102<br />

Erdgas-KW 0,021<br />

Sonstige regenerative KW 28<br />

0,200<br />

Netzanlagen 29<br />

0,046<br />

Für die in der Tabelle nicht aufgelisteten sonstigen thermischen Kraftwerke wurden<br />

keine detaillierte Untersuchung durchgeführt. Die Aufwendungen werden daher mit<br />

den Werten für Braunkohlekraftwerke abgeschätzt.<br />

Emissionen<br />

Da die Verbrennungs- <strong>und</strong> Emissionsminderungstechnik in Kraftwerken deutlich <strong>von</strong><br />

typischen Haushalts- <strong>und</strong> Industriefeuerungen abweicht, werden den weiteren Berechnungen<br />

kraftwerksspezifische Emissionswerte aus eigenen Berechnungen (CO2) bzw.<br />

/GEM/ zugr<strong>und</strong>egelegt.<br />

Tabelle 21: Kraftwerksspezifische Emissionen (direkte Emissionen)<br />

Kraftwerkstyp CO2<br />

[g/kWh]<br />

CO<br />

[g/kWh]<br />

NOX<br />

[g/kWh]<br />

SO2<br />

[g/kWh]<br />

CH4<br />

[g/kWh]<br />

NMVOC<br />

[g/kWh]<br />

N20<br />

[g/kWh]<br />

Staub<br />

[g/kWh]<br />

Braunkohle-KW 1.160 0,220 0,805 0,539 0,036 0,016 0,031 0,106<br />

Steinkohle-KW 896 0,214 0,550 0,685 4,164 0,039 0,047 0,021<br />

Heizöl-KW 893 0,456 0,626 1,054 0,225 0,176 0,027 0,051<br />

Erdgas-KW 482 1,805 3,527 0,049 1,515 0,339 0,025 0,054<br />

Sonstige thermische KW 30<br />

937,7 0,853 2,985 0,424 0,085 1,706 0,043 0,131<br />

Neben diesen direkten Emissionen werden auch die Emissionen der vorgelagerten Ketten<br />

(Brennstoffbereitstellung <strong>und</strong> Anlagenherstellung) berücksichtigt. Diese sind in<br />

Tabelle 22 zusammengefaßt.<br />

27 Da für Heizöl-Kraftwerke keine detaillierte Untersuchung durchgeführt wurde, mußte eine Abschätzung mit Hilfe der<br />

leistungsspezifischen Aufwendungen für das GuD-Kraftwerk vorgenommen werden. Die deutlich geringere Auslastung<br />

der Heizölkraftwerke führt im Ergebnis zu einem vergleichsweise hohen spezifischen Herstellungsaufwand.<br />

28 Der Wert gilt für Windkraftanlagen; PV-Anlagen <strong>und</strong> Biomasse(heiz)kraftwerke wurden vernachlässigt, da deren Anteil<br />

an der öffentlichen Stromversorgung vernachlässigt werden kann bzw. keine gesicherten Werte für diese Kraftwerkstypen<br />

vorliegen.<br />

29 Wert für alle Komponenten der Verteilung<br />

30 Verbrennungsemissionen für Hausmüll <strong>und</strong> ähnliche Reststoffe abgeschätzt<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


52 Allgemeiner Teil<br />

Tabelle 22: Kraftwerksspezifische Emissionen (indirekte Emissionen) aus Kraftwerksherstellung<br />

<strong>und</strong> Brennstoffbereitstellung<br />

Kraftwerkstyp CO2<br />

[g/kWh]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

CO<br />

[g/kWh]<br />

NOX<br />

[g/kWh]<br />

SO2<br />

[g/kWh]<br />

CH4<br />

[g/kWh]<br />

NMVOC<br />

[g/kWh]<br />

N20<br />

[g/kWh]<br />

Staub<br />

[g/kWh]<br />

Wasser-KW 8,26 0,008 0,036 0,018 0,017 0,005 0,000 0,003<br />

Kernkraftwerke 10,8 0,006 0,016 0,014 0,036 0,001 0,000 0,001<br />

Braunkohle-KW 28,6 0,013 0,027 0,021 0,040 0,007 0,002 0,003<br />

Steinkohle-KW 45,7 0,026 0,107 0,131 4,917 0,007 0,001 0,015<br />

Heizöl-KW 114,5 0,254 0,352 0,413 0,280 0,211 0,002 0,050<br />

Erdgas-KW 44,0 0,403 0,142 0,060 1,872 0,008 0,001 0,032<br />

Sonstige thermische KW 31<br />

27,0 0,084 0,294 0,042 0,037 0,054 0,000 0,001<br />

Sonstige regenerative KW 32<br />

17,0 0,063 0,039 0,010 0,033 0,004 0,000 0,008<br />

Ergebnisse<br />

Aus obigen Daten ergibt sich folgendes Bild für die öffentliche Stromversorgung - für<br />

die Kraftwerkstypen, im Mix über alle Spannungsebenen <strong>und</strong> Primärenergieträger sowie<br />

frei Verbraucher - in Deutschland 1996:<br />

• Der spezifische Primärenergieaufwand für die Bereitstellung elektrischer Energie<br />

liegt bei r<strong>und</strong> 3,18 MJ/MJel.. Die Aufschlüsselung der einzelnen Aufwandsposten<br />

können Abbildung 15 entnommen werden.<br />

• Die spezifischen CO2-Emissionen liegen bei r<strong>und</strong> 650 g/kWhel.. Weitere Emissionen<br />

können Tabelle 23 entnommen werden.<br />

Tabelle 23: Zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse zur Strombereitstellung<br />

in Deutschland<br />

Kraftwerkspark<br />

Deutschland 1996<br />

KEA<br />

[kWhprim/kWhel.]<br />

CO2<br />

[g/kWh]<br />

CO<br />

[g/kWh]<br />

NOX<br />

[g/kWh]<br />

SO2<br />

[g/kWh]<br />

CH4<br />

[g/kWh]<br />

NMVOC<br />

[g/kWh]<br />

N20<br />

[g/kWh]<br />

Der Kumulierte Energieaufwand für die öffentliche Stromversorgung lag 1996 bei<br />

1.352 TWh (4.866 PJ). Abbildung 15 zeigt die Aufteilung des Kumulierten Energieaufwands<br />

auf thermische Kraftwerke, Kernkraftwerke <strong>und</strong> regenerative Stromerzeugung.<br />

Es sind auch die Herstellungs-, Nutzungs- <strong>und</strong> Entsorgungsaufwendungen für die Anlagen<br />

zur Brennstoffbereitstellung <strong>und</strong> Umwandlungsanlagen berücksichtigt. Sie wurden<br />

entsprechend ihrer Nutzungsdauern (15, 30 oder 40 Jahre) abgeschrieben <strong>und</strong> als<br />

Verluste in dieser Bilanz berücksichtigt. Der Nettostromverbrauch betrug im Deutsch-<br />

31 Verbrennungsemsionen für Hausmüll <strong>und</strong> ähnliche Reststoffe abgeschätzt<br />

32 Windkraftanlagen, da PV-Anlagen für die öffentliche Stromversorgung ein untergeordnete Rolle spielen<br />

Staub<br />

[g/kWh]<br />

Steinkohle-KW 2,884 942 0,189 0,547 0,695 4,932 0,039 0,046 0,032<br />

Braunkohle-KW 3,128 1185 0,151 0,748 0,478 0,053 0,021 0,032 0,090<br />

Erdgas-KW 2,726 517 1,654 0,901 0,052 1,487 0,077 0,025 0,057<br />

Heizöl-KW 3,557 1005 0,511 1,084 0,628 0,301 0,237 0,029 0,051<br />

Kernkraftwerke 3,246 10,8 0,006 0,016 0,014 0,036 0,001 0,000 0,001<br />

Wasserkraftwerke 1,039 8,3 0,008 0,036 0,018 0,017 0,005 0,000 0,003<br />

Sonstige regenerative 1,056 17,0 0,063 0,039 0,010 0,033 0,004 0,000 0,008<br />

Sonstige thermische 3,806 960 0,934 3,266 0,458 0,114 1,758 0,043 0,131<br />

Mix ab Kraftwerk 3,02 637 0,214 0,459 0,338 1,465 0,041 0,023 0,040<br />

Mix frei Verbraucher 3,18 669 0,225 0,483 0,356 1,541 0,043 0,025 0,042


Energieträger 53<br />

landmix 1996 425 TWh (1.529 PJ). Der Nutzungsgrad der Nettostromerzeugung aus<br />

regenerativen Energien wurde mit 100 % angesetzt, damit liegt der Kumulierte Energieaufwand<br />

hierfür bei rd. 55 PJ. Etwas größer ist der Kumulierte Energieaufwand für<br />

alle Anlagen, welche zur Gewinnung, Transport <strong>und</strong> Umwandlung der Rohstoffe <strong>und</strong><br />

für die Netzeinrichtungen zur Bereitstellung der elektrischen Energie nötig sind. Der<br />

Kumulierte Energieaufwand der Strombereitstellung beträgt insgesamt<br />

3,18 PJ/PJelektrisch. Ohne Berücksichtigung des regenerativen Anteils ergibt sich ein<br />

Aufwand <strong>von</strong> 3,14 PJ/PJelektrisch. Der Kumulierte Regenerative Aufwand (KRA) für die<br />

Strombereitstellung liegt mit 0,04 kWhprim/kWhel. bei r<strong>und</strong> 1,3 % des gesamten Energieaufwands.<br />

60 Anlagen<br />

16<br />

2.990<br />

1,8<br />

1.765<br />

55<br />

Verluste*<br />

137<br />

11,5<br />

Verluste*<br />

1.875<br />

Netzeinrichtungen: 19,5<br />

Brennstoffbereitstellung<br />

Alle Angaben in PJ<br />

Verluste*<br />

17,7<br />

2.869 1.749<br />

Thermische Kraftwerke<br />

8,9<br />

Verluste*<br />

1.211<br />

1.006<br />

Verluste*<br />

98,5<br />

Uranbereitstellung<br />

Kernkraftwerke<br />

547<br />

Netz<br />

1.529<br />

1.608<br />

2,2<br />

Verluste*<br />

2,2<br />

55<br />

Regenerative<br />

Stromerzeugung<br />

Nettostromerzeugung<br />

Deutschland-Mix 1996<br />

Kumulierter Energieaufwand: 3,18 PJ/PJ<br />

Regenerativer Anteil: 0,04 PJ/PJ<br />

Nichtregenerativer Anteil: 3,14 PJ/PJ<br />

* Der KEA für die Herstellung bzw. Entsorgung der Anlagen<br />

wird als energetische Abschrei-bung den Verlusten bei der<br />

Umwandlung zugerechnet.<br />

Quellen:<br />

- Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München<br />

- Lehrstuhl für Energiewirtschaft <strong>und</strong> Kraftwerkstechnik<br />

der TU München<br />

- Referat der Elektrizitätswirtschaft im BMWi:<br />

Die Elektrizitätswirtschaft in der BRD 1996.<br />

Abbildung 15: Kumulierter Energieaufwand der öffentlichen Stromversorgung 1996<br />

5.2.2 In anderen Ländern<br />

Während bei den Brennstoffen da<strong>von</strong> ausgegangen werden kann, daß sich die Aufwendungen<br />

für die Bereitstellung nicht wesentlich <strong>von</strong> denen in Deutschland unterscheiden,<br />

ergeben sich aufgr<strong>und</strong> der unterschiedlichen Kraftwerksparks in den verschiedenen<br />

Ländern deutlich unterschiedliche Aufwendungen bei der Bereitstellung elektrischer<br />

Energie. Daher muß bei der Herstellung importierter Güter der jeweilige Importstrommix<br />

zugr<strong>und</strong>egelegt werden.<br />

Einzelne Länder:<br />

Zur Ermittlung der Primärenergieaufwendungen für die Bereitstellung elektrischer<br />

Energie außerhalb Deutschlands wird folgendermaßen vorgegangen:<br />

• Für die Bereitstellung der eingesetzten Brennstoffmengen wird <strong>von</strong> ähnlichen Verhältnissen<br />

wie ein Deutschland ausgegangen. Dies mag für einzelne Länder nicht<br />

zutreffen, jedoch sind Informationen zur Brennstoffbereitstellung bereits in<br />

el<br />

el<br />

el<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


54 Allgemeiner Teil<br />

Deutschland schwer zu erhalten, so daß der Aufwand für eine länderspezifische Betrachtung<br />

in keinem Verhältnis zum Genauigkeitsgewinn steht.<br />

• Der Kraftwerksmix mit den Anteilen der Netto-Stromerzeugung der verschiedenen<br />

Energieträger an der Gesamterzeugung sowie Brennstoffeinsatz wird einschlägigen<br />

Quellen (z.B. /EIE 96/, /VIK 96/) entnommen.<br />

• Sofern Statistiken eines Landes zur Berechnung des durchschnittlichen Nutzungsgrades<br />

thermischer Kraftwerke nicht ausreichen, wird in Anlehnung an /Ma93/ ein<br />

länderspezifischer Mehraufwand (maximal 1,3 für die GUS 33 ) angenommen.<br />

• Die Verteilungsverluste werden mit den für Deutschland ermittelten Werten abgeschätzt,<br />

sofern keine genaueren Angaben zur Verfügung stehen.<br />

• Die Energieaufwendungen <strong>und</strong> Emissionen der Anlagenherstellung werden mit Hilfe<br />

der im Rahmen dieses Projekts ermittelten Werte für Deutschland abgeschätzt,<br />

wobei auch hier der oben erwähnte Mehraufwand berücksichtigt wird. Die zum Teil<br />

deutlich höheren Emissionswerte in Ländern ohne entsprechende Umweltauflagen<br />

konnten wegen fehlender Informationen nicht berücksichtigt werden.<br />

Diese Vorgehensweise wird im folgenden am Beispiel der GUS dargestellt.<br />

Die in Tabelle 24 dargestellten statistischen Daten zum Kraftwerkspark stammen aus<br />

/EIE96/ <strong>und</strong> gelten für das Jahr 1993.<br />

Tabelle 24: Statistische Informationen zum Kraftwerkspark der GUS (Werte in<br />

Klammern sind geschätzt bzw. methodisch bedingt) 34<br />

Energieträger (Kraftwerkstyp) Energieeinsatz<br />

[PJ]<br />

Solids (Steinkohle-KW) 3.692<br />

Oil (Schweröl-KW) 2.930<br />

Gas (Erdgas-KW) 9.218<br />

Geothermal (sonstige regenerative KW) 251<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Erzeugung<br />

[TWh]<br />

Nutzungsgrad<br />

[%]<br />

1.010 22,6<br />

Nuclear (Kernkraftwerk) (661) 207 (31,3) 35<br />

Hydro & Wind (Wasserkraftwerk) (244) 244 (100)<br />

Gesamt 17.251 1.461 30,5<br />

Der spezifische Brennstoffaufwand thermischer Kraftwerke liegt damit bei<br />

3,82 MJBrennstoff/MJel. Im Vergleich zum spezifischen Aufwand thermischer Kraftwerke<br />

in Deutschland (2,94 MJBrennstoff/MJel) bedeutet dies einen Mehraufwand um den Faktor<br />

1,3. Dieser wird unter anderem der Emissionsberechnung zugr<strong>und</strong>egelegt.<br />

Für in der GUS verwendete elektrische Energie gelten somit die in Tabelle 25 dargestellten<br />

Zahlenwerte.<br />

33 Der durchschnittliche thermische Nutzungsgrad lag hier 1993 nach Angaben aus /EIE 96/ bei r<strong>und</strong> 22,6 % (33,9 % in<br />

Deutschland).<br />

34 Werte in Klammern sind methodisch bedingt oder durch Abschätzung auf Basis deutscher Werte ermittelt<br />

35 Abgeschätzt mit Wert für Deutschland


Energieträger 55<br />

Tabelle 25: Zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse zur Strombereitstellung<br />

in der GUS<br />

Strommix - GUS<br />

1993<br />

KEA<br />

[kWhprim/kWhel.]<br />

CO2<br />

[g/kWh]<br />

CO<br />

[g/kWh]<br />

NOX<br />

[g/kWh]<br />

SO2<br />

[g/kWh]<br />

CH4<br />

[g/kWh]<br />

NMVOC<br />

[g/kWh]<br />

N20<br />

[g/kWh]<br />

Staub<br />

[g/kWh]<br />

frei Verbraucher 3,63 0,649 1,133 0,823 0,278 2,192 0,089 0,028 0,052<br />

Ländergruppen:<br />

Für viele der im folgenden betrachteten Prozeßketten werden die benötigten Rohstoffe,<br />

sowie Zwischenprodukte nach Deutschland importiert. Da in diesen Ländern eine <strong>von</strong><br />

Deutschland abweichende Kraftwerksstruktur gegeben ist, weichen die Aufwendungen<br />

für die Bereitstellung deutlich <strong>von</strong> denen in Deutschland ab. Um nun den elektrischen<br />

Energieaufwand z.B. für den Eisenerz-Abbau bzw. die Eisenerz-Aufbereitung primärenergetisch<br />

korrekt bewerten zu können ist es nötig, einen nach Importanteilen (I)<br />

gewichteten spezifischen Energieaufwand zu bilden:<br />

KEA<br />

el Mix<br />

=<br />

<br />

i=<br />

Land<br />

KEA<br />

eli<br />

× I<br />

i<br />

Der Importanteil eines Landes ist der massenmäßige Anteil 36 des Imports aus diesem<br />

Land am Gesamtimport eines Stoffes. Die KEAel,i sind die - wie oben für Rußland berechneten<br />

- spezifischen Primärenergieaufwendungen der Strombereitstellung im jeweiligen<br />

Land. Das Ergebnis KEAel,Mix ist somit wieder ein spezifischer Primärenergieaufwand<br />

pro kWh elektrischer Energie, mit dem die bekannten Aufwendungen elektrischer<br />

Energie in den betreffenden Ländern bewertet werden. Ähnliches gilt für die spezifischen<br />

Emissionen einer Ländergruppe; auch hier werden die für einzelne Länder<br />

ermittelten spezifischen Emissionen über die massenmäßigen Importanteile gewichtet.<br />

Die für diese Studie relevanten Ländergruppen sind in Kapitel 4.1.2 zusammengefaßt.<br />

36 Die Mittelung über die Massen ist nur richtig, wenn die spezifischen Endenergieaufwendungen in den verschiedenen<br />

Importländern sich nicht unterscheiden. Diese Einschränkung ist ein wichtiges Kriterium dafür, ob es zulässig ist,<br />

Länder zu einer Gruppe zusammenzufassen.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


56 Allgemeiner Teil<br />

6 Fazit<br />

Im vorliegenden Teilbericht der Studie "Analyse <strong>von</strong> Energie- <strong>und</strong> Stoffströmen - Basisdaten<br />

für die ökologische Bewertung <strong>von</strong> Unternehmen, Wirtschaftsgütern <strong>und</strong><br />

Dienstleistungen" werden die methodischen Gr<strong>und</strong>lagen sowie wichtige Ausgangsdaten<br />

für die primärenergetische <strong>und</strong> emissionsmäßige Bewertung dargelegt.<br />

Die im Rahmen des Gesamtprojekts untersuchten Prozeßketten für die Bereitstellung<br />

<strong>von</strong> Energieträgern, <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> <strong>und</strong> <strong>Halbzeugen</strong> liefern Aussagen<br />

• zum Ressourcenaufwand,<br />

• zum Energieaufwand <strong>und</strong><br />

• zu den Emissionen<br />

<strong>und</strong> damit zu drei wesentlichen umweltrelevanten Themenfeldern.<br />

Die Durchführung <strong>von</strong> KEA-Analysen aber auch <strong>von</strong> Ökobilanzen komplexer Produkte<br />

wird durch diese Informationen deutlich vereinfacht bzw. bei knappen finanziellem <strong>und</strong><br />

personellem Rahmen erst ermöglicht. Mit Hilfe der Unterstützung der Bayerischen<br />

Forschungsstiftung <strong>und</strong> vieler Industriepartner ist somit ein Schritt hin zur ganzheitlichen<br />

Betrachtung industrieller Fertigungsprozesse gelungen.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


7 Quellen<br />

AGE 78 Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen: Energiebilanzen der B<strong>und</strong>esrepublik<br />

Deutschland: Band II. Frankfurt a.M.: Verlags- <strong>und</strong> Wirtschaftsgesellschaft der Elektrizitätswerke<br />

mbH, 1978<br />

BMI 96 Die Elektrizitätswirtschaft in der B<strong>und</strong>esrepublik Deutschland im Jahre 1996, Statistischer<br />

Bericht des Referats Elektrizitätswirtschaft im B<strong>und</strong>esministerium für<br />

Wirtschaft, Verlags- <strong>und</strong> Wirtschaftsgesellschaft der Elektrizitätswerke mbH, 1997<br />

BAU 97 H. Bauer et.al.; Kumulierter Energieaufwand <strong>und</strong> energieoptimierte Nutzungsdauer<br />

<strong>von</strong> Personenkraftwagen; Studie des Lehrstuhls für Energiewirtschaft <strong>und</strong> Kraftwerrkstechnik<br />

der TU München <strong>und</strong> der Forschungsstelle für Eenergiewirtschaft,<br />

München im Auftrag des ZAE Bayern, 1997<br />

DRE99 Dreier, Thomas: Biogene Kraftstoffe - Energetische, ökologische <strong>und</strong> ökonomische<br />

Analyse; Heft 38 der IfE Schriftenreihe; Lehrstuhl für Energiewirtschaft <strong>und</strong> Kraftwerkstechnik<br />

der TU München; München 1999<br />

FLE 99 Fleißner, Thomas; Primärenergetische Optimierung eines autarken Hybridfahrzeugs;<br />

Dissertation am Lehrstuhl für Energiewirtschaft <strong>und</strong> Kraftwerkstechnik der TU<br />

München, 1999<br />

FRI 93 A. Fritzmaier; Prozeßkettenanalyse der Bereitstellung <strong>von</strong> Kraftstoffen; Diplomarbeit<br />

an der FH München; 1993<br />

GAB 1 Schwaiger, K.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> der Energiebereitstellung<br />

(GABIE), Teil I: Allgemeiner Teil, Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München<br />

1996<br />

GAB 2 Köhler, D., Schwaiger, K.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> der Energiebereitstellung<br />

(GABIE), Teil II: Energetische Untersuchung eines Kernkraftwerkes,<br />

Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München 1996<br />

GAB 3 Köhler, D., Layer, G., Schwaiger, K.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> der<br />

Energiebereitstellung (GABIE), Teil III: Energetische Untersuchung eines Steinkohlekraftwerkes,<br />

Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München 1996<br />

GAB 4 Köhler, D., Layer, G., Schwaiger, K.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> der<br />

Energiebereitstellung (GABIE), Teil IV: Energetische Untersuchung eines Braunkohlekraftwerkes,<br />

Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München 1996<br />

GAB 5 Hoffmeyer, M., Köhler, D., Schwaiger, K.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong><br />

der Energiebereitstellung (GABIE), Teil V: Energetische Untersuchung eines GuD-<br />

Kraftwerkes, Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München 1996<br />

GAB 6 Köhler, D., Schwaiger, K.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> der Energiebereitstellung<br />

(GABIE), Teil VI: Energetische Untersuchung eines BHKW, Forschungsstelle<br />

für Energiewirtschaft, München 1996<br />

GAB 7 Köhler, D., Schwaiger, K.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> der Energiebereitstellung<br />

(GABIE), Teil VI: Kumulierter Energieaufwand für den Braunkohletagebau,<br />

Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München 1999<br />

GAB 8 Schwärzer, M; Köhler, D.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> der Energiebereitstellung<br />

(GABIE), Teil VIII: Emissionen der Strombereitstellung aus thermischen<br />

<strong>und</strong> nuklearen Kraftwerken, Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München 1999<br />

57<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


58 Allgemeiner Teil<br />

GRU 1 Köhler, D.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> <strong>und</strong> <strong>Halbzeugen</strong>,<br />

Teil I: Allgemeiner Teil, Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München 1999<br />

GRU 2 Hutter, C., Lilleike, J., Schwärzer, M.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong><br />

<strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> <strong>und</strong> <strong>Halbzeugen</strong>, Teil II: Baustoffe , Forschungsstelle für Energiewirtschaft,<br />

München 1999<br />

GRU 3 Corradini, R.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> <strong>und</strong> <strong>Halbzeugen</strong>,<br />

Teil III: Metalle, Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München 1999<br />

GRU 4 Tzscheutschler, P.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> <strong>und</strong><br />

<strong>Halbzeugen</strong>, Teil IV: Kunststoffe, Lehrstuhl für Energiewirtschaft <strong>und</strong> Kraftwerkstechnik<br />

der TU München 1999<br />

GRU 5 Dreier, T., et al.: <strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> <strong>und</strong><br />

<strong>Halbzeugen</strong>, Teil V: Sonstiges, Lehrstuhl für Energiewirtschaft <strong>und</strong> Kraftwerkstechnik<br />

der TU München <strong>und</strong> Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München 1999<br />

NEH Fleißner, T., Schmittinger, C.: Wege zum Niedrigenergiehaus: <strong>Ganzheitliche</strong> <strong>Bilanzierung</strong>,<br />

Forschungsstelle für Energiewirtschaft München <strong>und</strong> Lehrstuhl für Energiewirtschaft<br />

<strong>und</strong> Kraftwerkstechnik der TU München, 1999<br />

WPU Bressler, G., et al.: <strong>Ganzheitliche</strong> <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> Wärmepumpen als Basis einer<br />

Ökobilanz, Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München 1998<br />

PRA Hutter, C.:, Köhler, D.: Ökobilanzierung mit Hilfe der KEA-Datenbank (Praxistests),<br />

Forschungsstelle für Energiewirtschaft, München 1999<br />

GEM Gesamt-Emissions-Modell Integrierter Systeme; Programm zur Analyse der Umweltaspekte<br />

<strong>von</strong> Energie-, Stoff- <strong>und</strong> Transportprozessen; Öko-Institut e.V., Darmstadt<br />

1989-1999<br />

EUR 94 Ökologie der Stoffströme, Studie im Rahmen des Thermie-Programms zu verschiedenen<br />

Wegen der Hausmüllentsorgung im Auftrag der Europäischen Union, 1994<br />

FFE 96 H. Bauer, C. Schmittinger; Prozeßkettenanalyse <strong>und</strong> Verfügbarkeit <strong>von</strong> Erdgas als<br />

Kraftstoff für Kraftfahrzeuge, Unveröffentlichte Studie im Auftrag der BMW AG,<br />

1996<br />

FVV 98 T. Dreier et. al.; Brennstoffzellen-Studie - <strong>Ganzheitliche</strong> Systemuntersuchung zur<br />

Energiewandlung durch Brennstoffzellen; Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen<br />

e.V.; 1998<br />

HAG 92 Hagedorn, G.: Kumulierter Energieaufwand <strong>von</strong> Photovoltaik- <strong>und</strong> Windkraftanlagen;<br />

Dissertation am Lehrstuhl für Energiewirtschaft <strong>und</strong> Kraftwerkstechnik der TU<br />

München; 1992<br />

JES 94 Jess, A.: Energieaufwand der Herstellung <strong>von</strong> Mineralölprodukten in Raffinerien in<br />

Deutschland, Lehrstuhl für Chemie <strong>und</strong> Technik <strong>von</strong> Gas, Erdöl <strong>und</strong> Kohle am Engler-Bunte-Institut<br />

der Universität Karlsruhe, 1994, Studie im Auftrag der Forschungsstelle<br />

für Energiewirtschaft<br />

KIN 92 Schaefer, H. et al.: Systemquervergleich zwischen einem projektierten <strong>und</strong> einem<br />

ausgeführten Wasserkraftwerk an der Lechstaustufe 8a bei Kinsau unter besonderer<br />

Berücksichtigung des kumulierten Energieaufwands <strong>und</strong> der kumulierten CO2-<br />

Emissionen; Studie im Auftrag der BAWAG (Bayerische Wasserkraftwerke AG);<br />

1992<br />

MAU 93 Mauch, W.: Kumulierter Energieaufwand für Güter <strong>und</strong> Dienstleistungen - Basis für<br />

Ökobilanzen; Dissertation am Lehrstuhl für Energiewirtschaft <strong>und</strong> Kraftwerkstechnik<br />

der TU München; 1993<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Quellen 59<br />

MAU 95 Mauch, W.: Methodik zur ganzheitlichen energetischen Bewertung, Vortrag Schliersee-Tagung<br />

2.,3. Mai 1995, VDI Berichte 1190, S. 177-190, Forschungsstelle für<br />

Energiewirtschaft München, 1995<br />

ÖKO 95 Eidgenössische Technische Hochschule Zürich u.a.: Baustoffdaten - Ökoinventare;<br />

Karlsruhe, Weimar, Zürich 1995<br />

VDI 4600 Kumulierter Energieaufwand – Begriffe, Definitionen, Berechnungsmethoden, VDI-<br />

Richtlinie 4600<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


<strong>Ganzheitliche</strong> <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong><br />

<strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> <strong>und</strong> <strong>Halbzeugen</strong><br />

Teil II Baustoffe<br />

Auftraggeber:<br />

Bayerische<br />

Forschungsstiftung<br />

FfE-Auftragsnummer: 065.1/KEA<br />

Bearbeiter: C. Hutter<br />

D. Köhler<br />

J. Lilleike<br />

M. Schwärzer<br />

München, im Juli 1999<br />

Forschungsstelle für Energiewirtschaft<br />

Am Blütenanger 71<br />

80995 München<br />

Tel.: (089) 158 121 - 0<br />

Fax: (089) 158 121 - 10<br />

E-mail: gfpe@ffe.de<br />

Internet: www.ffe.de


Inhaltsverzeichnis.Doc<br />

Inhaltsverzeichnis<br />

Einführung.................................................................................................................................. 1<br />

A Bausand, Baukies<br />

1 Einleitung .......................................................................................................................................... 3<br />

2 Rohstoffe ........................................................................................................................................... 4<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe............................................................................................................................ 4<br />

2.2 Energetische Daten......................................................................................................................................... 4<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen ...................................................................................................................................... 5<br />

3 Bausand, Baukies............................................................................................................................. 5<br />

3.1 Herstellung...................................................................................................................................................... 5<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion ................................................................................................................ 5<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen ...................................................................................................................................... 6<br />

B Gips<br />

1 Einleitung .......................................................................................................................................... 9<br />

2 Rohstoffe ........................................................................................................................................... 9<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe............................................................................................................................ 9<br />

2.2 Energetische Daten....................................................................................................................................... 10<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 11<br />

3 Baugips............................................................................................................................................ 12<br />

3.1 Herstellung.................................................................................................................................................... 12<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................. 13<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 14<br />

4 Gipsbauelemente............................................................................................................................ 16<br />

4.1 Herstellung.................................................................................................................................................... 16<br />

4.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................. 17<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 17<br />

C Kalk<br />

1 Einleitung ........................................................................................................................................ 19<br />

2 Rohstoffe ......................................................................................................................................... 20<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe.......................................................................................................................... 20<br />

2.2 Energetische Daten....................................................................................................................................... 20<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 20<br />

3 Kalkstein.......................................................................................................................................... 21<br />

3.1 Herstellung.................................................................................................................................................... 21<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................. 21<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 21<br />

4 Kalksteinmehl ................................................................................................................................. 22<br />

4.1 Herstellung.................................................................................................................................................... 22<br />

4.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................. 22<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


ii<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .....................................................................................................................................22<br />

5 Branntkalk (Feinkalk)......................................................................................................................23<br />

5.1 Herstellung.....................................................................................................................................................23<br />

5.2 Energetische Daten der Produktion ...............................................................................................................24<br />

5.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .....................................................................................................................................25<br />

6 Kalkhydrat .......................................................................................................................................27<br />

6.1 Herstellung.....................................................................................................................................................27<br />

6.2 KEA <strong>und</strong> Emissionen .....................................................................................................................................28<br />

D Zement<br />

1 Einleitung.........................................................................................................................................31<br />

2 Rohstoffe .........................................................................................................................................33<br />

2.1 Bereitstellung .................................................................................................................................................33<br />

2.2 Energetische Daten .......................................................................................................................................33<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .....................................................................................................................................34<br />

3 Zementklinker..................................................................................................................................35<br />

3.1 Herstellung.....................................................................................................................................................35<br />

3.2 Energetische Daten zur Produktion ...............................................................................................................35<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .....................................................................................................................................36<br />

4 Portlandzement PZ 350 ..................................................................................................................40<br />

4.1 Herstellung.....................................................................................................................................................40<br />

4.2 Energetische Daten der Produktion ...............................................................................................................40<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .....................................................................................................................................41<br />

5 Portlandhüttenzement (EPZ 350) ..................................................................................................42<br />

5.1 Herstellung.....................................................................................................................................................42<br />

5.2 Energetische Daten zur Produktion ...............................................................................................................43<br />

5.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .....................................................................................................................................43<br />

6 Hochofenzement (HOZ 350)...........................................................................................................45<br />

6.1 Herstellung.....................................................................................................................................................45<br />

6.2 Energetische Daten zur Produktion ...............................................................................................................45<br />

6.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .....................................................................................................................................46<br />

E Beton<br />

1 Einleitung.........................................................................................................................................49<br />

2 Rohstoffe .........................................................................................................................................49<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe...........................................................................................................................50<br />

2.2 Energetische Daten .......................................................................................................................................51<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .....................................................................................................................................52<br />

3 Beton (Transport-, Ortbeton) .........................................................................................................53<br />

3.1 Herstellung.....................................................................................................................................................53<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion ...............................................................................................................54<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .....................................................................................................................................54<br />

4 Betonfertigteile................................................................................................................................57<br />

4.1 Herstellung.....................................................................................................................................................57<br />

4.2 Energetische Daten zur Produktion ...............................................................................................................58<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .....................................................................................................................................58<br />

5 Betonwaren aus Normalbeton.......................................................................................................61<br />

5.1 Herstellung.....................................................................................................................................................61<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


5.2 Energetische Daten zur Produktion............................................................................................................... 62<br />

5.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 62<br />

F Gasbeton<br />

1 Einleitung ........................................................................................................................................ 65<br />

2 Rohstoffe ......................................................................................................................................... 65<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe.......................................................................................................................... 66<br />

2.2 Energetische Daten....................................................................................................................................... 66<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 67<br />

3 Gasbetonsteine, Montagebauteile ................................................................................................69<br />

3.1 Herstellung.................................................................................................................................................... 69<br />

3.2 Energetische Daten zur Produktion............................................................................................................... 70<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 71<br />

G Leichtbetonmauersteine<br />

1 Einleitung ........................................................................................................................................ 73<br />

2 Rohstoffe ......................................................................................................................................... 73<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe.......................................................................................................................... 73<br />

2.2 Energetische Daten....................................................................................................................................... 74<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 75<br />

3 Leichtbetonmauersteine ................................................................................................................ 76<br />

Herstellung 76<br />

3.2 Energetische Daten zur Produktion............................................................................................................... 77<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 77<br />

4 Leichtbetonplatte............................................................................................................................ 79<br />

4.1 Herstellung.................................................................................................................................................... 79<br />

4.2 Energetische Daten zur Produktion............................................................................................................... 80<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 80<br />

H Mörtel, Putz, Estrich<br />

1 Einleitung ........................................................................................................................................ 83<br />

2 Rohstoffe ......................................................................................................................................... 83<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe.......................................................................................................................... 84<br />

2.2 Energetische Daten....................................................................................................................................... 85<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 86<br />

3 Mörtel 87<br />

3.1 Herstellung.................................................................................................................................................... 88<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................. 88<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 88<br />

4 Putz 92<br />

4.1 Herstellung.................................................................................................................................................... 93<br />

4.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................. 93<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 94<br />

5 Estrich 97<br />

5.1 Herstellung.................................................................................................................................................... 98<br />

5.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................. 98<br />

5.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................... 98<br />

iii<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


iv<br />

I Ziegel<br />

1 Einleitung.......................................................................................................................................101<br />

2 Rohstoffe .......................................................................................................................................101<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe.........................................................................................................................102<br />

2.2 Energetische Daten .....................................................................................................................................102<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen ...................................................................................................................................103<br />

3 Mauerziegel (Leichthochlochziegel) ...........................................................................................103<br />

3.1 Herstellung...................................................................................................................................................103<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................106<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen ...................................................................................................................................107<br />

4 Vormauerziegel (Klinker) .............................................................................................................111<br />

4.1 Herstellung...................................................................................................................................................111<br />

4.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................111<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen ...................................................................................................................................112<br />

5 Dachziegel (Ton) ...........................................................................................................................114<br />

5.1 Herstellung...................................................................................................................................................114<br />

5.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................114<br />

5.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen ...................................................................................................................................115<br />

K Kalksandstein<br />

1 Einleitung.......................................................................................................................................119<br />

2 Rohstoffe .......................................................................................................................................119<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe.........................................................................................................................119<br />

2.2 Energetische Daten .....................................................................................................................................119<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen ...................................................................................................................................120<br />

3 Kalksandstein................................................................................................................................121<br />

3.1 Herstellung...................................................................................................................................................121<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................123<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen ...................................................................................................................................124<br />

L Flachglas<br />

1 Einleitung.......................................................................................................................................127<br />

2 Rohstoffe .......................................................................................................................................127<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe.........................................................................................................................127<br />

2.2 Energetische Daten .....................................................................................................................................129<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen ...................................................................................................................................130<br />

3 Flachglas .......................................................................................................................................131<br />

1.1 Herstellung...................................................................................................................................................131<br />

1.2 Energetische Daten der Produktion .............................................................................................................133<br />

1.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen ...................................................................................................................................134<br />

M Mineralwolle<br />

1 Einleitung.......................................................................................................................................139<br />

2 Rohstoffe .......................................................................................................................................139<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe.........................................................................................................................139<br />

2.2 Energetische Daten .....................................................................................................................................140<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................. 142<br />

3 Steinwolle ...................................................................................................................................... 143<br />

3.1 Herstellung.................................................................................................................................................. 143<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion ............................................................................................................ 144<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................. 144<br />

4 Glaswolle ....................................................................................................................................... 146<br />

4.1 Herstellung.................................................................................................................................................. 146<br />

4.2 Energetische Daten der Produktion ............................................................................................................ 147<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................. 147<br />

N Holz<br />

1 Einleitung ...................................................................................................................................... 151<br />

2 Rohstoffe ....................................................................................................................................... 151<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe........................................................................................................................ 151<br />

2.2 Energetische Daten..................................................................................................................................... 152<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................. 153<br />

3 Schnittholz .................................................................................................................................... 155<br />

3.1 Verarbeitungsschritte .................................................................................................................................. 155<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion ............................................................................................................ 156<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................. 157<br />

4 Technisch getrocknetes Schnittholz .......................................................................................... 159<br />

4.1 Technische Trocknung................................................................................................................................ 159<br />

4.2 Energetische Daten der Trocknung............................................................................................................. 159<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................. 160<br />

5 Brettschichtträger......................................................................................................................... 163<br />

5.1 Verarbeitungsschritte .................................................................................................................................. 163<br />

5.2 Energetische Daten der Produktion ............................................................................................................ 165<br />

5.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................. 165<br />

6 Furniere.......................................................................................................................................... 168<br />

6.1 Verarbeitungsschritte .................................................................................................................................. 168<br />

6.2 Energetische Daten der Produktion ............................................................................................................ 169<br />

6.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................. 170<br />

7 Sperrholz ....................................................................................................................................... 172<br />

7.1 Verarbeitungsschritte .................................................................................................................................. 172<br />

7.2 Energetische Daten der Produktion ............................................................................................................ 174<br />

7.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................. 175<br />

8 Spanplatten ................................................................................................................................... 177<br />

8.1 Verarbeitungsschritte .................................................................................................................................. 177<br />

8.2 Energetische Daten der Produktion ............................................................................................................ 179<br />

8.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen .................................................................................................................................. 180<br />

Anhang........................................................................................................................................ A-1<br />

Baustoff-Tabellen............................................................................................................ A-1<br />

Literaturverzeichnis.......................................................................................................A-5<br />

v<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Einführung<br />

Die Baustoffindustrie stellt einen der bedeutendsten Industriezweige in Deutschland<br />

dar. Bei der Beurteilung <strong>von</strong> Produkten nehmen die Umweltauswirkungen, die mit der<br />

Nutzung natürlicher Ressourcen <strong>und</strong> der Beeinträchtigung der Umwelt durch Abfälle<br />

<strong>und</strong> Emissionen verb<strong>und</strong>en sind, einen hohen Stellenwert ein. So spielen heute beim<br />

Wohnungsbau neben den ökonomischen auch ökologische Gesichtspunkte eine zunehmend<br />

größere Rolle. Im Hinblick auf den stetig sinkenden Energieverbrauch bei der<br />

Raumheizung <strong>von</strong> Neubauten, der durch die Verschärfung der gesetzlich geforderten<br />

Wärmeschutzkennwerte erreicht wurde, gewinnt der KEA der Herstellung der Baustoffe<br />

eine immer größere Bedeutung. Betrachtet man den Energieaufwand für ein Gebäude<br />

über den gesamten Lebenszyklus (Herstellung, Nutzung <strong>und</strong> Entsorgung), so stellt man<br />

fest, daß der Aufwand zur Herstellung einen Anteil <strong>von</strong> ca. einem Drittel (Neubau) bis<br />

zur Hälfte (Niedrigenergiehaus) am Gesamtaufwand haben kann. Diese Zahlen machen<br />

deutlich, daß der KEA für die Herstellung verschiedener Baustoffe für die ganzheitliche<br />

energetische Beurteilung <strong>von</strong> Häusern <strong>und</strong> damit auch für Ökobilanzen in der Baubranche<br />

eine wesentliche Rolle spielt.<br />

Die im Rahmen des <strong>von</strong> der Bayerischen Forschungsstiftung geförderten Forschungsprojektes<br />

„Analyse <strong>von</strong> Energie- <strong>und</strong> Stoffströmen – Basisdaten für die ökologische<br />

Bewertung <strong>von</strong> Unternehmen, Wirtschaftsgütern <strong>und</strong> Dienstleistungen“ ermittelten<br />

Daten sollen bei der Durchführung <strong>von</strong> Öko-Audits <strong>und</strong> Ökobilanzen - insbesondere bei<br />

der Analyse <strong>von</strong> Energieeinsparpotentialen - unterstützen. Der Teil II des Projektes<br />

„<strong>Ganzheitliche</strong> energetische <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> <strong>Gr<strong>und</strong>stoffen</strong> <strong>und</strong> <strong>Halbzeugen</strong>“ befaßt sich<br />

mit den wichtigsten Baustoffen <strong>und</strong> stellt diese mit Hilfe des Kumulierten Energieaufwandes<br />

(KEA) <strong>und</strong> wichtigster, kumulierter Emissionswerte auf eine einheitliche, vergleichbare<br />

Basis. Weitere Teilprojekte befassen sich mit Metallen (Teil III), Kunststoffen<br />

(Teil IV) <strong>und</strong> Biogenen Kraftstoffen (Teil V).<br />

Bei der energetischen <strong>Bilanzierung</strong> der Baustoffe wird zunächst für jeden Roh- bzw.<br />

Baustoff der Herstellungsprozeß ausführlich geschildert. Darauf aufbauend werden die<br />

Prozeßenergieaufwendungen für die einzelnen Schritte der Prozeßkette auf Endenergiebasis<br />

ermittelt <strong>und</strong> der Kumulierte Energieaufwand sowie ausgewählte Emissionen<br />

bestimmt. Die Vorgehensweise einschließlich der Definitionen zum Kumulierten Energieaufwand<br />

<strong>und</strong> der Festlegung der Rahmenbedingungen sind im Allgemeinen Teil<br />

(Teil I) beschrieben. Bei der Ermittlung der Daten konnte zum Teil auf bereits existierende<br />

Arbeiten an der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (z.B. /BRE 94/, /MAU 95/,<br />

/LIE 97/, /COR 97/) zurückgegriffen werden. Diese Arbeiten wurden plausibilisiert <strong>und</strong><br />

entsprechend aktualisiert. Wo dies möglich war <strong>und</strong> die entsprechenden Primärquellen<br />

auch belastbar erschienen, wurden Literaturstellen ausgewertet (z.B. /IHD 97/, /KAL<br />

95/). Schließlich wurden zahlreiche Daten im Rahmen <strong>von</strong> Betriebsanalysen, Befragungen<br />

o.ä. neu erhoben. Weiter wurde versucht, die Ergebnisse zu bewerten, d.h. mögliche<br />

Bandbreiten oder Besonderheiten werden angesprochen <strong>und</strong> diskutiert.<br />

Um einen ersten Einblick in die energetische <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> Baustoffen zu geben,<br />

werden die untersuchten Baustoffe in verschiedene Gruppen unterteilt, die sich in den<br />

für ihre Herstellung notwendigen Energieaufwendungen gr<strong>und</strong>legend unterscheiden.<br />

Zum einen sind die Baustoffe zu erwähnen, die nach ihrer Gewinnung <strong>und</strong> verschiede-<br />

1<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


2 Einführung<br />

nen einfachen Verarbeitungsschritten, wie Brechen, Sieben <strong>und</strong> Sortieren sofort verwendbar<br />

sind. Zu dieser Gruppe zählen beispielsweise Sand, Kies, Natursteine <strong>und</strong><br />

Naturgips, die alle massenbezogen einen sehr niedrigen KEA aufweisen. Die meisten<br />

Baustoffe werden jedoch in verschiedenen Fertigungsprozessen <strong>und</strong> Veredelungsverfahren<br />

hergestellt. Hierzu zählen einerseits Baustoffe, die mittels Brenn- <strong>und</strong> Schmelzverfahren<br />

veredelt werden, wie z.B. Gips, Zement, Ziegel, Mineralwolle <strong>und</strong> Glas. Sobald<br />

Brenn- bzw. Schmelzprozesse zur Herstellung des jeweiligen Baustoffes eingesetzt werden,<br />

ist der Kumulierter Energieaufwand durch den Einsatz der Brennstoffe geprägt<br />

<strong>und</strong> bestimmt. Andere Baustoffe wiederum, wie Beton, Mörtel <strong>und</strong> Putz, werden aus<br />

verschiedenen Einsatzstoffen gemischt. Bei diesen Baustoffen ist der Kumulierte Energieaufwand<br />

zumeist durch den für die Bereitstellung der Einsatzstoffe bedingten KEA<br />

geprägt (z.B. Beton durch Portlandzement, Putz durch Gips). In eine eigene Gruppe<br />

gehört Bauholz, das als regenerativer Baustoff eine besondere Stellung innerhalb der<br />

Baustoffe einnimmt, da bei der Ermittlung des KEA in fossile <strong>und</strong> regenerative Energieaufwendungen<br />

unterschieden werden muß.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


1 Einleitung<br />

A Bausand, Baukies<br />

Bei Sand <strong>und</strong> Kies handelt es sich um zerfallenes Sediment- bzw. Trümmergestein <strong>von</strong><br />

geringer Korngröße. Entstanden ist das Sedimentgestein durch Ablagerungen an<br />

Gletscherrändern oder entlang Flußläufen. Hauptbestandteil ist Quarz (SiO2). Eingeteilt<br />

werden Kies <strong>und</strong> Sand nach der Korngröße: Kies entspricht der Korngrößengruppe 4 bis<br />

45 bzw. 63 mm, Sand 0,06 bis 4 mm. Verwendung finden Kiese <strong>und</strong> Sande als<br />

Zuschlagstoff in Beton, Gasbeton <strong>und</strong> Kalksandstein sowie als Frostschutz- <strong>und</strong><br />

Dränagekies.<br />

Herstellung <strong>von</strong> Bausand <strong>und</strong> -kies<br />

Zum Abbau <strong>von</strong> Baukies <strong>und</strong> -sand aus natürlichen Lagerstätten wird zu 75 % die<br />

Naßgewinnung (z.B. mit Saugbaggern) eingesetzt, 25 % werden im Trockenabbau<br />

gewonnen /EYE 98/. Für das Betreiben <strong>von</strong> Kies- <strong>und</strong> Sandwerken im Trockenabbau<br />

muß die Lagerstätte erschlossen, d.h. die Deckschicht abgebaut, <strong>und</strong> nach Abschluß der<br />

Abbauarbeiten rekultiviert werden.<br />

Nach der Gewinnung schließt sich der Transport zum Kieswerk <strong>und</strong> die Aufhaldung des<br />

Rohkieses an. Je nach benötigter Qualität des Endproduktes wird der abgebaute Sand<br />

<strong>und</strong> Kies gewaschen <strong>und</strong> die lehmigen Feinstanteile herausgelöst. Der saubere Sand <strong>und</strong><br />

Kies wird in Siebmaschinen klassiert <strong>und</strong> nach genormten Korngrößen über<br />

Förderbänder auf Halden bzw. in Silos eingelagert. Für die Produktion <strong>von</strong> Brechsand<br />

<strong>und</strong> Splitt werden einzelne Fraktionen mit Platten-, Hammer- oder Kegelbrechern<br />

zerkleinert <strong>und</strong> über Siebstraßen ebenfalls in verschiedene Korngrößenklassen<br />

aufgeteilt <strong>und</strong> gelagert.<br />

Die schematische Darstellung der Gewinnung <strong>und</strong> Aufbereitung <strong>von</strong> Bausand <strong>und</strong> -kies<br />

zeigt Abbildung A-1.<br />

3<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


4 A Bausand, Baukies<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Sand, Kies<br />

Bausand, Baukies<br />

Gewinnung<br />

(Lader, Bagger, Greifer)<br />

Transport<br />

(LKW, Band)<br />

Waschen<br />

(Waschanlage)<br />

Klassieren<br />

(Siebmaschine)<br />

Überkorn (> 45 mm)<br />

Brechen<br />

(Platten-, Hammerbrecher)<br />

Klassieren<br />

(Siebmaschine)<br />

Brechsand, Splitt<br />

Abbildung A-1: Schematische Darstellung der Erzeugung <strong>von</strong> Sand- <strong>und</strong> Kieserzeugnissen<br />

2 Rohstoffe<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe<br />

Gestein<br />

Das Rohgestein wird zumeist im Naßabbau (Greifer, Saugbagger) gewonnen <strong>und</strong><br />

anschließend mit LKW bzw. Bandanlagen zur Aufbereitungsanlage transportiert.<br />

Wasser<br />

Ca. 3 m 3 Wasser werden für die Aufbereitung <strong>von</strong> einem Kubikmeter zu reinigendem<br />

Material benötigt. Das Wasser wird im Kreislauf geführt <strong>und</strong> ständig aufbereitet.<br />

2.2 Energetische Daten<br />

Die der energetischen Untersuchung zugr<strong>und</strong>e gelegten Daten zur Herstellung <strong>von</strong><br />

Bausand <strong>und</strong> -kies basieren auf /KUH 92/ <strong>und</strong> /MAU 95/. Die angegebenen Werte<br />

können als derzeitiger b<strong>und</strong>esdeutscher Durchschnitt angesehen werden. Es ist jedoch<br />

zu beachten, daß je nach Lagerstätte, angewandter Abbautechnik <strong>und</strong> Transportentfernung<br />

der Energieverbrauch stark variieren kann.


Bausand, Baukies 5<br />

Kies, Sand<br />

Für die Bereitstellung einer Tonne Kies oder Sand werden ca. 0,2 kg Diesel benötigt,<br />

wobei hierin der Energieaufwand für Erschließungs- <strong>und</strong> Rekultivierungsarbeiten<br />

enthalten ist. Der Transport zum Kies- bzw. Sandwerk wird mit 1,5 km abgeschätzt.<br />

Wasser<br />

Der Energieaufwand für die Kreislaufführung <strong>und</strong> Aufbereitung des Waschwassers ist<br />

im Energieeinsatz des Kieswerks berücksichtigt.<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Die Berechnung der primärenergetischen Aufwendungen <strong>und</strong> der Emissionen für die<br />

Bereitstellung des Rohstoffs erfolgt mit den in Tabelle 3 bis 6 Teil I (Allgemeiner Teil)<br />

enthaltenen Werten.<br />

Tabelle A-1: Kumulierter Energieaufwand <strong>und</strong> Emissionen für die Bereitstellung<br />

<strong>von</strong> Kies <strong>und</strong> Sand<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

3 Bausand, Baukies<br />

3.1 Herstellung<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

Aus dem abgebauten Sand <strong>und</strong> Kies werden in einer Trommelwäsche Fremdstoffe <strong>und</strong><br />

Feinstanteile abgetrennt. Der saubere Sand <strong>und</strong> Kies wird in Siebmaschinen klassiert<br />

<strong>und</strong> nach genormten Korngrößen über Förderbänder auf Halden bzw. in Silos<br />

eingelagert.<br />

Das Überkorn (größer 45 bzw. 63 mm) wird zur Erzeugung <strong>von</strong> Brechsand <strong>und</strong> Splitt mit<br />

Platten-, Hammer- bzw. Kegelbrechern zerkleinert <strong>und</strong> über Siebstraßen in<br />

verschiedene Korngrößenklassen aufgeteilt <strong>und</strong> gelagert. Die Herstellung <strong>von</strong><br />

gereinigtem <strong>und</strong> klassiertem Kies <strong>und</strong> Sand ist in Abbildung A-1 dargestellt.<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Im Vergleich zu anderen Baustoffen weist die Bereitstellung der Gr<strong>und</strong>stoffe Sand <strong>und</strong><br />

Kies aufgr<strong>und</strong> der wenigen Verfahrensschritte mit geringem Energieverbrauch (Wasch<strong>und</strong><br />

Siebanlage, Förderbänder) einen äußerst niedrigen Energiebedarf auf. Als<br />

Datengr<strong>und</strong>lage dienen die Arbeiten der Forschungsstelle für Energiewirtschaft<br />

/KUH 92/, /MAU 95/ sowie die Studie /EYE 98/.<br />

Für die Aufbereitung <strong>von</strong> Rohgestein zu klassiertem Bausand bzw. Baukies werden r<strong>und</strong><br />

2 kWh Strom je Tonne benötigt.<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Rohkies, -sand 14 1 2 15 1 0 2 0 1<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


6 A Bausand, Baukies<br />

Die Herstellung <strong>von</strong> Brechsand <strong>und</strong> Splitt benötigt für den Prozeßschritt des Brechens<br />

einen zusätzlichen Energieverbrauch. Der spezifische Stromverbrauch für das Brechen<br />

<strong>von</strong> Stein ist abhängig <strong>von</strong> dem eingesetzten Verfahren, der Rohgesteinbeschaffenheit<br />

(Härte) <strong>und</strong> der Korngröße. Dieser Energieeinsatz wird anhand <strong>von</strong> vergleichbaren, an<br />

der FfE ermittelten, Energieverbräuchen für Brechprozesse mit 1,5 kWh Strom<br />

abgeschätzt.<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung A-2 <strong>und</strong> Abbildung A-3 sind die Primärenergieflußbilder <strong>von</strong> Bausand <strong>und</strong><br />

-kies bzw. Brechsand <strong>und</strong> Splitt dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Aufbereitung Sand, Kies<br />

14 MJ (33,1 %)<br />

Diesel<br />

6 MJ (14,3 %)<br />

23 MJ (52,6 %)<br />

Abbildung A-2: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Bausand<br />

<strong>und</strong> -kies


Bausand, Baukies 7<br />

Aufbereitung Brechsand, Splitt<br />

14 MJ (23,7 %)<br />

Diesel<br />

6 MJ (10.3 %)<br />

40 MJ (66,0 %)<br />

Abbildung A-3: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Brechsand<br />

<strong>und</strong> Splitt<br />

Anhand der KEA-Flußbilder wird deutlich, daß der Stromeinsatz bei der Herstellung<br />

<strong>von</strong> Bausand <strong>und</strong> -kies einen Anteil zwischen 50 <strong>und</strong> 65 % hat.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle A-2: KEA <strong>und</strong> energiebedingte Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Bausand<br />

<strong>und</strong> Baukies<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Bausand, Baukies 44 3 4 24 3 3 3 0 2<br />

Brechsand, Splitt 61 4 5 25 3 5 3 0 2<br />

/KUH 92 /, /MAU 95/, /EYE 98/<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


1 Einleitung<br />

B Gips<br />

Gips ist ein sehr weit verbreitetes Mineral, das in vielen Ländern der Erde vorkommt<br />

<strong>und</strong> abgebaut wird. Er existiert in der Natur in zwei verschiedenen Hydratstufen, als<br />

Gipsstein (Calciumsulfat-Dihydrat, CaSO4 ⋅ 2 H2O) <strong>und</strong> in einzelnen Lagerstätten in der<br />

kristallwasserfreien Form als Anhydrit (CaSO4). Außerdem fällt Gips als Reaktionsprodukt<br />

chemischer <strong>und</strong> industrieller Prozesse an, so z.B. bei der Rauchgasentschwefelung.<br />

Der dabei entstehende REA-Gips hat eine hohe Reinheit <strong>und</strong> kann als Rohstoff zur Gipserzeugung<br />

direkt verwendet werden. Der bei der Phosphorsäureherstellung entstehende<br />

Phosphogips ist ohne technische Bedeutung für die Gipsindustrie <strong>und</strong> wird nicht weiter<br />

betrachtet.<br />

Die große Bedeutung <strong>von</strong> Gips als Baustoff ist mit seiner leichten Entwässerbarkeit<br />

(Dehydration) durch Brennen zu erklären. Dabei wird das im Gipsstein geb<strong>und</strong>ene Kristallwasser<br />

ganz oder teilweise ausgetrieben. Der Gips liegt nach dem Brennen <strong>und</strong><br />

Mahlen pulverförmig vor <strong>und</strong> kann durch Mischung mit anderen Stoffen wie z.B. Sand<br />

<strong>und</strong> Zement weiterverarbeitet werden. Wird dem Gips wiederum Wasser beigegeben<br />

(Rehydration) so bildet er ein mehr oder weniger festes kristallines Gefüge.<br />

Die nachfolgenden Reaktionsgleichungen beschreiben das Brennen des Gipssteines zu<br />

Halbhydrat <strong>und</strong> die Umkehrreaktion (Rehydration) bei der Zugabe <strong>von</strong> Wasser:<br />

Dehydration: CaSO4⋅2 H2O + Energie → CaSO4⋅½ H2O + 1½ H2O<br />

Rehydration: CaSO4⋅½ H2O + 1½ H2O → CaSO4⋅2 H2O + Energie<br />

2 Rohstoffe<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe<br />

Rohgips (Gipsstein)<br />

Der Abbau des Gipssteines erfolgt sowohl über als auch unter Tage, wobei über 90 % des<br />

in Deutschland abgebauten Gipses im Tagebau gewonnen werden. Das abgebaute Gestein<br />

wird in Brechern <strong>und</strong> Mühlen auf die benötigte Korngröße zerkleinert. Je nach<br />

Brennverfahren wird grobkörniges (bis zu 60 mm Korndurchmesser) oder feinkörniges<br />

(bis 2 mm Korndurchmesser) Gut benötigt. Für die Grobzerkleinerung kommen Prall<strong>und</strong><br />

Backenbrecher, für die weitere Zerkleinerung Prall-, Hammer- <strong>und</strong> Kugelmühlen<br />

zum Einsatz. Danach wird der Rohgips in Siebanlagen klassiert <strong>und</strong> gelagert.<br />

REA-Gips<br />

Von den verschiedenen Chemiegipsen ist für die Gipsindustrie nur der in der Rauchgasentschwefelung<br />

anfallende REA-Gips <strong>von</strong> Bedeutung, da nur dieser in großen Mengen<br />

9<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


10 B Gips<br />

anfällt. Aus ihm werden fast 50 % der in Deutschland hergestellten Gipsprodukte erzeugt.<br />

Der REA-Gips fällt im Kraftwerk feucht <strong>und</strong> feinteilig an. Er wird mit Bandfiltern<br />

auf max. 10 % Feuchte getrocknet <strong>und</strong> je nach Produktionsverfahren in der feinteiligen<br />

Form weiterverarbeitet.<br />

Anhydrit<br />

Über 90 % des in Deutschland verarbeiteten Anhydrites ist Naturanhydrit. Synthetischer<br />

<strong>und</strong> erbranntert Anhydrit spielen nur eine untergeordnete Rolle, deshalb werden<br />

sie in der Energiebilanz nicht berücksichtigt. Der Abbau des Anhydrites kann mit dem<br />

Abbau <strong>von</strong> Gipsstein verglichen werden. Auch hier wird das gewonnene Gestein in Brechern<br />

<strong>und</strong> Mühlen auf die gewünschte Korngröße weiterverarbeitet.<br />

Karton<br />

Der zur Herstellung <strong>von</strong> Gipskartonplatten benötigte Karton wird <strong>von</strong> der papierverarbeitenden<br />

Industrie ins Gipswerk geliefert.<br />

2.2 Energetische Daten<br />

Die der Untersuchung der Energieaufwendungen zugr<strong>und</strong>e gelegten Daten zum Gipsabbau<br />

<strong>und</strong> zur Weiterverarbeitung bis zum fertigen Gipsprodukt wurden durch Literaturrecherche<br />

in /MAR 80/, /LIE 97/ <strong>und</strong> /GIP 95/ ermittelt. Außerdem wurde bei verschiedenen<br />

Gipswerken bzgl. entsprechender Angaben nachgefragt.<br />

Rohgips (Gipsstein)<br />

Die Energieaufwendungen für Baumaschinen <strong>und</strong> Fördereinrichtungen in den Gipsgruben<br />

sind mit 0,35 Liter Diesel pro Tonne Rohgips angegeben. Da sich die Gipswerke im<br />

Normalfall direkt bei den Gipsgruben befinden, werden als Transportentfernung <strong>von</strong> der<br />

Grube zum Werk lediglich 5 km veranschlagt. Der Strombedarf für das Betreiben der<br />

Brecher <strong>und</strong> Mühlen beträgt, je nachdem wie fein der Gipsstein gemahlen wird, zwischen<br />

0,8 <strong>und</strong> 1,0 kWh Strom pro Tonne Rohgips. Im nachfolgenden wird mit einem Mittelwert<br />

<strong>von</strong> 0,9 kWh Strom pro Tonne Rohgips für das Zerkleinern gerechnet. Für das<br />

Klassieren <strong>und</strong> Lagern fällt nochmals ein Strombedarf <strong>von</strong> 1,5 kWh pro Tonne Rohgips<br />

an /MAR 80/.<br />

REA-Gips<br />

Da der REA-Gips als Restprodukt bei der Rauchgasentschwefelung anfällt, wird seine<br />

Herstellung der Stromproduktion zugeschrieben (vgl. allg. Teil, Methodik). Die Aufwendungen,<br />

die zur Aufbereitung des anfallenden Sulfitschlammes nötig sind (Oxidation zu<br />

CaSO4; Abtrennen <strong>von</strong> Kristallen, Entwässerung) werden in den Kraftwerken durchgeführt<br />

<strong>und</strong> sind in der Energiebilanz der Kraftwerke erfaßt. Um eine Doppelzählung zu<br />

vermeiden <strong>und</strong> nicht zuletzt um hervorzuheben, daß es sich beim REA-Gips um einen<br />

aufbereiteten Reststoff handelt, wird dieser ab Werkstor Kraftwerk bilanziert, das er mit<br />

einer Feuchte <strong>von</strong> unter 10 % verläßt. Gipswerke, die REA-Gips verarbeiten liegen normalerweise<br />

in direkter Nachbarschaft zu einem Kraftwerk (Gr<strong>und</strong>lastkraftwerk), deshalb<br />

wird auch hier 5 km als Transportentfernung angesetzt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Rohstoffe 11<br />

Anhydrit<br />

Da das Anhydritgestein etwas härter als der Gipsstein ist, sind die Energieaufwendungen<br />

für die Gewinnung höher als beim Gipsstein. Über den Anhydritabbau selbst liegen<br />

keine Daten vor. Sie werden anhand des Gipssteinabbaus geschätzt, wobei mit 20 %<br />

Mehraufwand gegenüber dem Gipsabbau gerechnet wurde. Auch hier wird eine Transportentfernung<br />

<strong>von</strong> 5 km zum Werk angesetzt.<br />

Karton<br />

Die Energieaufwendungen für die Herstellung <strong>von</strong> Pappe sind dem Allgemeinen Teil,<br />

Kap. 4 entnommen. Als Transportentfernung werden 100 km geschätzt.<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Die Berechnung der primärenergetischen Aufwendungen <strong>und</strong> der Emissionen für die<br />

Bereitstellung des Rohstoffes Gipsstein erfolgt mit den in Kap. 4 Teil I (Allgemeiner<br />

Teil) enthaltenen Werten.<br />

50 % des in Deutschland gebrannten Gipses stammt aus natürlichen Vorkommen <strong>und</strong><br />

50 % werden aus REA-Gips gebrannt. Daher wird ein Gips-Mix gebildet, der zu je 50 %<br />

aus Roh- <strong>und</strong> REA-Gips besteht <strong>und</strong> bei der Ermittlung der Energieaufwendungen für<br />

die Herstellung <strong>von</strong> Baugips <strong>und</strong> Gipskartonplatten zugr<strong>und</strong>e gelegt wird.<br />

Tabelle B-1: Kumulierter Energieaufwand <strong>und</strong> Emissionen für die Bereitstellung<br />

<strong>von</strong> einer Tonne Rohgips bzw. Kartonpappe<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Rohgips (Gipsstein) 66 4 8 43 5 4 5 0 3<br />

REA-Gips 35 2 4 20 2 3 2 0 1<br />

Gips-Mix 50 3 6 31 3 3 4 0 2<br />

Naturanhydrit 72 5 8 46 5 5 6 0 3<br />

Kartonpappe 30.862 867 685 1.139 310 2.079 83 25 64<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


12 B Gips<br />

3 Baugips<br />

3.1 Herstellung<br />

Beim Brennen (Dehydration) wird dem Rohgips das chemisch geb<strong>und</strong>ene Wasser ganz<br />

oder teilweise ausgetrieben. Je nachdem bei welcher Temperatur der Rohgips gebrannt<br />

wird, entsteht Calciumsulfat-Halbhydrat oder der wasserfreie Anhydrit. Beim fertiggebrannten<br />

<strong>und</strong> verarbeiteten Gips unterscheidet man zwischen Putz- <strong>und</strong> Stuckgips.<br />

Stuckgips (Niederbrandgips) wird bei Temperaturen zwischen 120°C <strong>und</strong> 180°C zumeist<br />

in Drehrohröfen gebrannt. Ein weiteres, verbreitetes Verfahren zur Stuckgipserzeugung<br />

sind Kocher <strong>und</strong> zuletzt auch Mahlbrennanlagen, in denen der Rohgips zuerst gemahlen<br />

<strong>und</strong> dann zu Stuckgips gebrannt wird. Stuckgips besteht aus Halbhydrat (Ca-<br />

SO4 ⋅ ½ H2O), d.h. ¾ des im Gipsstein enthaltenen Kristallwassers ist verdampft.<br />

Abbildung B-1: Drehofenanlage zur Herstellung <strong>von</strong> Stuckgips /MAR 80/<br />

Putzgips ist ein Mehrphasengips, der neben dem Calciumsulfat-Halbhydrat auch Anhydrit<br />

enthält. 90 % des im Rohgips enthaltenen Kristallwassers werden verdampft. Putzgips<br />

wird in Trägergas-Brennanlagen mit zwei Brennstufen hergestellt. In der ersten<br />

Stufe wird bei 250°C Stuckgips erbrannt, in der zweiten Stufe wird bei Temperaturen<br />

<strong>von</strong> 500°C der Hochbrandgips hergestellt. Auch zur Erzeugung <strong>von</strong> reinem Anhydrit, das<br />

bei Temperaturen <strong>von</strong> 500°C bis 700°C in verschiedenen Varianten entsteht, werden<br />

Trägergas-Brennanlagen verwendet.<br />

Der gebrannte Gips gelangt aus den Brennöfen zur Mahlanlage, in der er fein gemahlen<br />

wird. Dann wird er über Förderschnecken <strong>und</strong> Becherwerke zu den Lagersilos transportiert.<br />

Bei der Betrachtung der einzelnen Brennprozesse ist zu beachten, daß der Rohgips, dem<br />

beim Brennen Wasser ausgetrieben wird, an Masse verliert. Diese Tatsache muß in die<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Baugips 13<br />

Betrachtung des KEA <strong>und</strong> der Emissionen einfließen. Für die Herstellung <strong>von</strong> einer<br />

Tonne Stuckgips werden 1,20 Tonnen Rohgips eingesetzt, für Putzgips benötigt man<br />

1,24 Tonnen Rohgips.<br />

Gips-Mix<br />

Gips-Mix<br />

1.240g<br />

(124,0 %)<br />

Gipsbrennen<br />

Putzgips<br />

1.000 kg (100,0 %)<br />

Rohgips<br />

620 kg (62,0 %)<br />

REA-Gips<br />

620 kg (62,0 %)<br />

Kristallwasser<br />

240 kg (24,0 %)<br />

Abbildung B-2: Massenflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> Putzgips<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Je nach Ofenart <strong>und</strong> Art des hergestellten Gipses ist der Energieverbrauch unterschiedlich.<br />

Auch die Primärenergieträger, die beim Brennprozeß zum Einsatz kommen sind<br />

<strong>von</strong> Werk zu Werk verschieden. In 76 % der Werke in Deutschland kommt Erdgas zum<br />

Einsatz, die restlichen verwenden leichtes Heizöl als Brennstoff. Die untenstehende Aufzählung<br />

gibt die Energieaufwendungen nach /GIP 95/, /MAR 80/ <strong>und</strong> Herstellerangaben<br />

pro Tonne fertiggebranntem Gips für die verschiedenen Herstellungsverfahren an:<br />

Herstellung <strong>von</strong> Stuckgips:<br />

Drehofen, 120°C bis 180°C 12 kWh Strom<br />

30,5 m 3 Erdgas oder<br />

27 l leichtes Heizöl<br />

Kocher 7,45 kWh Strom<br />

Herstellung <strong>von</strong> Putz- <strong>und</strong> Hochbrandgips:<br />

22,8 m 3 Erdgas oder<br />

20,2 l leichtes Heizöl<br />

Trägergasbrennanlage: 29,2 kWh Strom<br />

28,2 m 3 Erdgas<br />

Feinmahlen: 10 kWh Strom<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


14 B Gips<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung B-3 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Putzgips dargestellt. Den größten<br />

Anteil am KEA bei der Herstellung <strong>von</strong> Baugips hat der Brennprozeß. Er macht r<strong>und</strong><br />

65 % des Gesamtenergieaufwandes aus. Im Gegensatz zu Gipsstein hat REA-Gips eine<br />

Restfeuchte <strong>von</strong> ca. 10 Gew%, dadurch sind höhere Energieeinträge beim Brennen notwendig.<br />

Gips-Mix<br />

62 MJ (4,1 %)<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Gipsbrennen<br />

Putzgips<br />

1513 MJ (100,0 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

449 MJ (29,7 %)<br />

Erdgas<br />

801 MJ (53,0 %)<br />

Leichtöl<br />

200 MJ (13,2 %)<br />

Abbildung B-3: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Putzgips<br />

Beim Abbau <strong>von</strong> Gipsstein entstehen nur geringe Emissionen. Die Rauchgasentschwefelung<br />

vermindert die im Kraftwerksbetrieb entstehenden Emissionen, damit verursacht<br />

REA-Gips nur Emissionen beim Transport. Der größte Anteil der Emissionen, z.B. r<strong>und</strong><br />

50 bis 60 % der CO2-Emissionen, wird durch den Brennprozeß bei der Gipsherstellung<br />

verursacht.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle B-2: KEA <strong>und</strong> energiebedingte Emissionen bei der Herstellung der<br />

verschiedenen Gipsarten<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Stuckgips 1.067 61 57 135 30 126 10 2 8<br />

Putzgips 1.513 87 75 171 44 179 13 2 10<br />

Hochbrandgips 1.513 87 75 171 44 179 13 2 10<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]


Baugips 15<br />

Da beim Brennen <strong>von</strong> Gips lediglich das Kristallwasser ganz oder teilweise ausgetrieben<br />

wird, sind die errechneten energiebedingten Emissionen als Gesamtemissionen anzusehen.<br />

Es entstehen keine prozeßbedingten Emissionen.<br />

Tabelle B-3: Vergleich der Gesamtemissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Stuckgips<br />

nach Tabelle B-2 <strong>und</strong> /ÖKO 95/<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Stuckgips 1.067 61 57 135 30 126 10 2 8<br />

REA-Stuckgips /ÖKO 95/ - 93 51 289 10.379 102 64 1 -<br />

Anmerkung zu den Emissionen<br />

Zu Vergleichszwecken werden in Tabelle B-3 zusätzlich die Emissionswerte, die in /ÖKO<br />

95/ für REA-Stuckgips angeben sind, aufgeführt. Der sehr hohe Wert für die SO2-<br />

Emissionen läßt sich durch brennstoffbedingte Emissionen erklären. Bei den hier untersuchten<br />

Brennprozessen wurden gas- <strong>und</strong> leichtölbefeuerte Öfen zugr<strong>und</strong>e gelegt, werden<br />

die Öfen jedoch mit Schweröl befeuert, so liegen die SO2-Emissionen um das 300fache<br />

höher. Schweröl kommt in Deutschland zur Erzeugung <strong>von</strong> Gips nicht mehr zum<br />

Einsatz. Die anderen Emissionen stimmen gut mit den in dieser Studie ermittelten Werten<br />

überein. In /GEM/ existieren keine Werte zu gebranntem Gips.<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


16 B Gips<br />

4 Gipsbauelemente<br />

Die gängigen Gipsbauelemente werden im Normalfall aus Stuckgips, der mit Wasser zu<br />

einem Brei vermischt ist, hergestellt. Gipsbauelemente sind trocken verlegbare Platten,<br />

diese werden ganz aus Gips (mit Faser-, Füll- <strong>und</strong> Zuschlagstoffen) oder mit einem<br />

Gipskern <strong>und</strong> einer Ummantelung aus Karton hergestellt. Es werden vier verschiedene<br />

Gipsbauelemente unterschieden:<br />

• Gipskartonplatten<br />

• Gipswandbauplatten<br />

• Gipsbauplatten<br />

• Gipsfaserplatten<br />

Im Rahmen dieser Untersuchung werden nur Gipskartonplatten betrachtet. Sie haben<br />

einen Anteil <strong>von</strong> über 95 % an den in Deutschland hergestellten Gipsbauelementen.<br />

4.1 Herstellung<br />

Gipskartonplatten werden im kontinuierlichen Betrieb auf einem Band hergestellt. Dabei<br />

wird ein Gipsbrei in genau dosierter Menge auf den Unterkarton, der <strong>von</strong> einer Rolle<br />

läuft, aufgetragen. Mit Formwalzen wird der Gipsbrei auf die gewünschte Materialdicke<br />

eingestellt. Ein zweiter Karton wird mit Hilfe <strong>von</strong> Walzen <strong>von</strong> oben auf den Gips aufgebracht.<br />

Die Platte wird bis zum Abbinden als Endlosband über sogenannte Abbindestrecken<br />

geführt, die in modernen Gipswerken eine Länge <strong>von</strong> bis zu 200 m haben. Nach<br />

dem Abbinden wird der Gipskarton auf die gewünschte Plattenlänge geschnitten. Die<br />

Platten gelangen über eine Wendeanlage in einen Mehretagentrockner. Nach dem<br />

Trocknen werden sie versandfertig verpackt.<br />

Abbildung B-4: Schematische Darstellung der Gipskartonplattenproduktion<br />

/MAR 80/<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Gipsbauelemente 17<br />

Beim Aushärten werden pro Tonne Stuckgips r<strong>und</strong> 180 kg Wasser chemisch geb<strong>und</strong>en.<br />

Weiter sind noch die Masse <strong>und</strong> damit die Energieaufwendungen des Kartons zu beachten.<br />

Für die Produktion <strong>von</strong> einer Tonne Gipskartonplatten sind 807 kg Stuckgips,<br />

150 kg Wasser (wird chemisch geb<strong>und</strong>en), weitere ca. 300 kg Anmachwasser <strong>und</strong> 43 kg<br />

Kartonpappe notwendig. Das Anmachwasser muß in den Mehretagentrocknern wieder<br />

verdampft werden.<br />

Herstellung<br />

Gipskartonplatten<br />

Gipskartonplatten<br />

1000 kg (100,0 %)<br />

Stuckgips<br />

807 kg (80,7 %)<br />

Kartonage<br />

43 kg (4,3 %)<br />

Wasser<br />

150 kg (15,0 %)<br />

Abbildung B-5: Massenflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> Gipskartonplatten<br />

4.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Da keine aktuellen Daten über die Energieaufwendungen zur Herstellung <strong>von</strong> einer<br />

Tonne Gipskartonplatten vorliegen, werden diese nach /MAR 80/ ermittelt. Für die Fertigungsstraße<br />

wird ein Stromverbrauch <strong>von</strong> 20 kWh, für den Trockner, in dem das Anmachwasser<br />

wieder verdampft wird, ein Gasverbrauch <strong>von</strong> 29,3 Kubikmeter pro Tonne<br />

Platten angegeben.<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung B-6 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Gipskartonplatten dargestellt. Der<br />

Anteil der Energieaufwendungen, der zur Bereitstellung <strong>von</strong> Gips <strong>und</strong> Pappe nötigt ist,<br />

macht ca. 60 % des KEA für die Gipskartonplattenproduktion aus. Obwohl nur 4 Gew%<br />

Karton (ca. 43 kg) pro Tonne Platten nötig sind, hat er einen Anteil <strong>von</strong> r<strong>und</strong> 45 % an<br />

den Energieaufwendungen, die zur Bereitstellung der Einsatzstoffe nötig sind.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


18 B Gips<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Herstellung Gipskartonplatten<br />

Gipskartonplatten<br />

3462 MJ (100,0 %)<br />

Stuckgips<br />

861 MJ (24,9 %)<br />

Karton<br />

1327 MJ (38,3 %)<br />

Wasser<br />

0,1 MJ (0,0 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

229 MJ (6,6 %)<br />

Erdgas<br />

1039 MJ (30,0 %)<br />

Transport LKW (normal)<br />

5 MJ (0,1 %)<br />

Abbildung B-6: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Gipskartonplatten<br />

Der größte Anteil der Emissionen bei der Gipskartonplattenproduktion, ca. 50 bis 60 %<br />

fällt schon beim Gipsbrennen <strong>und</strong> beim Abbau des Rohgipses bzw. Transport des REA-<br />

Gipses zum Gipswerk an.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle B-4: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Gipskartonplatten,<br />

Vergleich mit den Emissionswerten <strong>von</strong> /ÖKO 95/<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Gipskartonplatten 3.462 155 141 240 51 373 17 4 13<br />

Gipskartonplatte /ÖKO 95/ - 70 300 988 145 152 366 2 -<br />

Anmerkung zu den Emissionen<br />

Bei der Herstellung <strong>von</strong> Gipskartonplatten entstehen keine prozeßbedingten Emissionen.<br />

Daher handelt es sich bei den in Tabelle B-4 angegebenen Werten um die Gesamtemissionen.<br />

Zum Vergleich sind zusätzlich noch die Emissionswerte für Gipskartonplatten<br />

entsprechend den Angaben <strong>von</strong> /ÖKO 95/ aufgezeigt.<br />

/MAR 80/, /GIP 95/, /ÖKO 95/, /GEM/<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]


1 Einleitung<br />

C Kalk<br />

Der Begriff Kalk wird für verschiedene Kalkverbindungen verwendet. Man<br />

unterscheidet Kalkstein (CaCO3), Branntkalk (CaO) <strong>und</strong> Kalkhydrat Ca(OH)2, die aus<br />

Kalkgestein gewonnen <strong>und</strong> je nach Produkt unterschiedlich aufbereitet werden.<br />

Herstellung <strong>von</strong> Kalkerzeugnissen<br />

Die schematische Darstellung der Herstellung verschiedener Kalkerzeugnisse zeigt<br />

Abbildung C-1.<br />

Kalkstein<br />

Nachbrechen<br />

(Prallbrecher )<br />

Trocknen<br />

(Trockner)<br />

Zerkleinern, Mahlen<br />

(Prall-, Rohrmühle)<br />

Kalksteinmehl<br />

Zerkleinern<br />

(Hammer-, Prallmühle)<br />

Gewinnung<br />

(Sprengung, Bagger)<br />

Transport<br />

(LKW)<br />

Brechen<br />

(Backen,Kreiselbrecher)<br />

Trennen<br />

(Vorabscheider)<br />

Waschen<br />

(Trommelwäsche)<br />

Klassieren, Lagern<br />

(Siebe, Silos)<br />

Trocknen<br />

(Durchlauftrockner)<br />

Brennen<br />

(Schacht-,Drehrohrofen)<br />

Stückkalk<br />

Löschen<br />

(Löschtrommel)<br />

Feinkalk Kalkhydrat<br />

Kalkstein<br />

Kalksteinsplitt<br />

Kalksteinsand<br />

Abbildung C-1: Schematische Darstellung des Herstellungsprozesses <strong>von</strong><br />

Kalkerzeugnissen<br />

19<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


20 C Kalk<br />

Ausgangsstoff für alle Kalkarten ist Kalkstein. Durch die dargestellten Aufbereitungsschritte<br />

lassen sich die verschiedenen Kalkprodukte herstellen.<br />

Kalkerzeugnisse werden in zahlreichen Branchen eingesetzt. In der Baustoffindustrie<br />

beispielsweise wird Kalkstein bei der Glas- <strong>und</strong> Zementherstellung benötigt, Branntkalk<br />

bei der Kalksandstein- <strong>und</strong> Gasbetonherstellung <strong>und</strong> Kalkhydrat für die Mörtel- <strong>und</strong><br />

Putzherstellung.<br />

2 Rohstoffe<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe<br />

Kalkstein<br />

Das Rohgestein (Kalkstein) wird größtenteils im Tagebau durch Bohrung <strong>und</strong><br />

Sprengung abgebaut <strong>und</strong> zum meist nahegelegenen Kalkwerk transportiert.<br />

Wasser<br />

Wasser wird zum Waschen des Rohgesteins <strong>und</strong> zum Ablöschen des Branntkalks zu<br />

Kalkhydrat benötigt. Es werden keine hohen Anforderungen an die Reinheit gestellt, so<br />

daß das Wasser oft aus Brunnen bzw. Oberflächenwasser gewonnen wird.<br />

2.2 Energetische Daten<br />

Die der energetischen Untersuchung zugr<strong>und</strong>e gelegten Daten zur Herstellung <strong>von</strong><br />

Kalkprodukten basieren auf /SCH 94/ <strong>und</strong> /KAL 95/. Die angegebenen Werte<br />

entsprechen dem derzeitigen b<strong>und</strong>esdeutschen Durchschnitt.<br />

Kalkstein<br />

Die Bereitstellung des Rohgesteins <strong>und</strong> der Transport zur Kalkindustrie sind in Abschnitt<br />

D Zement Kap. 2.2 erläutert.<br />

Wasser<br />

Der Energieaufwand zur Förderung <strong>von</strong> Brunnenwasser bzw. zur Bereitstellung <strong>von</strong><br />

Oberflächenwasser ist in der Energiebilanz des Kalkwerkes enthalten.<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Die Berechnung der primärenergetischen Aufwendungen <strong>und</strong> der Emissionen für die<br />

Bereitstellung des Rohstoffs Kalkstein erfolgt mit den in Kapitel 4, Teil I (Allgemeiner<br />

Teil) enthaltenen Werten.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Kalkstein 21<br />

Tabelle C-1: Kumulierter Energieaufwand <strong>und</strong> Emissionen für die Bereitstellung des<br />

Rohstoffs Kalkstein<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

3 Kalkstein<br />

3.1 Herstellung<br />

Die Herstellung <strong>von</strong> gereinigtem <strong>und</strong> klassiertem Kalkstein ist in Abbildung C-1<br />

dargestellt. Das Rohgestein Kalkstein wird in Großbrechanlagen gebrochen, in einer<br />

Trommelwäsche vom restlichen Abraum getrennt <strong>und</strong> anschließend klassiert. Für die<br />

Bereitstellung einer Tonne Kalkstein werden durchschnittlich 1,2 t Rohgestein<br />

eingesetzt.<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Für die Aufbereitung <strong>von</strong> Rohgestein zu Kalkstein (Brechen, Waschen, Klassieren)<br />

werden 3,6 kWh Strom je Tonne Kalkstein benötigt. Das Brechen mit Kreisel- <strong>und</strong><br />

Backenbrechern stellt mit über 80 % den höchsten Stromverbraucher bei der<br />

Aufbereitung des Rohgesteins dar. Der spezifische Stromverbrauch für diesen<br />

Prozeßschritt ist stark abhängig <strong>von</strong> der Rohgesteinbeschaffenheit (Zusammensetzung,<br />

Härte).<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle C-2: KEA <strong>und</strong> energiebedingte Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong><br />

Kalkstein<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Kalkstein (Reinstein) 87 5 7 19 4 9 2 0 1<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Kalkstein (Rohgestein) 39 2 5 14 2 3 1 0 1<br />

N2O<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


22 C Kalk<br />

4 Kalksteinmehl<br />

4.1 Herstellung<br />

Ein Teil des bereitgestellten Kalksteins (Kap. 3) wird durch Trocknung <strong>und</strong> Mahlung zu<br />

Kalksteinmehl weiterverarbeitet. Die Herstellung <strong>von</strong> Kalksteinmehl ist in Abbildung C-<br />

1 dargestellt.<br />

4.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Für die Weiterverarbeitung <strong>von</strong> Kalkstein zu Kalksteinmehl werden durchschnittlich<br />

50 kWh Strom je Tonne Kalksteinmehl eingesetzt.<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung C-2 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Kalksteinmehl dargestellt. Mit<br />

insgesamt 90 % verursacht der Fremdstromeinsatz den größten Anteil am Kumulierten<br />

Energieaufwand des Steinmehls.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Kalkstein (Reinstein)<br />

87 MJ (13,3 %)<br />

Aufbereitung<br />

Trocknen <strong>und</strong> Mahlen<br />

Kalksteinmehl<br />

657 MJ (100,0 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

41 MJ (6,3 %)<br />

Kalkstein (Rohgestein)<br />

46 MJ (7,0 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

570 MJ (86,7 %)<br />

Abbildung C-2: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne<br />

Kalksteinmehl


Branntkalk (Feinkalk) 23<br />

Bei den Emissionen für die Herstellung <strong>von</strong> Kalksteinmehl handelt es sich daher vor<br />

allem um vorgelagerte (indirekte) Emissionen für die Strombereitstellung.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle C-3: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Kalksteinmehl<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

Prozeßkettenanalyse 1<br />

Emissionen /GEM/ 2<br />

Kalksteinmehl 3<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

657 38 21 54 24 73 5 1 3<br />

Staub<br />

[g]<br />

- 39 40 140 30 80 10 0 10<br />

657 38 21 54 24 73 5 1 3<br />

1 Ergebnis der Prozeßkettenanalyse (Erläuterung der Ermittlung <strong>von</strong> KEA <strong>und</strong> energiebedingten Emissionen<br />

s. Teil I: Allgemeiner Teil)<br />

2 Gesamtemissionen für Kalksteinmehl nach Literaturangaben<br />

3 Endergebnis (Werte sind in der KEA-Datenbank abgelegt <strong>und</strong> werden weiteren Berechnungen zugr<strong>und</strong>e gelegt)<br />

Anmerkungen zu den Emissionen:<br />

Die für die Herstellung <strong>von</strong> Kalksteinmehl errechneten, energiebedingten Emissionen<br />

sind unter den zugr<strong>und</strong>e gelegten Randbedingungen vollständig, da prozeßbedingt keine<br />

zusätzlichen Emissionen entstehen. Daher bilden die errechneten Emissionen die<br />

Gr<strong>und</strong>lage für das Endergebnis.<br />

5 Branntkalk (Feinkalk)<br />

Feinkalk ist fein (kleiner 0,1 mm) gemahlener, gebrannter Kalk. Dieser wird z.B. in der<br />

Kalksandstein-Industrie <strong>und</strong> in der Stahlindustrie (zur Schwefel- bzw. Phosphorentfernung)<br />

eingesetzt. Mit steigender Brenntemperatur nimmt die Porosität des<br />

Produktes <strong>und</strong> damit die Reaktionsfähigkeit mit Wasser ab.<br />

5.1 Herstellung<br />

Branntkalk (CaO) wird durch Brennen <strong>von</strong> Kalkstein (Weißkalk) bzw. Dolomit<br />

(Graukalk) bei Temperaturen zwischen 1.000°C <strong>und</strong> 1.200°C hergestellt. Die<br />

Herstellung <strong>von</strong> Feinkalk ist in Abbildung C-1 dargestellt. Aufbereiteter Kalkstein<br />

(Reinstein) wird zunächst in Durchlauftrocknern getrocknet, in Schachtöfen (z.B.<br />

Ringschachtofen, Gleich-Gegenstromregenerativofen) oder Drehrohröfen gebrannt <strong>und</strong><br />

anschließend in Hammer- bzw. Prallmühlen gemahlen. Es werden 1,8 t aufbereiteter<br />

Kalkstein für eine Tonne Branntkalk benötigt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


24 C Kalk<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Kalkstein (Reinstein)<br />

1755 kg (175,5 %)<br />

Branntkalk<br />

1000 kg (100,0 %)<br />

Feinmahlen<br />

Aufbereitung<br />

Kalkbrennen<br />

Branntkalk (Feinkalk)<br />

1000 kg (100,0 %)<br />

Kalkstein (Rohgestein)<br />

2085 kg (208,5 %)<br />

Abraum<br />

330 kg (33,0 %)<br />

CO2-Emissionen Dekarbonatisierung<br />

755 kg (75,5 %)<br />

Abbildung C-3: Massenflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> Feinkalk<br />

5.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Der Energieverbrauch ist stark <strong>von</strong> der Ofenart <strong>und</strong> -konstruktion abhängig. Des<br />

weiteren hat die Stückgröße <strong>und</strong> Zusammensetzung des Brenngutes, der eingesetzte<br />

Brennstoff, die Verbrennungsluftzufuhr, Brenntemperatur <strong>und</strong> -dauer Einfluß auf den<br />

Brennstoffverbrauch. Nach /SCH 94/ werden durchschnittlich 3.645 MJ Brennstoff je<br />

Tonne Branntkalk benötigt, ein Wert der dieser Studie zugr<strong>und</strong>e gelegt wird.<br />

Betrachtet man die Entwicklung des Einsatzes <strong>von</strong> Energieträgern in den letzten<br />

Jahren, so ist eine deutliche Zunahme des Energieträgers Erdgas bei gleichzeitiger<br />

Abnahme des Anteils an Kohle erkennbar.<br />

Als derzeitiger Brennstoffmix wird folgende Aufteilung nach /KAL 95/ angesetzt.<br />

Erdgas: 62 %<br />

Kohle: 30 %<br />

Heizöl S: 8 %<br />

Für den Prozeßschritt Brennen werden durchschnittlich 22 kWh Strom für das Mahlen<br />

zu Feinkalk 23 kWh eingesetzt.


Branntkalk (Feinkalk) 25<br />

5.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung C-4 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Feinkalk dargestellt. Der<br />

Primärenergieeinsatz für die Brennstoffe beträgt r<strong>und</strong> 4.000 MJ/t Feinkalk <strong>und</strong> stellt<br />

den energieintensivsten Anteil bei der Herstellung <strong>von</strong> Branntkalk dar. 519 MJ beruhen<br />

auf primärenergetisch bewertetem Strom <strong>und</strong> 153 MJ beträgt der Primärenergie-Input<br />

infolge des Rohstoffeinsatzes <strong>von</strong> aufbereitetem Kalkstein.<br />

Kalkbrennen<br />

Branntkalk<br />

4402 MJ (94,3 %)<br />

Feinmahlen<br />

Branntkalk (Feinkalk)<br />

4663 MJ (100,0 %)<br />

Kalkstein (Reinstein)<br />

153 MJ (3,3 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

255 MJ (5,5 %)<br />

Erdgas<br />

2525 MJ (54,2 %)<br />

Schweröl<br />

321 MJ (6,8 %)<br />

Steinkohle<br />

1145 MJ (24,6 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

264 MJ (5,7 %)<br />

Abbildung C-4: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Feinkalk<br />

Zusätzlich zu den energiebedingten CO2-Emissionen entsteht beim Brennvorgang<br />

prozeßbedingtes Kohlendioxid aufgr<strong>und</strong> der nahezu vollständigen Umsetzung des Kalks<br />

(CaCO3) zu gebranntem Kalk (CaO) <strong>und</strong> Kohlendioxid (CO2). Stickoxide stellen aufgr<strong>und</strong><br />

der Maximaltemperatur <strong>von</strong> 1.200°C keine Problematik dar (vgl. Kap. 3, Allgemeiner<br />

Teil (I)).<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


26 C Kalk<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle C-4: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Feinkalk<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

Prozeßkettenanlyse 1<br />

Emissionen (CaO) /GEM/ 2<br />

Emissionen (Kalk gebr.) /ÖKO 95/ 2<br />

Feinkalk (Branntkalk) 3<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

4.663 304 296 453 303 1.003 22 59 41<br />

- 1.021 21.090 520 70 870 30 10 190<br />

- 1.251 3.253 1.623 789 701 1.078 5 -<br />

4.663 1.057 *<br />

296 453 303 1.003 22 59 190<br />

1 Ergebnis der Prozeßkettenanalyse (Erläuterung der Ermittlung <strong>von</strong> KEA <strong>und</strong> energiebedingten Emissionen<br />

s. Teil I: Allgemeiner Teil)<br />

2 Gesamtemissionen nach Literaturangaben<br />

3 Endergebnis (Werte sind in der KEA-Datenbank abgelegt <strong>und</strong> werden weiteren Berechnungen zugr<strong>und</strong>e gelegt)<br />

* incl. prozeßbedingte Emissionen (vgl. Anmerkungen zu den Emissionen)<br />

Anmerkungen zu den Emissionen:<br />

CO2: Neben den energiebedingten CO2-Emissionen entstehen aufgr<strong>und</strong> des<br />

Brennens <strong>von</strong> Kalkstein durch die Umsetzung des Kalks zu gebranntem Kalk<br />

(CaO) <strong>und</strong> Kohlendioxid auch prozeßbedingte CO2-Emissionen. Die Höhe<br />

dieser prozeßbedingten Emissionen steht im direkten Verhältnis zum<br />

Massenanteil an Kalkstein (CaCO3). Nach dem Brennvorgang setzt sich der<br />

gebrannte Kalk aus 95,1 Gew.-% CaO, 0,8 Gew.-% MgO, 2,3% ungebranntem<br />

Kalk (CaCO3) <strong>und</strong> 1,8 % sonstigem, inertem Material zusammen /SCH 94/.<br />

Daraus errechnen sich 755 kg prozeßbedingte CO2-Emissionen je Tonne<br />

Branntkalk. Somit würden unter Einbeziehung der energiebedingten CO2-<br />

Emissionen insgesamt 1.059 kg CO2 je Tonne gebranntem Feinkalk entstehen.<br />

Die Werte nach /GEM/ <strong>und</strong> /ÖKO 95/ korrelieren gut mit diesem Ergebnis, so<br />

daß der errechnete Wert der energie- <strong>und</strong> prozeßbedingten CO2-Emissionen für<br />

Feinkalk übernommen wird.<br />

CO: Die errechnete CO-Emission beinhaltet alle vorgelagerten <strong>und</strong> brennstoffbedingten<br />

Emissionen. Der Wert nach /GEM/ scheint unrealistisch hoch.<br />

Ebenso ist anzunehmen, daß der Wert nach /ÖKO 95/ (ETH Zürich) nicht die<br />

b<strong>und</strong>esdeutschen Gegebenheiten widerspiegelt. In /ÖKO 95/ ist ein weiterer<br />

Wert <strong>von</strong> 51 g CO je Tonne Branntkalk (HAB Weimar) angegeben. Da die<br />

Literaturwerte eine hohe Schwankungsbreite aufweisen, wird der errechnete,<br />

energiebedingte Wert angesetzt.<br />

NOX: Die errechnete NOx-Emission beinhaltet die vorgelagerten <strong>und</strong> brennstoffbedingten<br />

Emissionen. Da die Entstehung auch <strong>von</strong> der Prozeßführung<br />

abhängt, sind die berechneten Emissionen u.U. unvollständig 1 . Da der<br />

errechnete energiebedingte Wert lediglich um r<strong>und</strong> 10 % <strong>von</strong> dem nach /GEM/<br />

ausgewiesenen Wert abweicht, wird ersterer übernommen.<br />

SO2: Die SO2-Emissionen resultieren aus dem Schwefelgehalt des Brennstoffs. Die<br />

errechnete SO2-Emission entspricht den emittierten SO2-Emissionen bei dem<br />

eingesetzten Brennstoffmix. Daher wird der errechnete Wert als Ergebnis<br />

angesetzt.<br />

1 zur Komplexität der Stickoxidbildung bei Brennprozessen vgl. Kap. X, Allgemeiner Teil (I)


Kalkhydrat 27<br />

CH4: CH4-Emissionen beruhen v.a. auf vorgelagerten Prozeßketten durch den<br />

Einsatz <strong>von</strong> Erdgas <strong>und</strong> Steinkohle <strong>und</strong> in einem weit geringeren Umfang auf<br />

feuerungsbedingten Emissionen. Da diese im errechneten Wert enthalten sind,<br />

kann der errechnete Wert als praxisnah angesetzt werden.<br />

NMVOC:Die Emission <strong>von</strong> NMVOC stammt aus vorgelagerten Prozessen bei der<br />

Gewinnung <strong>von</strong> fossilen Brennstoffen <strong>und</strong> hängt in erster Linie vom<br />

eingesetzten Brennstoffmix ab. Daher wird der errechnete Wert für die<br />

gewählten Randbedingungen als realistisch angesehen. Der Wert nach /ÖKO<br />

95/ scheint um eine Größenordnung zu hoch zu sein.<br />

N2O: Die N2O-Emissionen entstehen beim Brennprozeß. Die errechneten, energiebedingten<br />

N2O-Emissionen können zugr<strong>und</strong>e gelegt werden.<br />

Staub: Die Staub-Emissionen sind v.a. brennprozeßbedingt <strong>und</strong> stammen aus dem<br />

Rohmaterial bzw. der Asche. Für den Brennprozeß hängt dieser Wert <strong>von</strong><br />

Prozeß- <strong>und</strong> Entstaubungstechnik ab <strong>und</strong> ist daher meßtechnisch zu<br />

bestimmen. Es wird der Wert nach /GEM/ zugr<strong>und</strong>e gelegt.<br />

6 Kalkhydrat<br />

Kalkhydrat (Löschkalk) ist ein trocken gelöschter, pulverförmiger Kalk, der<br />

hauptsächlich als Bindemittel im Baugewerbe (Mörtel) eingesetzt wird. Kalkhydrat<br />

zählt zu den Luftkalken, d.h. die Aushärtung erfolgt infolge der Carbonatisierung durch<br />

das Binden <strong>von</strong> Kohlendioxid aus der Luft.<br />

6.1 Herstellung<br />

Vorgebrochener Stückkalk oder gemahlener Branntkalk wird mit Wasser zu Kalkhydrat<br />

abgelöscht. Der Branntkalk <strong>und</strong> das Wasser werden dosiert in einen Mischer gegeben.<br />

Je weicher ein Kalk gebrannt ist, umso rascher erfolgt die Umsetzung. Verschiedene<br />

Verfahren finden Anwendung: gr<strong>und</strong>sätzlich unterscheidet man Trockenlöschverfahren,<br />

bei dem pulverförmiger Löschkalk entsteht, <strong>und</strong> Naßlöschverfahren. Bei den<br />

letztgenannten wird mit Wasserüberschuß gelöscht, so daß ein Kalkteig entsteht.<br />

Das Löschen erfolgt unter starker Wärmeentwicklung, wobei ein Teil des Wassers<br />

verdampft.<br />

CaO + H2O → Ca(OH)2<br />

Da Branntkalk bei Wasserzugabe zu Kalkhydrat ablöscht, beruht der energetische<br />

Herstellungsaufwand <strong>von</strong> Kalkhydrat v.a. auf dem Energieaufwand zur Herstellung <strong>von</strong><br />

Branntkalk.<br />

Für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Kalkhydrat werden 0,76 t Branntkalk <strong>und</strong> 0,38 t<br />

Wasser benötigt (s. Abbildung C-5).<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


28 C Kalk<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Kalklöschen<br />

Kalkhydrat (Löschkalk)<br />

1000 kg (100,0 %)<br />

Branntkalk (Feinkalk)<br />

758 kg (75,8 %)<br />

Wasser<br />

379 kg (37,9 %)<br />

Wasserdampf<br />

137 kg (13,7 %)<br />

Abbildung C-5: Massenflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> Kalkhydrat<br />

6.2 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Es wird der Datensatz „Feinkalk (Branntkalk)“ (vgl. Tabelle C-4) zugr<strong>und</strong>e gelegt <strong>und</strong><br />

auf die eingesetzten Massen unter Berücksichtigung des zusätzlichen Stromeinsatzes<br />

umgerechnet. In Abbildung C-6 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Löschkalk dargestellt.<br />

Der Primärenergieeinsatz beruht zu fast 100 % auf dem eingesetzten Branntkalk.


Kalkhydrat 29<br />

Kalklöschen<br />

Kalkhydrat (Löschkalk)<br />

3553 MJ (100,0 %)<br />

Branntkalk (Feinkalk)<br />

3534 MJ (99,5 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

19 MJ (0,5 %)<br />

Abbildung C-6: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Kalkhydrat<br />

Ergebnisse<br />

Es gelten die Randbedingungen <strong>und</strong> Anmerkungen <strong>von</strong> Kap. 5 (Branntkalk).<br />

Tabelle C- 5: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Kalkhydrat<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

Kalkhydrat 3.553 804 2<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

225 344 231 762 17 45 144<br />

Anmerkungen zu den Emissionen:<br />

CO2: Beim Einsatz <strong>von</strong> Kalkhydrat Ca(OH)2 als Baukalk wird dieser mit Wasser<br />

angemacht. Kalkhydrat zählt zu den Luftkalken, d.h. die Aushärtung erfolgt<br />

durch das Einbinden <strong>von</strong> Kohlendioxid aus der Luft.<br />

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O<br />

Dies führt bei der Verwendung <strong>von</strong> Kalkhydrat zu negativen CO2-Emissionen.<br />

Der Abbindeprozeß geschieht jedoch nur teilweise <strong>und</strong> kann sich über einen<br />

Zeitraum <strong>von</strong> Jahren erstrecken. Theoretisch können 594 kg CO2 eingelagert<br />

werden. Für den Einsatz <strong>von</strong> Kalkhydrat wird daher vorgeschlagen, 50 % der<br />

theoretisch einlagerbaren CO2-Emissionen (297 kg) dem Kalkhydrat gutzuschreiben.<br />

/SCH 94/, /KAL 95/, /LIE 97/<br />

2 s. nachfolgende Anmerkungen zu den Emissionen<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


1 Einleitung<br />

D Zement<br />

Zement ist ein hydraulisches Bindemittel für Beton, Mörtel, Putze <strong>und</strong> Estriche. Im<br />

wesentlichen besteht Zement aus den Verbindungen Calciumoxid mit Siliziumdioxid <strong>und</strong><br />

in geringen Mengen aus Aluminiumoxid <strong>und</strong> Eisenoxid. Nach der Reaktion mit Wasser<br />

erhärtet er zu Zementstein, welcher besonders hohe Festigkeiten erreicht.<br />

Herstellungsprozeß<br />

Die Prozeßstufen der Zementherstellung sind schematisch in Abbildung D-1 dargestellt.<br />

Abbildung D-1: Schematische Darstellung der Zementherstellung /HÄR 94/<br />

Die wichtigsten Zementrohstoffe sind Kalkstein <strong>und</strong> Mergel (kalkhaltiger Ton), die in<br />

Steinbrüchen durch Sprengung gewonnen werden <strong>und</strong> mit Hilfe <strong>von</strong> Baggern <strong>und</strong><br />

Schwerlastwagen einer Brechanlage (meist Hammer- oder Drehwalzenbrecher)<br />

zugeführt werden. Der Schotter wird dann in eine Mischbetthalle transportiert, wo er<br />

getrennt nach der chemischen Zusammensetzung lagert. Von dort gelangt das<br />

Rohmaterial in einem bestimmten Mischungsverhältnis, so daß ein CaCO3-Gehalt <strong>von</strong><br />

76 bis 78 % erreicht wird, in die Mahltrocknungsanlage, in der es zum sogenannten<br />

Rohmehl fein zermahlen <strong>und</strong> gleichzeitig mit Abwärme aus dem Brennofen getrocknet<br />

wird. In dem Zyklon- oder Rostvorwärmer wird das Rohmehl mit den Abgasen des Ofens<br />

auf ca. 800°C vorerhitzt <strong>und</strong> im Drehrohrofen bei 1.450°C bis zum Beginn der Sinterung<br />

gebrannt. Das Brennprodukt, der Zementklinker, wird in Großraumsilos gelagert.<br />

31<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


32 D Zement<br />

Zur Herstellung <strong>von</strong> Normzementen wird der Zementklinker mit Gipsstein <strong>und</strong><br />

Hüttensand in unterschiedlichen Gewichtsanteilen (Tabelle D-1) in einer mit<br />

Stahlkugeln gefüllten Rohrmühle gemahlen. Der nun fertige Zement wird zu den<br />

Zementsilos befördert <strong>und</strong> gelangt <strong>von</strong> dort zur Verladung.<br />

Zementsorten<br />

Die verschiedenen Zementsorten sind in der DIN 1164 genormt. Portlandzement,<br />

Portlandhüttenzement <strong>und</strong> Hochofenzement sind die gängigsten Zementsorten. Die<br />

Unterschiede liegen in der unterschiedlichen Beimengung <strong>von</strong> anderen Stoffen<br />

(vorwiegend Hüttensand <strong>und</strong> Gips) zum Zementklinker in der Klinkermühle, sowie in<br />

der Mahlfeinheit (siehe Tabelle D-1).<br />

Tabelle D-1: Mischungsverhältnisse bei verschiedenen Normzementsorten<br />

Zementsorte Portlandzementklinker [Gew.-%] Hüttensand [Gew.-%] Gips [Gew.-%]<br />

Portlandzement PZ 95 0 5<br />

Portlandhüttenzement EPZ 65 - 80 15 - 35 5<br />

Hochofenzement HOZ 15 - 65 36 - 85 5<br />

Es gibt noch eine Reihe weiterer Zementsorten wie z.B. Traßzement (TrZ), die hier aber<br />

aufgr<strong>und</strong> ihrer geringeren Verbreitung nicht berücksichtigt wurden.<br />

Die hier behandelten Zementsorten unterscheiden sich prinzipiell in ihrer Aushärtezeit<br />

<strong>und</strong> in der entstehenden Hydrationswärme, wobei die Hydrationswärme mit steigendem<br />

Gehalt an Zementklinker zunimmt.<br />

Man unterscheidet bei den verschiedenen Zementsorten unterschiedliche Mahlfeinheiten<br />

(PZ 250 – PZ 550, EPZ 250 – EPZ 550), die sich auf die Festigkeit nach dem Aushärten<br />

auswirken. Im Rahmen dieser Studie wurde nur die gängigste Feinheit 350 mit einer<br />

festen Zusammensetzung betrachtet (siehe Tabelle D-2).<br />

Tabelle D-2: Mischungsverhältnisse bei den betrachteten Normzementsorten<br />

Zementsorte Portlandzementklinker [Gew.-%] Hüttensand [Gew.-%] Gips [Gew.-%]<br />

Portlandzement PZ 350 95 0 5<br />

Portlandhüttenzement EPZ 350 80 15 5<br />

Hochofenzement HOZ 350 20 75 5<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Rohstoffe 33<br />

2 Rohstoffe<br />

2.1 Bereitstellung<br />

Rohgestein<br />

Für die Klinkerherstellung wird Kalkstein <strong>und</strong> Mergel benötigt. Die Rohstoffgewinnung<br />

umfaßt den Abbau des Materials im Steinbruch, die grobe Zerkleinerung im Brecher,<br />

sowie den Transport zum Werk <strong>und</strong> die Einlagerung in der Mischbetthalle. Das<br />

Zermahlen zu Rohmehl wird bereits zur Produktion <strong>von</strong> Zementklinker gerechnet (siehe<br />

Kapitel 3). Für den Abbau des Rohmaterials wird Sprengstoff, Dieselkraftstoff in<br />

Baumaschinen <strong>und</strong> Strom für die Brecheranlage benötigt.<br />

Gips<br />

Es handelt sich um REA-Gips (Restprodukt aus Rauchgasentschwefelungsanlagen) <strong>und</strong><br />

Anhydrit. Die Bereitstellung wird im Kap. B Gips beschrieben. Des weiteren wird der<br />

REA-Gips zum Zementwerk transportiert <strong>und</strong> dort eingelagert.<br />

Hüttensand<br />

Hüttensand ist ein latent-hydraulischer Stoff, der zusammen mit Zementklinker bei<br />

Wasserzugabe hydraulisch erhärtet. Bei der Roheisenproduktion entsteht Hüttensand<br />

durch rasches Abkühlen der Hochofenschlacke mit einem Wasser- oder Luftstrahl, was<br />

zur glasartigen Erstarrung führt. Durch Vermahlen des Granulats entsteht Hüttensand.<br />

2.2 Energetische Daten<br />

Rohgestein<br />

Beim Abbau <strong>von</strong> einer Tonne Kalkstein <strong>und</strong> Mergel wurde der Endenergieeinsatz wie<br />

folgt angesetzt /PZK 98/:<br />

• für Baufahrzeuge am Steinbruch <strong>und</strong> den Transport zum Zementwerk wurde der<br />

Dieselverbrauch mit dem Datensatz für LKW-Transporte (Stop and Go) <strong>und</strong> einer<br />

Stecke <strong>von</strong> 3 km abgeschätzt.<br />

• Stromverbrauch der Brecheranlage: 0,8 kWh<br />

• Stromverbrauch der Förderbänder für die Einlagerung: 1,5 kWh<br />

Zusätzlich werden 100 g Sprengstoff /ÖSB 95/ benötigt, welcher mit einem Primärenergieeinsatz<br />

<strong>von</strong> 18 MJ/kg /ÖKO 95/ bewertet wird.<br />

Gips<br />

Der eingesetzte Gips besteht je zur Hälfte aus Gipsstein <strong>und</strong> Anhydrit. Für die<br />

energetische Bewertung werden REA-Gips <strong>und</strong> Anhydrit (vgl. Kap. B Gips) angesetzt.<br />

Zusätzlich fallen Aufwendungen für den LKW-Transport (50 km) zum Zementwerk an.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


34 D Zement<br />

Hüttensand<br />

Da Hochofenschlacke als Restprodukt der Stahlproduktion anfällt, wird die<br />

Bereitstellung energetisch nicht bewertet (vgl. Teil III Kap. A). Der Energieverbrauch<br />

für die Brechanlage, die die glasartige Schlacke zu Hüttensand vermahlt, wird mit 1,5<br />

kWh Strom je Tonne Hüttensand abgeschätzt. Für den Transport des Hüttensandes<br />

wurden durchschnittlich 100 km LKW-Transport zugr<strong>und</strong>e gelegt.<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Tabelle D-3 sind der KEA <strong>und</strong> die Emissionen für die beschriebenen Schritte pro<br />

Tonne Rohmaterial dargestellt.<br />

Tabelle D-3: Kumulierter Energieaufwand <strong>und</strong> Emissionen für die Bereitstellung <strong>von</strong><br />

Rohstoffen für die Zementproduktion<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Rohgestein 39 2 5 14 2 3 1 0 1<br />

Gips 112 8 18 106 10 7 13 1 8<br />

Hüttensand 129 9 21 127 12 5 15 1 9<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]


Zementklinker 35<br />

3 Zementklinker<br />

3.1 Herstellung<br />

Zementklinker ist der Gr<strong>und</strong>stoff jeder Zementsorte. Das Rohgestein wird gemahlen <strong>und</strong><br />

zu Klinker gebrannt.<br />

Es gibt gr<strong>und</strong>sätzlich zwei Brennverfahren, das Leopolverfahren <strong>und</strong> das<br />

Gegenstromverfahren mit Zyklonwärmetauschern. Das Leopolverfahren erfordert einen<br />

etwas höheren Brennstoffaufwand. Nur noch etwa 10 % der in Betrieb befindlichen<br />

Anlagen arbeiten nach diesem Prinzip. Alle anderen Anlagen arbeiten nach dem<br />

Wärmetauscherverfahren mit unterschiedlicher Anzahl <strong>von</strong> Wärmetauscherstufen <strong>und</strong><br />

Auslegung (vorgeschaltete Calzinatorstufen).<br />

Für die Herstellung <strong>von</strong> 1 t Klinker werden 1,59 t Rohmaterial benötigt. Von dem<br />

Ausgangsmaterial entweichen 60 kg als Wasserdampf <strong>und</strong> 530 kg Kohlendioxid durch<br />

die Decarbonatisierung in die Atmosphäre.<br />

3.2 Energetische Daten zur Produktion<br />

Die Drehöfen zum Brennen des Zementklinkers werden in Deutschland zu 74-79 % mit<br />

Kohle, zu 6-11 % mit Öl/Gas <strong>und</strong> zu 10-20 % mit Ersatzbrennstoffen (z.B. Altreifen,<br />

kompaktierter Kunststoffmüll) betrieben /ZZI 97/, wobei sich die angegebenen Werte auf<br />

den Heizwert beziehen.<br />

Die folgenden Mengenangaben sind Durchschnittswerte für Deutschland <strong>und</strong> beziehen<br />

sich auf die Produktion einer Tonne Zementklinker.<br />

Konventionelle Brennstoffe: Ersatzbrennstoffe:<br />

Steinkohle: 47 kg Altreifen: 6,8 kg<br />

Braunkohle: 130 kg Kunststoffabfälle: 5,6 kg<br />

Petrolkoks: 9,5 kg Altöl: 6,0 kg<br />

Heizöl: 2 kg Lösungsmittel: 0,9 kg<br />

Erdgas: 1,7 m³ Papierfaserreststoff: 8,6 kg<br />

Der Energieinhalt der eingesetzten Brennstoffe beläuft sich auf 3.750 MJ pro Tonne<br />

Klinker.<br />

Zusätzlich zum Brennstoff im Ofen werden noch Strom zum Mahlen der Braun- <strong>und</strong><br />

Steinkohle in der Kohlemühle, sowie zum Antrieb des Drehrohrofens <strong>und</strong> zum<br />

Zementklinkertransport benötigt. Je Tonne Zementklinker werden nach /PZK 98/ bzw.<br />

/HAN 95/ eingesetzt:<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


36 D Zement<br />

Rohmühle: 15 kWh<br />

Kohlemühle, Brenner, Filteranlagen: 4,8 kWh<br />

Einlagerung des Zementklinkers im Silo: 1,5 kWh<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung D-2 ist das Primärenergieflußbild für die Zementklinkerproduktion<br />

dargestellt. Mit insgesamt über 90 % verursacht der Einsatz der Brennstoffe den<br />

größten Anteil am Kumulierten Energieaufwand.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Portlandzementklinkerbrennen<br />

4056 MJ (100,0 %)<br />

61 MJ (1,5 %)<br />

Steinkohle<br />

1459 MJ (36,0 %)<br />

Braunkohle<br />

1199 MJ (29,6 %)<br />

Petrolkoks<br />

347 MJ (8,6 %)<br />

Schweröl<br />

82 MJ (2,0 %)<br />

Erdgas<br />

60 MJ (1,5 %)<br />

Leichtöl<br />

8 MJ (0,2 %)<br />

244 MJ (6,0 %)<br />

Altöl<br />

208 MJ (5,1 %)<br />

Altreifen<br />

171 MJ (4,2 %)<br />

Kunststoffabfälle<br />

164 MJ (4,0 %)<br />

Papierfaserreststoff<br />

27 MJ (0,7 %)<br />

Lösungsmittel<br />

25 MJ (0,6 %)<br />

Abbildung D-2: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne<br />

Zementklinker


Zementklinker 37<br />

Bei dem Brennprozeß stammen ca. 1 /3 der CO2-Emissionen aus dem Verbrennungsvorgang<br />

<strong>und</strong> ca. 2 /3 prozeßbedingt aus der Dekarbonatisierung des Kalksteins /EZI 97/.<br />

Der chemische Umwandlungsprozeß bei der Verbrennung <strong>von</strong> Kalkgestein stellt sich wie<br />

folgt dar:<br />

CaCO3 → CaO + CO2<br />

Zur Herstellung <strong>von</strong> 1 t Zementklinker werden 1,59 t Rohmaterial benötigt, das laut<br />

DIN 1164 zu 76 – 78 % aus CaCO3 bestehen muß. Somit benötigt man 1,21 t CaCO3 je 1<br />

t Zementklinker.<br />

Die Berechnung der CO2-Emissionen mit Hilfe der molaren Massen ergibt:<br />

m[<br />

CaCO3]<br />

1,<br />

21t<br />

m[CO2] = ⋅ M[<br />

CO2<br />

] =<br />

⋅ 44g<br />

mol = 0,<br />

53 t<br />

M[<br />

CaCO ] 100,<br />

1g<br />

mol<br />

Vergleich mit Literaturangaben:<br />

3<br />

/HAN 93/ 0,53 t CO2/t Zementklinker (prozeßbedingt)<br />

/ÖSB 95/ 0,512..0,780 t CO2 /t Zementklinker<br />

Die beim Brennvorgang emittierten Schwefeldioxide stammen größtenteils aus dem in<br />

den Zyklonvorwärmern erhitzten Rohmaterial /DRO 96/, wohingegen der aus dem<br />

Brennstoff stammende Schwefel beim eigentlichen Brennprozeß im Ofen zu über 90 % in<br />

den Zementklinker eingelagert wird, da der Schwefel aus dem Brennstoff<br />

verfahrensbedingt als Sulfat in den Klinker eingeb<strong>und</strong>en wird (dies gilt nicht für Sulfide<br />

im Brennstoff). Aus diesem Gr<strong>und</strong> spielt der Schwefelgehalt des eingesetzten<br />

Brennstoffs nur eine untergeordnete Rolle. Auch Brennstoffe mit hohem Schwefelgehalt<br />

können ohne Nachteile für die Umwelt eingesetzt werden (z.B. Altreifen) /GWK/.<br />

In den Literaturangaben sind folgende SO2-Gesamtemissionen beim Brennprozeß zu<br />

finden:<br />

/ÖSB 95/ bis zu 423 g/t Zementklinker<br />

/ZKG 90/ 600 g/t Zementklinker<br />

Ergebnisse<br />

In Tabelle D-4 sind der KEA <strong>und</strong> die Emissionen des Herstellungsprozesses <strong>von</strong> einer<br />

Tonne Zementklinker dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


38 D Zement<br />

Tabelle D-4: KEA <strong>und</strong> Emissionswerte für die Herstellung <strong>von</strong> Zementklinker<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Zementklinker<br />

Prozeßkettenanalyse 1<br />

Emissionen /GEM/ 2<br />

Emissionen /ÖKO 95/ 2<br />

Portlandzementklinker 3<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

4.056 384 182 389 604 742 15 124 44<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

- 879 260 1.940 150 770 50 20 320<br />

- 1.034 35 201 255 160 32 2 31<br />

4.056 914 182 1.660 604 742 15 124 44<br />

1 Ergebnis der Prozeßkettenanalyse (Erläuterung der Ermittlung <strong>von</strong> KEA <strong>und</strong> energiebedingten Emissionen<br />

s. Teil I: Allgemeiner Teil)<br />

2 Gesamtemissionen nach Literaturangaben<br />

3 Endergebnis (Werte sind in der KEA-Datenbank abgelegt <strong>und</strong> werden weiteren Berechnungen zugr<strong>und</strong>e gelegt)<br />

Anmerkungen zu den Emissionen:<br />

CO2: Die CO2-Emissionen ergeben sich aus den energiebedingten CO2-Emissionen<br />

<strong>und</strong> den durch die Dekarbonatisierung entstehenden CO2-Emissionen <strong>von</strong><br />

530 kg je Tonne. Insgesamt ergeben sich 914 kg pro Tonne Klinker. Die<br />

unterschiedlichen CO2-Werte aus der Fachliteratur stehen vermutlich im<br />

Zusammenhang mit unterschiedlichen Annahmen zum CaCO3-Gehalt des<br />

Rohgesteins. Der hier ermittelte Wert stimmt gut mit den Literaturwerten<br />

überein.<br />

CO: Die errechneten CO-Emissionen sind unvollständig, da keine spezifischen CO-<br />

Emissionen für die Ersatzbrennstoffe vorliegen. Da der Wert jedoch zwischen<br />

den beiden Literaturwerten liegt, wird er dennoch als Ergebniswert angesetzt.<br />

NOX: Da die direkten Brennstoffemissionen nur mit einer Prozeßtemperatur <strong>von</strong><br />

etwas über 600°C berechnet wurden, die Flammentemperatur im Ofen jedoch<br />

bei ca. 2.000°C liegt, wird der Wert <strong>von</strong> NOX korrigiert, weil sich ab ca. 1.600°C<br />

thermisches NOx bildet. Die Bildung <strong>von</strong> NOX ist stark <strong>von</strong> der Betriebsweise<br />

des Ofens (v.a. Temperatur) <strong>und</strong> der Rauchgasführung abhängig. Messungen<br />

aus dem Jahr 1986 ermitteln einen Emissionsfaktor <strong>von</strong> 2 kg NOx je Tonne<br />

Klinker, wobei ein Reduktionspotential für die 90er Jahre auf 1 kg NOx<br />

abgeschätzt wird /ZKG 90/. Der <strong>von</strong> der Datenbank errechnete energiebedingte<br />

Wert ist somit zu niedrig. Es ist des weiteren zu vermuten, daß der Wert <strong>von</strong><br />

/ÖKO 95/ nicht das thermisch gebildete NOX berücksichtigt. Der <strong>von</strong> /GEM/<br />

angegebene Wert scheint die Verhältnisse in den 80er Jahren widerzuspiegeln.<br />

Aus diesem Gr<strong>und</strong> wird der angesetzte Wert errechnet. Nach /XEL 98/ ergab<br />

sich in Deutschland 1995 ein Jahresmittelwert aus Zementofenanlagen <strong>von</strong> 1,6<br />

kg NOx/t Klinker. Vorgelagert entstehen zusätzlich 60 g NOx je Tonne Klinker,<br />

so daß sich ein NOx-Wert <strong>von</strong> 1660 kg je Tonne Klinker ergibt.<br />

SO2: Wie vorab diskutiert wurde, ist der errechnete energiebedingte Wert für die<br />

Klinkerherstellung nicht repräsentativ, da Brennstoff-Schwefel in den Klinker<br />

eingelagert <strong>und</strong> somit nicht emittiert wird. SO2 entsteht jedoch beim Erhitzen<br />

des Rohmaterials in den Zyklonvorwärmern. Die errechnete SO2-Emission<br />

(inklusive der vorgelagerten Ketten), stimmt gut mit den Literaturwerten der<br />

Emission (bis zu 600 g/t Klinker) zuzüglich der vorgelagerten Emission überein<br />

<strong>und</strong> wird daher als Ergebnis zugr<strong>und</strong>e gelegt, obwohl die Berechnung nicht<br />

den tatsächlichen Sachverhalt widerspiegelt.


Zementklinker 39<br />

CH4: CH4‘entsteht v.a. vorgelagert beim Abbau der Brennstoffe (Steinkohle, Erdgas<br />

etc.). Die CH4-Emissionen sind demnach stark abhängig <strong>von</strong> der eingesetzten<br />

Steinkohlemenge (bzw. des Brennstoffmixes). Die in /ÖKO 95/ betrachteten<br />

Zementwerke feuern ausschließlich Braunkohle, der ausgewiesene CH4-Wert<br />

ist deshalb nicht repräsentativ. Der mit Hilfe der Prozeßkettenanalyse<br />

errechnete Wert, der gut mit der Angabe aus /GEM/ übereinstimmt, wird als<br />

Ergebnis angesetzt.<br />

NMVOC:Die Emission <strong>von</strong> NMVOC stammt v.a. aus dem Einsatz <strong>von</strong> fossilen<br />

Brennstoffen vorgelagerten Prozessen <strong>und</strong> hängt somit vom eingesetzten<br />

Brennstoffmix ab. Der errechnete Wert wird daher als Ergebnis zugr<strong>und</strong>e<br />

gelegt.<br />

N2O: Die im Vergleich zu den Literaturwerten hohen N2O-Emissionen entstammen<br />

vor allem der Verbrennung <strong>von</strong> Stein- <strong>und</strong> Braunkohle. Es wird der errechnete<br />

Wert zugr<strong>und</strong>e gelegt. Nach /HAU 99/ wird allerdings praktisch kein N2O aus<br />

Zementdrehrohröfen emittiert, so daß zu vermuten ist, daß der Wert zu hoch<br />

liegt.<br />

Staub: Emissionsmessungen an Ofen-Anlagen der österreichischen Zementindustrie<br />

weisen 50,7 g je Tonne Klinker aus. Der etwas niedrigere errechnete Wert wird<br />

als Ergebnis übernommen.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


40 D Zement<br />

4 Portlandzement PZ 350<br />

4.1 Herstellung<br />

Die hier betrachtete Portlandzementsorte besteht aus 95% Klinker <strong>und</strong> 5% Gips. Diese<br />

Stoffe werden in die Zementmühle gegeben <strong>und</strong> gemeinsam vermahlen.<br />

Die Herstellung <strong>von</strong> Portlandzement gliedert sich in 3 Teile:<br />

• Bereitstellung der Rohmaterialien (Kapitel 2)<br />

• Brennen zu Zementklinker (Kapitel 3)<br />

• Mahlen mit Zusatzstoffen <strong>und</strong> Verladung<br />

In Abbildung D-3 ist das Massenflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> Portlandzement<br />

dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

1000 kg (100,0 %)<br />

950 kg (95,0 %)<br />

Gips<br />

50 kg (5,0 %)<br />

Abbildung D-3: Massenflußbild der Portlandzementherstellung<br />

4.2 Energetische Daten der Produktion<br />

In der Zementmühle <strong>und</strong> für die Einlagerung wird je einer Tonne Portlandzement<br />

folgender Stromeinsatz benötigt /LIE 97/, /HAN 95/:<br />

Mahlen des Zementklinkers gemeinsam mit Zusatzstoffen: 36,2 kWh<br />

Einlagern <strong>und</strong> Verladen des fertigen Zementes: 1,5 kWh


Portlandzement PZ 350 41<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung D-4 ist das Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> Portlandzement<br />

dargestellt. Mit insgesamt 90 % verursacht die Bereitstellung <strong>von</strong> Zementklinker den<br />

größten Anteil am Kumulierten Energieaufwand.<br />

4290 MJ (100,0 %)<br />

3853 MJ (89,8 %)<br />

Bereitstellung Gips<br />

6 MJ (0,1 %)<br />

431 MJ (10,1 %)<br />

Abbildung D-4: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne<br />

Portlandzement<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle D-5: KEA <strong>und</strong> Emissionswerte für die Herstellung <strong>von</strong> Portlandzement<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne<br />

Prozeßkettenanalyse 1<br />

Emissionen (PZ) /GEM/ 2<br />

Emissionen (PZ35F) /ÖKO 95/ 2<br />

Portlandzement (PZ 350) 3<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

4.290 890 184 1.609 590 754 17 118 43<br />

- 904 280 1.840 180 890 60 20 320<br />

- 945 38 240 348 200 42 3 31<br />

4.290 890 184 1.609 590 754 17 118 43<br />

1 Ergebnis der Prozeßkettenanalyse (Erläuterung der Ermittlung <strong>von</strong> KEA <strong>und</strong> energiebedingten Emissionen<br />

s. Teil I: Allgemeiner Teil)<br />

2 Gesamtemissionen nach Literaturangaben<br />

3 Endergebnis (Werte sind in der KEA-Datenbank abgelegt <strong>und</strong> werden weiteren Berechnungen zugr<strong>und</strong>e gelegt)<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


42 D Zement<br />

Anmerkungen zu den Emissionen:<br />

Es gelten die gleichen Anmerkungen wie in 3.3, da Portlandzement zu 95 % aus Klinker<br />

besteht.<br />

5 Portlandhüttenzement (EPZ 350)<br />

5.1 Herstellung<br />

Die hier betrachtete Portlandhüttenzementsorte besteht aus 80 % Klinker, 15 %<br />

Hüttensand <strong>und</strong> 5 % Gips (Tabelle D-2). Diese Stoffe werden in die Zementmühle<br />

gegeben <strong>und</strong> gemeinsam vermahlen.<br />

Es handelt sich um eine Zementsorte mit niedrigerer Hydratationswärme, d.h. er<br />

erstarrt <strong>und</strong> erhärtet langsamer als Portlandzement. Deshalb wird er vorrangig in<br />

massigen Bauteilen eingesetzt, bei denen Spannungen infolge <strong>von</strong> Temperaturdifferenzen<br />

vermieden werden sollen.<br />

In Abbildung D-5 ist das Massenflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> Portlandhüttenzement<br />

dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Portlandhüttenzement (EPZ 350) 43<br />

Herstellung Portlandhüttenzement<br />

800 kg (80,0 %)<br />

Hüttensand<br />

150 kg (15,0 %)<br />

Gips<br />

50 kg (5,0 %)<br />

Abbildung D-5: Massenflußbild der Portlandhüttenzementherstellung<br />

5.2 Energetische Daten zur Produktion<br />

Die Herstellung <strong>von</strong> Portlandhüttenzement unterscheidet sich <strong>von</strong> der Herstellung <strong>von</strong><br />

Portlandzement nur durch die Beigabe <strong>von</strong> Hüttensand in der Zementmühle. Deshalb<br />

sei bei den Herstellungsschritten bis zum Zementklinker auf Kapitel 3 verwiesen.<br />

Beim Mahlen muß eine höhere Arbeit im Vergleich zum Portlandzement aufgewendet<br />

werden, da Hüttensand einen höheren Mahlwiderstand hat /WUI 95/. Der Stromeinsatz<br />

je Tonne Portlandhüttenzement setzt sich wie folgt zusammen:<br />

Mahlen des Zementklinkers gemeinsam mit Zusatzstoffen: 41,8 kWh<br />

Einlagern <strong>und</strong> Verladen des fertigen Zementes: 1,5 kWh<br />

5.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung D-6 ist das Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong><br />

Portlandhüttenzement dargestellt. Mit insgesamt 86 % verursacht die Bereitstellung<br />

<strong>von</strong> Zementklinker den größten Anteil am Kumulierten Energieaufwand.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


44 D Zement<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Herstellung Portlandhüttenzement<br />

3245 MJ (86,2 %)<br />

19 MJ (0,5 %)<br />

Bereitstellung Gips<br />

6 MJ (0,1 %)<br />

496 MJ (13,2 %)<br />

Abbildung D-6: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne<br />

Portlandhüttenzement<br />

Durch den Einsatz <strong>von</strong> Hüttensand ergeben sich niedrigere Werte als bei<br />

Portlandzement (Kapitel 4).<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle D-6: KEA <strong>und</strong> Emissionen <strong>von</strong> Portlandhüttenzement<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne Zement<br />

Prozeßkettenanalyse 1<br />

Emissionen (FAHZ35) /ÖKO 95/ 2<br />

Portlandhüttenzement (EPZ 350) 3<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

3.766 724 162 1.383 503 650 17 100 39<br />

- 700 31 197 283 160 39 3 27<br />

3.766 724 162 1.383 503 650 17 100 39<br />

1 Ergebnis der Prozeßkettenanalyse (Erläuterung der Ermittlung <strong>von</strong> KEA <strong>und</strong> energiebedingten Emissionen<br />

s. Teil I: Allgemeiner Teil)<br />

2 Gesamtemissionen nach Literaturangaben<br />

3 Endergebnis (Werte sind in der KEA-Datenbank abgelegt <strong>und</strong> werden weiteren Berechnungen zugr<strong>und</strong>e gelegt)<br />

Anmerkungen zu den Emissionen:<br />

Es gelten die gleichen Anmerkungen wie in 3.3, da Portlandhüttenzement zu 80 % aus<br />

Klinker besteht.


Hochofenzement (HOZ 350) 45<br />

6 Hochofenzement (HOZ 350)<br />

6.1 Herstellung<br />

Die hier behandelte Hochofenzementsorte besteht aus 20 % Zementklinker, 75 %<br />

Hüttensand <strong>und</strong> 5 % Gips. Diese Stoffe werden in die Zementmühle gegeben <strong>und</strong><br />

gemeinsam vermahlen.<br />

In Abbildung D-7 ist das Massenflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> Hochofenzement<br />

dargestellt.<br />

Herstellung Hochofenzement<br />

Hüttensand<br />

750 kg (75,0 %)<br />

200 kg (20,0 %)<br />

Gips<br />

50 kg (5,0 %)<br />

Abbildung D-7: Massenflußbild der Hochofenzementherstellung<br />

6.2 Energetische Daten zur Produktion<br />

Die Herstellung <strong>von</strong> Hochofenzement unterscheidet sich durch die Beigabe <strong>von</strong><br />

Hüttensand in der Zementmühle <strong>von</strong> der Herstellung <strong>von</strong> Portlandzement. Deshalb sei<br />

bei den Herstellungsschritten bis zum Zementklinker auf das Kapitel 3 verwiesen.<br />

Beim Mahlen muß dabei eine höhere Mahlarbeit im Vergleich zum Portlandzement <strong>und</strong><br />

zum Portlandhüttenzement aufgewendet werden, da Hüttensand einen höheren<br />

Mahlwiderstand hat /WUI 95/. Je einer Tonne Hochofenzement wird folgender<br />

Stromeinsatz benötigt:<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


46 D Zement<br />

Mahlen des Zementklinkers gemeinsam mit Zusatzstoffen: 64,4 kWh<br />

Einlagern <strong>und</strong> Verladen des fertigen Zementes: 1,5 kWh<br />

6.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung D-8 ist das Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> Hochofenzement<br />

dargestellt. Mit ca. 50 % ist die Bereitstellung <strong>von</strong> Zementklinker am Kumulierten<br />

Energieaufwand beteiligt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Herstellung Hochofenzement<br />

97 MJ (5,8 %)<br />

811 MJ (48,6 %)<br />

Bereitstellung Gips<br />

6 MJ (0,3 %)<br />

755 MJ (45,3 %)<br />

Abbildung D-8: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne<br />

Hochofenzement<br />

Durch den Einsatz <strong>von</strong> Hüttensand ergeben sich niedrigere Werte als bei<br />

Portlandzement (Kapitel 4) <strong>und</strong> Portlandhüttenzement (Kapitel 5).


Hochofenzement (HOZ 350) 47<br />

Tabelle D-7: KEA <strong>und</strong> Emissionen <strong>von</strong> Hochofenzement<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Zement<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Hochofenzement (HOZ 350) 1.669 232 72 478 157 238 19 27 19<br />

Anmerkungen zu den Emissionen:<br />

Es gelten die gleichen Anmerkungen wie in Kapitel 3.3. Da Hochofenzement zu 20% aus<br />

Klinker besteht, kommen anteilsmäßig zu 20 % die Werte <strong>von</strong> Klinker zum tragen.<br />

Im Zuge der Bestrebungen der Zementindustrie, die CO2-Emissionen zu vermindern<br />

wird versucht, die Sorten mit den Zumahlstoff Hüttensand verstärkt einzusetzen, da der<br />

spezifische Energieeinsatz <strong>und</strong> die CO2-Emissionen pro Tonne Zement geringer sind.<br />

/LIE 97/, /DRO 96/, /EZI 97/, /GWK/, /HAN 93/, /HÄR 94/, /ÖSB 95/, /PZK 98/, /VCO 97/,<br />

/WUI 95/, /ZKG 90/, /ZZI 97/<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


1 Einleitung<br />

E Beton<br />

Beton ist ein künstlicher Stein, der aus einem Gemisch <strong>von</strong> Zement, Wasser, Sand <strong>und</strong><br />

anderen Zuschlägen hergestellt wird. Beim Erhärten des mit Wasser vermischten<br />

Bindemittels Zement entsteht der sogenannte Zementstein, der für Festigkeit <strong>und</strong><br />

Beständigkeit des Betons verantwortlich ist. Wegen seiner vielseitigen Nutzungsmöglichkeiten<br />

wird er in allen Bereichen der Bauwirtschaft eingesetzt; wie zum Beispiel im<br />

Verkehrsbau, Wasserbau, Hoch- <strong>und</strong> Tiefbau.<br />

Bautechnisch günstige Eigenschaften <strong>von</strong> Beton sind u.a.:<br />

- Universelle Formbarkeit<br />

- Möglichkeit der Herstellung direkt auf der Baustelle<br />

- Variable Betoneigenschaften im Hinblick auf geplante Verwendung<br />

- Möglichkeit der Bewehrung mit Stahl<br />

- Hohe Dauerfestigkeit<br />

Im folgenden wird die Energiebilanz des Transportbetons, als gängigste Betonart<br />

dargestellt. Die verschiedenen Mischungsrezepturen werden getrennt betrachtet, sowie<br />

mit <strong>und</strong> ohne Bewehrung untersucht.<br />

2 Rohstoffe<br />

Die Eigenschaften <strong>von</strong> Beton können je nach Einsatzbereich gezielt beeinflußt werden.<br />

Dies geschieht, indem die Einsatzstoffe in Art <strong>und</strong> Menge verändert werden. Die drei<br />

Hauptbestandteile der verschiedenen Betonmischungen sind Bindemittel (Zement),<br />

Zuschlagstoffe <strong>und</strong> Wasser.<br />

Zement<br />

Der Zement bildet, mit Wasser vermischt, den sogenannten Zementleim, der die<br />

Zuschlagstoffe umhüllt <strong>und</strong> beim Erhärten fest miteinander verkittet. Nach dem<br />

Erhärten ist er als Zementstein maßgebend für Dichtigkeit, Druckfestigkeit <strong>und</strong><br />

Beständigkeit des Betons. Bei bewehrtem Beton schützt der Zementstein die Stahleinlagen<br />

vor Korrosion.<br />

Wasser<br />

Das Wasser ermöglicht die Erhärtung des Bindemittels <strong>und</strong> dient als Gleitmittel, das ein<br />

gutes Zusammenrutschen <strong>und</strong> damit eine Verdichtung der Zuschlagstoffe ermöglicht.<br />

49<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


50 E Beton<br />

Zuschlagstoffe<br />

Die Zuschlagstoffe werden nach Grob- <strong>und</strong> Feinzuschlag unterschieden. Als Feinzuschlag,<br />

mit einer Korngröße <strong>von</strong> 0 bis 4 mm wird in aller Regel Sand verwendet. Der<br />

Grobzuschlag mit einer Korngröße <strong>von</strong> 4 bis 63 mm variiert dagegen je nach Betonsorte<br />

im Material. Für Normalbeton wird Kies oder Splitt verwendet. Bei Leichtbeton wird<br />

Bims oder Blähton zugegeben, für sehr leichte Betone mit hoher Wärmedämmfähigkeit<br />

verwendet man Polystyrol. Dem eher selten verwendeten Schwerbeton (Kernkraftwerksbau)<br />

werden Eisenerz (z.B. Hämatit), Stahlgranalien oder auch Stahlschrott<br />

beigemischt.<br />

Baustahl<br />

Der für die Bewehrung verwendete Baustahl (Stabstahl) wird als Mattengeflecht oder in<br />

Form <strong>von</strong> Stäben geliefert. Die Bewehrung erhöht die Stabilität des Betons, da sie die<br />

eingeleiteten Zugkräfte aufnimmt.<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe<br />

Zement<br />

Es werden verschiedene Zementsorten je nach Art des Betons eingesetzt. Die am<br />

häufigsten verwendeten Sorten sind dabei der Portlandzement <strong>und</strong> der Hochofenzement.<br />

Diese werden per LKW zum Betonwerk oder direkt auf die Baustelle zur Weiterverarbeitung<br />

transportiert.<br />

Zuschlagstoffe<br />

Die Zuschlagstoffe werden, nach der Gewinnung <strong>und</strong> u. U. Veredelung zum Betonwerk<br />

oder direkt auf die Baustelle transportiert.<br />

Zuschlagstoffe für Leichtbeton<br />

Bausand <strong>und</strong> Baukies<br />

Natürlich vorkommender Sand <strong>und</strong> Kies werden im Tagebau gewonnen, gewaschen <strong>und</strong><br />

gesiebt. Brechsand <strong>und</strong> Splitt werden nach dem Brechen wie Sand <strong>und</strong> Kies verarbeitet.<br />

Blähton<br />

Der Blähton wird aus granuliertem Rohton, in einem Ofenprozeß bei 1200°C hergestellt.<br />

Bims<br />

Bei Bims kommt Naturbims oder auch Recyclingbims zur Anwendung.<br />

Polystyrol<br />

Wird aus Granulat vorgeschäumt <strong>und</strong> unter Dampfeinwirkung in Formen aufgebläht.<br />

Zuschlagstoffe für Schwerbeton<br />

Eisenerz<br />

Eisenerz (z.B. Hämatit), das als Zuschlagstoff für die Herstellung <strong>von</strong> Schwerbeton zur<br />

Anwendung kommt, wird aus den verschiedenen Abbaugebieten importiert. Es kommt<br />

unter anderem in China, Russland, Australien, Brasilien, den USA, Kanada, aber auch<br />

in Schweden, Frankreich oder Deutschland vor. Das Erz aus weit entfernten Lagerstät-<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Rohstoffe 51<br />

ten wird in Stückgutfrachtern nach Europa transportiert, auf Binnenschiffe umgeschlagen<br />

<strong>und</strong> erreicht per LKW oder Bahn seinen Bestimmungsort.<br />

Baustahl<br />

Wird <strong>von</strong> den entsprechenden Zulieferbetrieben auf die Baustelle geliefert.<br />

2.2 Energetische Daten<br />

Der Beton, der vom Werk zur Baustelle gebracht wird heißt Transportbeton. Wird der<br />

Beton direkt auf der Baustelle hergestellt, so spricht man <strong>von</strong> Ortbeton. Bilanziert wird<br />

der Beton bis zur Fertigstellung auf der Baustelle oder im Werk. Der Transport vom<br />

Werk zur Baustelle ist nicht erfaßt (vgl. Allgemeiner Teil, Kap. 3). Es kann da<strong>von</strong><br />

ausgegangen werden, daß die Transportwege der Einsatzstoffe für Transport- <strong>und</strong><br />

Ortbeton sich in der gleichen Größe bewegen.<br />

Zur Abschätzung der Transportwege der einzelnen Einsatzstoffe bis zum Betonwerk<br />

oder zur Baustelle wurde /LIE 97/ als Hauptquelle verwendet <strong>und</strong> durch /ÖKO 95/ <strong>und</strong><br />

/MAR 80/ ergänzt.<br />

Zement<br />

Die energetischen Daten, die dem Zement zugr<strong>und</strong>e liegen, sind dem Kap. D Zement<br />

(Pkt. 4 bis 6) entnommen. Die gängigen Betonsorten enthalten entweder Portlandzement<br />

oder Hochofenzement. Für den Transport vom Zementwerk zum Betonwerk oder zur<br />

Baustelle wurde ein Transportweg <strong>von</strong> durchschnittlich 180 km zugr<strong>und</strong>e gelegt.<br />

Wasser<br />

Der Energieaufwand zur Bereitstellung des Wassers, das zur Betonherstellung benötigt<br />

wird, ist sehr gering. Er wird vernachlässigt.<br />

Zuschlagstoffe für Normalbeton<br />

Bausand <strong>und</strong> Baukies<br />

Diese beiden Stoffe werden entsprechend dem Kap. A Bausand, Baukies (Pkt. 3)<br />

bilanziert. In der Energiebilanz wird die Herstellung <strong>von</strong> Brechsand <strong>und</strong> Splitt<br />

berücksichtigt, die aus Naturstein gebrochen werden <strong>und</strong> 15 % der Gesamtmenge des<br />

Zuschlags Sand <strong>und</strong> Kies ausmachen. Als Transportweg vom Kieswerk bis zum<br />

Betonwerk oder der Baustelle wird eine Strecke <strong>von</strong> 10 km veranschlagt /LIE 97/.<br />

Zuschlagstoffe für Leichtbeton<br />

Blähton, Blähperlit<br />

Die Herstellung des Blähtons bzw. Blähperlits wird im Kapitel G Leichtbetonmauersteine<br />

(Pkt. 2) beschrieben. Es wird da<strong>von</strong> ausgegangen, daß der Blähton bzw. das<br />

Blähperlit über eine Strecke <strong>von</strong> 100 km transportiert wird /ÖKO 95/.<br />

Bims<br />

Die Angaben über den Energieeintrag für den Abbau <strong>von</strong> Naturbims sind dem Kap.<br />

G Leichtbetonmauersteine (Pkt. 2) entnommen. Als Transportentfernung wurden 10 km<br />

ermittelt. Der in Deutschland abgebaute Bims stammt ausschließlich aus dem Gebiet<br />

des Neuwieder Beckens, er macht mit 74 % den größten Teil des in Deutschland<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


52 E Beton<br />

verarbeiteten Bims aus, der importierte Bims wird in dieser Studie daher nicht<br />

berücksichtigt. /EYE 98/,/MAU 95/<br />

Polystyrol<br />

Es ist entsprechend dem Kap. D Polystyrol (Teil VI, Kunststoffe) bilanziert. Die<br />

Transportentfernung für das Polystyrol wird mit 50 km abgeschätzt.<br />

Zuschlagstoffe für Schwerbeton<br />

Eisenerz<br />

Die Angaben über Abbau, Verarbeitung (Aufbereitung) <strong>und</strong> Transport sind /COR 97/<br />

entnommen. Das Erz wird im Tagebau (Ausnahme Schweden) gewonnen. 78,3 % des<br />

Erzes stammen aus weit entfernten Regionen wie Brasilien, Kanada oder Australien.<br />

Weitere 16,9 % stammen aus Norwegen oder Schweden. Nach Angaben <strong>von</strong> /MFB 99/<br />

wird das, verwendete Hämatit aus Brasilien bzw. Südafrika bezogen. Im Erzeugerland<br />

wird das Erz ca. 600 km mit der Bahn (elektrischer Güterzug) transportiert, per<br />

Hochseetransport legt es durchschnittlich 9.600 km <strong>und</strong> in Deutschland nochmals 250<br />

km, auf Binnenschiffe verladen, zurück.<br />

Baustahl<br />

Die energetischen Angaben über Baustahl sind der <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> leichtem Stabstahl<br />

/COR 97/entnommen. Die Transportentfernung des Stahles wird mit einer Strecke <strong>von</strong><br />

270 km angesetzt /HEB 95/,/IÖW 96/. 1<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Die Berechnung der primärenergetischen Aufwendungen <strong>und</strong> der Emissionen für den<br />

Transport der Rohstoffe erfolgt mit den in Tabelle 6 Teil I (Allgemeiner Teil) enthaltenen<br />

Werten für Nah- <strong>und</strong> Ferntransporte bzw. Hochseetransporte.<br />

Tabelle E-1: Kumulierter Energieaufwand <strong>und</strong> energiebedingte Emissionen<br />

zur Bereitstellung <strong>von</strong> Rohstoffen für die Betonherstellung<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

1 Transportentfernung gemittelt aus den dort angegebenen Werten<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Sand <strong>und</strong> Kies 44 3 4 24 3 3 3 0 2<br />

Portlandzement 4.290 893 184 1.874 590 754 17 118 43<br />

Hochofenzement 1.669 233 72 534 157 238 19 27 19<br />

Blähton, Blähperlit 3.694 288 230 544 1.589 126 66 80 86<br />

Bims 67 5 10 59 6 3 7 0 4<br />

Polystyrol 71.000 1.541 1.200 3.500 2.100 6.100 8.200 10 300<br />

Baustahl 27.690 2.255 1.778 4.163 10.885 9.562 293 283 682<br />

Eisenerz (Hämatit) 1.063 58 59 210 224 71 25 2 21<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]


Beton (Transport-, Ortbeton) 53<br />

3 Beton (Transport-, Ortbeton)<br />

Die wichtigsten Betonsorten sind in Tabelle E-2 mit ihren jeweiligen Rezepturen<br />

aufgeführt. Zement, Wasser <strong>und</strong> Sand sind in den gängigen Betonsorten fast immer<br />

enthalten. Unterschiedlich sind jedoch die Grobzuschläge, da mit ihnen Dichte <strong>und</strong><br />

Festigkeit des Betons eingestellt werden.<br />

Der Sand, als Feinzuschlag, mit einer Korngröße <strong>von</strong> 0 bis 4 mm macht bei den gängigen<br />

Betonsorten r<strong>und</strong> 40 % des Gesamtzuschlages aus. Der Grobzuschlag mit einer<br />

Korngröße <strong>von</strong> 4 bis 63 mm variiert dagegen je nach Betonsorte im Material. Für die<br />

Herstellung <strong>von</strong> Normalbeton, der eine Dichte <strong>von</strong> 2,0 bis 2,8 kg/dm 3 aufweist wird in<br />

der Regel Kies oder Splitt verwendet. Von Leichtbeton spricht man ab einer Dichte unter<br />

2,0 kg/dm 3 , diese ist im wesentlichen abhängig <strong>von</strong> Art <strong>und</strong> Dichte des Grobzuschlages.<br />

Auch die Festigkeit des Leichtbetons hängt <strong>von</strong> der Konsistenz des Grobzuschlages ab.<br />

Bei Betonsorten mit einer Dichte <strong>von</strong> 0,8 kg/dm 3 wird Polystyrol zugegeben. Mit Bims<br />

oder Blähton wird eine Betondichte <strong>von</strong> 1,4 bis 1,6 kg/dm 3 erreicht. Dem eher selten<br />

verwendeten Schwer- <strong>und</strong> Schwerstbeton (Abschirmbeton für den Kernkraftwerksbau)<br />

wird Eisenerz oder Stahlschrott beigemischt. Bei Schwerstbeton wird Eisensand statt<br />

Sand verwendet; er erreicht Dichten <strong>von</strong> bis zu 4,7 kg/dm 3 .<br />

Tabelle E-2: Rezepturen der gängigen Betonsorten bezogen auf eine Tonne<br />

Fertigbeton<br />

Betonart<br />

Zement<br />

Grobzuschlag Feinzuschlag Wasser<br />

Alle Werte je Tonne<br />

[kg]<br />

[kg]<br />

[kg] [kg]<br />

Normalbeton B25 Portlandzement 130 Kies oder Splitt 483 322 65<br />

Normalbeton B25 Hochofenzement 130 Kies oder Splitt 483 322 65<br />

Leichtbeton LB25 1<br />

Portlandzement 219 Blähton oder Bims 318 363 100<br />

EPS-Leichtbeton Portlandzement 471 Polystyrol 16 314 199<br />

Schwerbeton (Dichte 3,8 kg/dm 3 ) Portlandzement 85 Hämatit 804 49 48<br />

1 Die Wahl des Leichtzuschlages (Bims oder Blähton) hat Einfluß auf die Energiebilanz<br />

Im folgenden werden der Transport- bzw. Ortbeton, die Betonfertigteile <strong>und</strong> die<br />

Betonwaren aus Normalbeton betrachtet. Betonwaren aus Leichtbeton finden sich in<br />

Kap. G Leichtbetonmauersteine <strong>und</strong> Gasbeton in Kap. F Gasbeton.<br />

3.1 Herstellung<br />

Die bereitgestellten Einsatzstoffe gelangen sortiert über Fördereinrichtungen zu den<br />

Abmeß- <strong>und</strong> Dosiereinrichtungen. Danach erfolgt das Mischen des Transportbetons, der<br />

dann spätestens 90 Minuten nach der Wasserzugabe verbaut sein muß. Es ist aber auch<br />

möglich alle diese Schritte direkt auf der Baustelle auszuführen. Der sogenannte<br />

Ortbeton wird vor allem auf Großbaustellen, die große Mengen Beton benötigen,<br />

hergestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


54 E Beton<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Die energetischen Aufwendungen für Förder-, Dosier- <strong>und</strong> Mischeinrichtungen zur<br />

Betonherstellung sind gering. Die Einzelschritte werden daher zusammengefaßt <strong>und</strong><br />

ergeben einen Gesamtaufwand <strong>von</strong> 1 kWh/tBeton.<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Da die Herstellung <strong>von</strong> Bewehrungsstahl mit erheblichem Energieaufwand verb<strong>und</strong>en<br />

ist, muß in jedem Fall zwischen bewehrtem <strong>und</strong> unbewehrtem Beton unterschieden<br />

werden. Der Kumulierte Energieaufwand je Tonne Baustahl beträgt 28 GJ (incl.<br />

Transport zur Baustelle). Es gibt keine allgemein gültige Aussage über den prozentualen<br />

Anteil der Bewehrung pro Kubikmeter Beton. Je nach Funktion der Bauteile schwankt<br />

der Anteil zwischen 1 Vol% (80 kg/m 3 ) <strong>und</strong> 4 Vol% (300 kg/m 3 ), bei hochbewehrtem Beton<br />

(z.B. F<strong>und</strong>amente) werden z.T. auch bis zu 8 Vol% erreicht. Da der bewehrte Beton<br />

unterschiedliche Dichten aufweist ändert sich der Gewichtsanteil pro Tonne Beton<br />

nochmals gegenüber dem Volumenanteil.<br />

1 Vol% Bewehrung: 288,0 MJ pro m 3 Beton<br />

2 Vol% Bewehrung: 575,9 MJ pro m 3 Beton<br />

4 Vol% Bewehrung: 1151,8 MJ pro m 3 Beton<br />

Betrachtet man die oben genannten KEA für die verschiedenen Anteile der Bewehrung<br />

an einem Kubikmeter Beton, so wird klar, daß der KEA durch den Bewehrungsanteil<br />

stark verändert wird. Im folgenden wird <strong>von</strong> einem Bewehrungsanteil <strong>von</strong> 2 Vol% pro<br />

Kubikmeter ausgegangen /OPB 99/,/SAI 99/.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Betonmischen<br />

Stahlbeton<br />

2434 MJ (100,0 %)<br />

Brechsand, Splitt<br />

7 MJ (0,3 %)<br />

Sand, Kies ab Kieswerk<br />

28 MJ (1,1 %)<br />

Portlandzement<br />

520 MJ (21,4 %)<br />

Wasser<br />

0 MJ (0,0 %)<br />

LKW-Transport<br />

42 MJ (1,7 %)<br />

Baustellenverkehr<br />

26 MJ (1,1 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

11 MJ (0,5 %)<br />

Mittlerer Stabstahl<br />

1800 MJ (74,0 %)<br />

Abbildung E-1: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Stahlbeton<br />

B25


Beton (Transport-, Ortbeton) 55<br />

Die meisten Emissionen, die bei der Betonherstellung anfallen, entstehen schon bei der<br />

Gewinnung <strong>und</strong> Veredelung der Rohstoffe. So entstehen z.B. 143 kg der 191 kg CO2, die<br />

durch eine Tonne Normalbeton B25 mit PZ verursacht werden, durch den Einsatz <strong>von</strong><br />

Zement. Geringe Emissionen entstehen beim Transport <strong>und</strong> indirekt durch den Einsatz<br />

<strong>von</strong> Strom beim Mischen <strong>und</strong> bei der Verarbeitung.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle E-3: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> verschiedenen<br />

Transportbetonsorten ohne Bewehrung<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Normalbeton B25 mit PZ 658 118 37 315 84 104 11 16 11<br />

Normalbeton B25 mit HOZ 317 36 22 143 28 37 11 4 8<br />

Leichtbeton LB25 mit Bims 1.056 195 60 509 139 173 20 26 16<br />

Leichtbeton LB25 mit Blähton 2.236 287 135 691 646 213 42 29 44<br />

EPS-Leichtbeton mit PZ 3.271 434 124 1.031 321 459 133 57 32<br />

Schwerbeton 1.266 123 68 351 236 125 25 12 22<br />

Tabelle E-4: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> verschiedenen<br />

Transportbetonsorten mit 2% Bewehrung pro Kubikmeter verbautem<br />

Beton<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Normalbeton B25 mit PZ 2.434 307 154 586 788 749 32 33 56<br />

Normalbeton B25 mit HOZ 2.167 229 138 427 681 581 37 20 50<br />

Leichtbeton LB25 mit Bims 4.038 488 238 895 1.149 998 49 50 84<br />

Leichtbeton LB25 mit Blähton 5.090 567 299 1.045 1.604 996 68 51 106<br />

EPS-Leichtbeton mit PZ 8.107 893 403 1.565 1.940 1.705 181 87 137<br />

Schwerbeton 2.361 232 128 488 580 400 35 20 44<br />

Anmerkungen zu den Emissionen<br />

Wie im Allgemeinen Teil, Kap. 3 beschrieben, werden im Rahmen der Prozeßkettenanalyse<br />

nur energiebedingte Emissionen ermittelt. Um auch relevante prozeßbedingte<br />

Emissionen zu erfassen, werden die Ergebnisse der Prozesskettenanalyse mit<br />

Gesamtemissionen aus der Fachliteratur abgeglichen, etwaige Abweichungen detailliert<br />

untersucht <strong>und</strong> die so ermittelten Gesamtemissionen als stoffspezifische Basisdaten<br />

ausgewiesen. Die so ermittelten Werte werden dann in der Datenbank abgelegt.<br />

Der größte Teil der Emissionen für Beton wird durch die Bereitstellung der verwendeten<br />

Rohstoffe <strong>und</strong> Zwischenprodukte verursacht. Für diese Stoffe wurden auf die oben<br />

beschriebene Art <strong>und</strong> Weise die Gesamtemissionen in vorangegangenen Kapiteln<br />

ermittelt <strong>und</strong> bei der Betonbilanzierung berücksichtigt. Zusammen mit den energiebedingten<br />

Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Beton ist es somit möglich, die im Kapitel<br />

Beton errechneten Emissionen als Gesamtemissionen auszuweisen, da hierbei keine<br />

prozeßbedingten Emissionen anfallen.<br />

N2O<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


56 E Beton<br />

Lediglich zu Vergleichszwecken werden in Tabelle E-5 Emissionswerte aus der<br />

Fachliteratur aufgeführt. Die obersten beiden Zeilen der Tabelle enthalten die in dieser<br />

Studie ausgewiesenen Emissionen (vgl. Tabelle E-3). Bei /GEM/ gibt es nur einen<br />

Datensatz zu Beton, der nicht näher spezifiziert wird. Aus /ÖKO 95/ wird der Datensatz<br />

für Normalbeton B25 angegeben.<br />

Tabelle E-5: Vergleich der Gesamtemissionen für Beton nach Tabelle E-3, /GEM/<br />

<strong>und</strong> /ÖKO 95/<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Normalbeton B25 mit PZ 658 118 37 315 84 104 11 16 11<br />

Normalbeton B25 mit HOZ 317 36 22 143 28 37 11 4 8<br />

Beton /GEM/ - 151 150 660 60 170 20 0 70<br />

Transportbeton B25 /ÖKO 95/ - 130 18 77 60 36 25 1 -<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]


Betonfertigteile 57<br />

4 Betonfertigteile<br />

Die Betonfertigteile stellen zusammen mit den Betonwaren die zweite große Sparte der<br />

Betonprodukte neben dem Transportbeton dar. Betonfertigteile sind konstruktive<br />

Bauelemente aus Beton oder Stahlbeton, hierzu zählen Wand- <strong>und</strong> Deckenelemente aber<br />

auch Betonrohre oder Fertigteilelemente für den Brückenbau. Bei den Fertigteilen<br />

kommt entweder Leichtbeton oder Normalbeton, beide nach den gängigen Rezepturen<br />

gemischt, zur Anwendung. Sie werden bewehrt <strong>und</strong> unbewehrt hergestellt.<br />

4.1 Herstellung<br />

Der Beton wird gemischt <strong>und</strong> danach in vorgefertigte Schalungselemente gegossen <strong>und</strong><br />

verdichtet. In der Schalung härtet er aus, bis ein entsprechender Härtegrad erreicht ist.<br />

Um diesen Vorgang zu beschleunigen wird dem Beton in vielen Fällen Wärme zugeführt.<br />

Dabei wird entweder direkt bedampft oder die Schalungstische bzw. die Hallen in denen<br />

die Schalungen lagern werden beheizt. Abbildung E-2 zeigt den Herstellungsprozeß <strong>von</strong><br />

Betonfertigteilen.<br />

Härtung: beheizte Formtische,<br />

Hallenhärtung<br />

Wiegen <strong>und</strong> Mischen<br />

Fertigbeton<br />

Transport zur Schalung<br />

In Schalung gießen<br />

Verdichten, Rütteln<br />

Ausschalen <strong>und</strong><br />

Zwischenlagern<br />

Betonfertigteil<br />

4.<br />

Lufthärtung<br />

Abbildung E-2: Betonfertigteilherstellung nach /MAR 80/ (überarbeitet).<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


58 E Beton<br />

4.2 Energetische Daten zur Produktion<br />

Die verschiedenen Schritte, die zur Produktion <strong>von</strong> Betonfertigteilen notwendig sind,<br />

werden zu einem Wert zusammengefaßt. Beim Härtungsprozeß muß zwischen der<br />

Dampfhärtung <strong>und</strong> der Lufthärtung unterschieden werden, da dampfgehärtete<br />

Fertigteile einen höheren Energieverbrauch verursachen. Für die Dampferzeugung wird<br />

in der Regel Leichtöl verwendet. Die unten angegebenen energetischen Daten beziehen<br />

sich auf eine Tonne des jeweiligen Fertigteils.<br />

Mischen, Verdichten, Fördern: 16,1 kWh Strom<br />

Härten mit Dampf: 10,7 l Leichtöl<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Wie beim Transportbeton wird auch bei den Betonfertigteilen zwischen bewehrtem <strong>und</strong><br />

unbewehrtem Beton unterschieden. Es wird <strong>von</strong> einem Bewehrungsanteil <strong>von</strong> 2 Vol%<br />

pro Kubikmeter Beton ausgegangen /OPB 99/. Ausdrücklich sei hier auf das Kap.<br />

E Beton (Pkt. 3.3) hingewiesen, wo die Energieaufwendungen für unterschiedliche<br />

Stahlanteile diskutiert werden.<br />

Einen großen Anteil am Energieaufwand hat auch die Dampfhärtung, sie erhöht z.B.<br />

den KEA für die Herstellung <strong>von</strong> Fertigteilen aus Beton B25 um bis zu 30 %. Aus diesem<br />

Gr<strong>und</strong> wird an dieser Stelle nicht nur der KEA <strong>von</strong> bewehrten <strong>und</strong> unbewehrten<br />

Betonfertigteilen unterschieden, sondern auch zwischen Dampf- <strong>und</strong> Lufthärtung.<br />

In Abbildung E-3 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> unbewehrten, dampfgehärteten<br />

Betonfertigteilen dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Herstellung Betonfertigteil<br />

Betonfertigteil<br />

947 MJ (100,0 %)<br />

Brechsand, Splitt<br />

7 MJ (0,8 %)<br />

Sand, Kies<br />

30 MJ (3,1 %)<br />

Wasser<br />

0,1 MJ (0,0 %)<br />

LKW-Transport<br />

23 MJ (2,4 %)<br />

Baustellenverkehr<br />

28 MJ (2,9 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

196 MJ (20,7 %)<br />

Hochofenzement<br />

217 MJ (22,9 %)<br />

Diesel<br />

18 MJ (1,9 %)<br />

Leichtöl<br />

428 MJ (45,2 %)<br />

Abbildung E-3: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Betonfertigteilen<br />

(unbewehrt, dampfgehärtet)


Betonfertigteile 59<br />

Der größere Teil der Emissionen bei der Erzeugung <strong>von</strong> Betonfertigteilen entsteht in<br />

vorgelagerten Prozessen. Beim Herstellungsprozeß entstehen bis zur Härtung nur<br />

geringe Emissionen. Werden die Fertigteile dampfgehärtet, so erhöhen sich die<br />

Emissionen <strong>von</strong> CO2 um durchschnittlich 10 bis 20 %, auch die anderen Emissionen<br />

steigen merklich an.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle E-6: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> verschiedenen Betonfertigteilen<br />

ohne Bewehrung <strong>und</strong> ohne Dampfhärtung<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Normalbeton B25 mit PZ 856 128 44 347 92 125 14 16 13<br />

Normalbeton B25 mit HOZ 522 48 33 180 37 60 19 4 10<br />

Leichtbeton LB25 mit Bims 1.242 203 64 531 145 190 18 27 19<br />

Leichtbeton LB25 mit Blähton 2.436 248 140 717 653 233 43 29 46<br />

EPS-Leichtbeton mit PZ 3.464 443 131 1.074 328 477 155 57 35<br />

Tabelle E-7: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> verschiedenen Betonfertigteilen<br />

mit Bewehrung <strong>und</strong> ohne Dampfhärtung<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Normalbeton B25 mit PZ 2.652 362 90 483 763 732 40 18 24<br />

Normalbeton B25 mit HOZ 2.318 242 148 457 744 677 36 23 55<br />

Leichtbeton LB25 mit Bims 4.283 597 141 748 1.290 1.224 61 29 36<br />

Leichtbeton LB25 mit Blähton 5.342 679 209 921 1.741 1.260 82 31 62<br />

EPS-Leichtbeton mit PZ 8.762 1.138 269 1.475 2.336 2.288 223 62 66<br />

Tabelle E-8: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> verschiedenen Betonfertigteilen<br />

ohne Bewehrung <strong>und</strong> mit Dampfhärtung<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Normalbeton B25 mit PZ 1.285 160 68 468 135 134 22 17 19<br />

Normalbeton B25 mit HOZ 947 80 57 301 80 69 27 5 16<br />

Leichtbeton LB25 mit Bims 1.671 234 88 652 187 199 26 27 24<br />

Leichtbeton LB25 mit Blähton 2.847 326 163 844 688 239 50 30 53<br />

EPS-Leichtbeton mit PZ 3.893 474 156 1.195 370 486 163 58 41<br />

N2O<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


60 E Beton<br />

Tabelle E-9: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> verschiedenen Betonfertigteilen<br />

mit Bewehrung <strong>und</strong> mit Dampfhärtung<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Normalbeton B25 mit PZ 3.080 394 115 604 806 740 47 19 30<br />

Normalbeton B25 mit HOZ 2.761 318 101 441 753 678 48 8 27<br />

Leichtbeton LB25 mit Bims 4.711 628 165 869 1.333 1.233 69 30 42<br />

Leichtbeton LB25 mit Blähton 5.770 711 233 1.041 1.783 1.269 90 32 67<br />

EPS-Leichtbeton mit PZ 9.191 1.170 293 1.596 2.379 2.297 231 63 72<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]


Betonwaren aus Normalbeton 61<br />

5 Betonwaren aus Normalbeton<br />

Zu den Betonwaren zählt man Betonsteinpflaster, Gewegplatten, Bord- <strong>und</strong> Rinnsteine,<br />

sowie Mauersteine. Diese werden entweder aus Normalbeton, welcher nach gängiger<br />

Rezeptur hergestellt ist oder aus Leichtbeton gegossen. Hier werden nur Betonwaren<br />

aus Normalbeton behandelt, die aus Leichtbeton finden sich im Kapitel G Leichtbetonmauersteine.<br />

5.1 Herstellung<br />

Die Herstellungsverfahren verschiedener Betonwaren sind bis zum Trocknungsprozeß<br />

ungefähr gleich, dann muß zwischen Dampfhärtung <strong>und</strong> Lufthärtung unterschieden<br />

werden. Abbildung E-4 zeigt den Herstellungsprozeß.<br />

Dampfhärtung<br />

Kammer-, Pistenhärtung<br />

Wiegen <strong>und</strong> Messen<br />

Formfester Beton<br />

Formgebung - Pressen<br />

Umstapeln - Gabelstapler<br />

Fertiggeformte Betonware<br />

Endbearbeitung<br />

Fräsen, Schleifen<br />

Fertige Betonware<br />

Abbildung E-4: Betonwarenherstellung nach /MAR 80/ (überarbeitet).<br />

4.<br />

Lufthärtung<br />

4.<br />

4.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


62 E Beton<br />

5.2 Energetische Daten zur Produktion<br />

Als Angaben über den Energieeintrag für die Herstellung einer Tonne Betonwaren<br />

finden sich bei /MAR 80/ folgende Werte:<br />

Dosieren, Mischen, Formen: 6,5 kWh Strom<br />

Innerbetrieblicher Transport: 0,6 l Diesel<br />

Dampfhärtung: 0,9 l Heizöl<br />

5.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung E-5 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Betonwaren dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Herstellung Betonware<br />

Betonware<br />

793 MJ (100,0 %)<br />

Brechsand, Splitt<br />

7 MJ (0,9 %)<br />

Sand, Kies<br />

30 MJ (3,8 %)<br />

Portlandzement<br />

558 MJ (70,4 %)<br />

Wasser<br />

0,1 MJ (0,0 %)<br />

LKW-Transport<br />

23 MJ (2,9 %)<br />

Baustellenverkehr<br />

28 MJ (3,5 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

86 MJ (10,8 %)<br />

Leichtöl<br />

36 MJ (4,6 %)<br />

Diesel<br />

25 MJ (3,1 %)<br />

Abbildung E-5: Primärnergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> Betonwaren<br />

Beim eigentlichen Mischvorgang, bei der Verarbeitung <strong>und</strong> beim Trocknen <strong>von</strong><br />

Betonwaren entstehen nur geringe Emissionen. Auch hier wird der größte Anteil der<br />

Emissionen durch Bereitstellung der Rohstoffe verursacht. Durch die Dampfhärtung<br />

erhöhen sich die Emissionen nicht wesentlich.


Betonwaren aus Normalbeton 63<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle E-10: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Betonwaren aus<br />

Normalbeton<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Betonware ohne Dampfhärtung 756 123 43 349 89 113 15 16 13<br />

Betonware mit Dampfhärtung 792 126 45 359 93 114 15 16 14<br />

/COR 97/,/EYE 98/,/LIE 97/,/MAR 80/,/MAU 95/,/ÖKO 95/,/OPB 99/,/SAI 99/<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


1 Einleitung<br />

F Gasbeton<br />

Gasbeton, der auch unter dem Namen Porenbeton bekannt ist, wird nach einer anderen<br />

Rezeptur hergestellt als normaler Beton. Ihm wird neben den üblichen Zuschlägen<br />

zusätzlich Kalk, Anhydrit <strong>und</strong> Aluminiumpulver beigegeben. Das feingemahlene Pulver<br />

reagiert mit den alkalischen <strong>und</strong> kieselsäurereichen Zuschlägen (Zement, Kalk,<br />

Quarzsand) <strong>und</strong> bildet unter Freisetzung <strong>von</strong> Wasserstoff Poren mit 2 bis 3 mm<br />

Durchmesser im Beton. Nach dem Härten erreicht der Gasbeton eine Dichte zwischen<br />

400 <strong>und</strong> 600 kg/m 3 , <strong>und</strong> ist damit ein sehr leichter Werkstoff mit guten Wärmedämmeigenschaften.<br />

Er wird zu Mauersteinen oder zu Montagebauteilen, die z.B. als Decken<strong>und</strong><br />

Wandelemente im Fertigteilbau Verwendung finden, verarbeitet. Die Montagebauteile<br />

werden mit Bewehrung ausgeführt.<br />

2 Rohstoffe<br />

Zement<br />

Der Zement bildet zusammen mit dem Wasser den sogenannten Zementleim, der die<br />

Zuschlagstoffe umhüllt <strong>und</strong> beim Erhärten fest miteinander verkittet. Nach dem<br />

Erhärten ist er als Zementstein maßgebend für Dichtigkeit, Druckfestigkeit <strong>und</strong><br />

Beständigkeit des Betons. Bei bewehrtem Beton schützt er die Stahleinlagen vor<br />

Korrosion, dies ist bei Gasbeton wegen seiner Porosität jedoch nicht gegeben. Die<br />

Bewehrung erhält daher einen Korrosionsschutz.<br />

Wasser<br />

Das Wasser ermöglicht die Erhärtung des Bindemittels <strong>und</strong> dient als Gleitmittel, das ein<br />

gutes Zusammenrutschen <strong>und</strong> damit eine Verdichtung der Zuschlagstoffe ermöglicht.<br />

Zuschlagstoffe<br />

Der Mischung aus Zement <strong>und</strong> Wasser wird zur Herstellung <strong>von</strong> Gasbeton Sand als<br />

Feinzuschlag beigemischt <strong>und</strong>, in einigen Fällen, ein kleiner Anteil Splitt als Grobzuschlag.<br />

Außerdem wird, im Gegensatz zu den üblichen Betonmischungen, noch Anhydrit,<br />

Kalk <strong>und</strong> Aluminiumpulver als Treibmittel beigefügt.<br />

Baustahl<br />

Der für die Bewehrung der Montagebauteile verwendete Baustahl wird als Mattengeflecht<br />

geliefert <strong>und</strong> erhält zusätzlich einen Korrosiosschutz, bevor er in die Form<br />

eingebracht wird. Die Bewehrung erhöht die Stabilität des Betons, da sie die eingeleiteten<br />

Zugkräfte aufnimmt.<br />

65<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


66 F Gasbeton<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe<br />

Zement<br />

Für die Herstellung <strong>von</strong> Gasbeton wird im Normalfall Portlandzement verwendet. In<br />

einigen Ausnahmefällen wird auch Hochofenzement eingesetzt. Der Zement wird per<br />

LKW zum Werk transportiert.<br />

Zuschlagstoffe für Gasbeton<br />

Bausand, Baukies<br />

Diese Zuschlagstoffe werden, nach der Gewinnung <strong>und</strong> u. U. Veredelung zum Werk<br />

transportiert. Natürlich vorkommender Sand <strong>und</strong> Kies werden im Tagebau gewonnen,<br />

gewaschen <strong>und</strong> gesiebt. Brechsand <strong>und</strong> Splitt werden nach dem Brechen wie Sand <strong>und</strong><br />

Kies verarbeitet.<br />

Anhydrit<br />

Anhydrit, der zur Herstellung <strong>von</strong> Gasbeton benötigt wird, ist ein in der Natur<br />

vorkommender wasserfreier Gips. Dieser hat durch geologische Vorgänge sein<br />

Kristallwasser verloren. Die Qualität des natürlich gewonnenen Anhydrit schwankt. Aus<br />

diesem Gr<strong>und</strong> wird für die Herstellung <strong>von</strong> Gasbetonbauteilen auch synthetischer<br />

Anhydrit verwendet, der bei der Herstellung <strong>von</strong> Flußsäure aus Flußspat als Reaktionsprodukt<br />

anfällt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

CaF2 + H2SO4 = CaSO4 + 2 HF<br />

Flußspat Schwefelsäure Anhydrit Flußsäure<br />

Aluminiumpulver<br />

Zur Herstellung des Aluminiumpulvers verwendet man meist Aluminiumschrott- oder<br />

Abfallprodukte, die gemahlen werden.<br />

Feinkalk<br />

Zur Herstellung <strong>von</strong> Gasbeton wird Branntkalk (Feinkalk) verwendet, der durch<br />

Brennen <strong>von</strong> Kalkstein (Weißkalk) bzw. Dolomit (Graukalk) bei Temperaturen zwischen<br />

1.000°C <strong>und</strong> 1.200°C erzeugt wird. Nach dem Brennprozeß wird der Kalkstein fein<br />

gemahlen (s. C Kalk, Pkt. 5).<br />

Baustahl<br />

Wird aus den entsprechenden metallverarbeitenden Betrieben zum Werk geliefert.<br />

2.2 Energetische Daten<br />

Zur Abschätzung der Transportwege der einzelnen Einsatzstoffe bis zum Herstellungsbetrieb<br />

existieren Werte in der angegebenen Literatur. Als Hauptquelle wird /LIE 97/<br />

verwendet. Für Gasbeton liegen zudem Werte <strong>von</strong> zwei Herstellern /HEB 95/,/IÖW 96/<br />

vor, <strong>von</strong> denen jeder ca. 40 % des in Deutschland produzierten Gasbetons erzeugt. Die<br />

Angaben liegen in keinem Fall weiter auseinander, daher werden aus ihnen die<br />

Transportwege gemittelt. Die dort nicht angegebenen Werte wurden abgeschätzt.


Rohstoffe 67<br />

Zement<br />

Die energetischen Daten, die dem Zement zugr<strong>und</strong>e liegen, sind dem Kap. D Zement<br />

(Pkt. 4 bis 6) entnommen. Der hier behandelte Gasbeton enthält in den meisten Fällen<br />

Portlandzement, selten auch Hochofenzement. Für den Transport vom Zementwerk zum<br />

Betonwerk wurde ein Transportweg <strong>von</strong> 104 km zugr<strong>und</strong>e gelegt /HEB 95/,/IÖW 96/.<br />

Wasser<br />

Der Energieaufwand zur Bereitstellung des Wassers, das zur Herstellung <strong>von</strong> Gas- <strong>und</strong><br />

Leichtbeton benötigt wird, ist sehr gering <strong>und</strong> kann daher vernachlässigt werden.<br />

Zuschlagstoffe für Gasbeton<br />

Bausand, Baukies<br />

Diese beiden Stoffe werden entsprechend dem Kap. A Bausand, Baukies (Pkt. 3)<br />

bilanziert. In der Energiebilanz wird die Herstellung <strong>von</strong> Brechsand <strong>und</strong> Splitt<br />

berücksichtigt, die aus Naturstein gebrochen, 15 % der Gesamtmenge des Zuschlags<br />

Sand <strong>und</strong> Kies ausmachen. Als Transportweg vom Kieswerk bis zum Werk wird eine<br />

Strecke <strong>von</strong> 10 km veranschlagt /LIE 97/.<br />

Anhydrit<br />

Der natürliche Anhydrit wird im Tagebau gewonnen, der synthetische fällt als<br />

Reaktionsprodukt an. Die Energieaufwendung zur Bereitstellung <strong>von</strong> Anhydrit sind im<br />

Kapitel B Gips (Pkt. 2) dargestellt. Der Anhydrit wird fein gemahlen <strong>und</strong> dann<br />

abgepackt. Er wird im Mittel 280 km zum Gasbetonwerk transportiert.<br />

Aluminiumpulver<br />

Die Daten zur Herstellung <strong>von</strong> Aluminium sind dem Teil III (Teil B, Kap. 4.4 bis 4.6)<br />

entnommen. Für das Mahlen des Aluminiums zu Pulver werden 6,11 kWh pro Tonne<br />

Aluminium angegeben. Für den Transport sind 292 km angesetzt /HEB 95/,/IWÖ 96/.<br />

Feinkalk<br />

Die Angaben über den Energieverbrauch <strong>und</strong> die Emissionen sind dem Kap. C Kalk<br />

(Pkt. 5) entnommen. Als Transportentfernung wird mit einem Weg <strong>von</strong> 104 km<br />

gerechnet /HEB 95/,/IWÖ 96/.<br />

Baustahl<br />

Die energetischen Angaben über Baustahl sind der <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> Stahl /COR 97/<br />

entnommen. Als Entfernung, über die der Stahl transportiert wird, ist eine Strecke <strong>von</strong><br />

270 km veranschlagt worden /HEB 95/,/IÖW 96/.<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Die Berechnung der primärenergetischen Aufwendungen <strong>und</strong> der Emissionen für den<br />

Transport der Rohstoffe erfolgt mit den in Tabelle 6 Teil I (Allgemeiner Teil) enthaltenen<br />

Werten für Nah- <strong>und</strong> Ferntransporte bzw. Hochseetransporte.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


68 F Gasbeton<br />

Tabelle E-1: Kumulierter Energieaufwand <strong>und</strong> Emissionen zur Bereitstellung<br />

<strong>von</strong> Rohstoffen für die Betonherstellung<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

Sand <strong>und</strong> Kies 44 28 4 24 3 3 3 0 2<br />

Portlandzement 4.290 893 184 1.874 590 754 17 118 43<br />

Baustahl 27.690 2.255 1.778 4.163 10.885 9.562 293 283 682<br />

Anhydrit 72 5 8 46 5 5 6 0 3<br />

Aluminiumpulver 305 21 44 257 25 15 31 1 19<br />

Feinkalk 4.663 1.059 297 453 304 1.003 22 59 190


Gasbetonsteine, Montagebauteile 69<br />

3 Gasbetonsteine, Montagebauteile<br />

3.1 Herstellung<br />

Die einzelnen Einsatzstoffe, die zur Gasbetonherstellung notwendig sind, werden dosiert<br />

<strong>und</strong> mit Wasser vermischt. Kurz bevor der Beton in die vorbereitete Form gegossen<br />

wird, gibt man das, als Treibmittel wirkende, Aluminiumpulver zu. Dieses setzt<br />

Wasserstoff frei, der im Gasbeton Kugelporen mit 2 bis 3 mm Durchmesser bildet. Bei<br />

Montagebauteilen wird vor dem Gießen die Bewehrung in die Form eingebracht. Nach<br />

dem Ansteifen wird der Block aus der Form genommen <strong>und</strong> in das gewünschte Format<br />

zugeschnitten. Dann erfolgt die Dampfhärtung bei einem Druck <strong>von</strong> 12 bar <strong>und</strong> einer<br />

Temperatur <strong>von</strong> 190°C.<br />

Rohmaterialien<br />

Aufbereitung, Dosierung<br />

<strong>und</strong> Mischung<br />

Betonmischung<br />

Zugabe des Aluminiumpulvers<br />

kurz vor dem Gießen<br />

Gießen, Treiben, Ansteifen<br />

Rohblock<br />

Schneiden<br />

Dampfhärten<br />

Gasbetonstein<br />

4.<br />

Montagebauteil<br />

Abbildung E-1: Herstellungsprozeß <strong>von</strong> Gasbetonprodukten<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


70 F Gasbeton<br />

Die Rezeptur der Gasbetonmischung unterscheidet sich etwas <strong>von</strong> den anderen<br />

Betonsorten, da zusätzlich zu Zement, Zuschlägen (Sand <strong>und</strong> Splitt) <strong>und</strong> Wasser der<br />

Mischung noch Kalk, Anhydrit <strong>und</strong> Aluminiumpulver beigegeben wird. Die Mischungsverhältnisse<br />

für Gasbetonblöcke <strong>und</strong> Montagebauteile unterscheiden sich ferner, da<br />

letztere eine größere Dichte erreichen müssen, (s. Tabelle E-2). Zu beachten ist auch,<br />

daß Montagebauteile üblicherweise eine Bewehrung erhalten.<br />

Tabelle E-2: Rezepturen zur Mischung <strong>von</strong> Gasbeton unterschiedlicher Dichte<br />

Rohstoffe<br />

Alle Werte je Tonne<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Gasbetonstein<br />

Dichte 0,4 kg/dm 3<br />

[kg]<br />

Gasbetonstein<br />

Dichte 0,5 kg/dm 3<br />

[kg]<br />

Gasbetonstein<br />

Dichte 0,6 kg/dm 3<br />

[kg]<br />

Montagebauteil<br />

Dichte 0,5 kg/dm 3<br />

[kg]<br />

Montagebauteil<br />

Dichte 0,4 kg/dm 3<br />

Sand, Kies 507,5 504 595 564 586,7<br />

Feinkalk 102,5 104 175 122 168,3<br />

Portlandzement 305 260 153 246 168,3<br />

Anhydrit 35 44 40 38 40<br />

Aluminiumpulver 1,25 0,7 0,33 0,7 0,48<br />

Wasser 682,5 648 625 648 625<br />

Bewehrung keine keine keine 54,4 45,3<br />

3.2 Energetische Daten zur Produktion<br />

Es muß zwischen Gasbetonblöcken <strong>und</strong> Montagebauteilen unterschieden werden.<br />

Montagebauteile verursachen bedingt durch die Bewehrung <strong>und</strong> ihre größeren Abmaße,<br />

einen höheren Gas- <strong>und</strong> Stromverbrauch. Weiter sind die energetischen Daten für den<br />

Herstellungsprozeß <strong>von</strong> Gasbetonblöcken <strong>und</strong> Montagebauteilen <strong>von</strong> der Dichte<br />

abhängig.<br />

Tabelle E-3: Energiedaten für die Herstellung der verschiedenen Gasbetonsteine<br />

/HEB 95/<br />

Prozeßschritte bzw. Verbrauchsart<br />

Gasbetonblöcke Dichte: Montagebauteile Dichte:<br />

Alle Werte je Tonne 0,4 kg/dm 3<br />

0,5 kg/dm 3<br />

0,6 kg/dm 3<br />

0,5 kg/dm 3<br />

0,6 kg/dm 3<br />

Mahlen der Gr<strong>und</strong>stoffe: 6,9 kWh 6,6 kWh 6,3 kWh 6,6 kWh 6,3 kWh<br />

Dosieren, Wasserzuleitung, Mischen, Gießen, Schneiden, Reststoffrückführung, Dampferzeugung, Beladen, Härten,<br />

Entladen, Verpacken, (Stahlverarbeitung, Korrosionsschutz):<br />

Erdgasverbrauch: 22,3 m 3<br />

17,8 m 3<br />

14,9 m 3<br />

19,6 m 3<br />

[kg]<br />

16,3 m 3<br />

Stromverbrauch: 71,9 kWh 57,5 kWh 47,9 kWh 91,8 kWh 76,5 kWh<br />

Staplertransporte:<br />

Dieselverbrauch: 0,8 l 0,7 l 0,6 l 0,7 l 0,6 l


Gasbetonsteine, Montagebauteile 71<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung E-2 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Gasbeton dargestellt.<br />

Herstellung Gasbetonsteine<br />

Gasbetonsteine<br />

3618 MJ (100,0 %)<br />

Sand, Kies<br />

19 MJ (0,5 %)<br />

Brechsand, Splitt<br />

5 MJ (0,1 %)<br />

Portlandzement<br />

1310 MJ (36,2 %)<br />

Naturanhydrit<br />

3 MJ (0,1 %)<br />

Wasser<br />

0,1 MJ (0,0 %)<br />

Aluminiumpulver<br />

0,1 MJ (0,0 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

903 MJ (25,0 %)<br />

Erdgas<br />

791 MJ (21,9 %)<br />

Diesel<br />

34 MJ (0,9 %)<br />

Branntkalk (Feinkalk)<br />

476 MJ (13,1 %)<br />

Baustellenverkehr<br />

18 MJ (0,5 %)<br />

LKW-Transport<br />

61 MJ (1,7 %)<br />

Abbildung E-2: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Gasbeton<br />

(0,4 kg/dm 3 )<br />

Die bei der Herstellung <strong>von</strong> Gasbeton anfallenden Emissionen sind gering, sie werden<br />

zum Großteil beim Dampfhärten durch die Verbrennung <strong>von</strong> Erdgas <strong>und</strong> indirekt durch<br />

die Bereitstellung <strong>von</strong> Strom verursacht. Die meisten Emissionen entstehen bei der<br />

Produktion der, für die Gasbetonherstellung benötigten, Rohstoffe.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle E-4: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Gasbetonprodukten<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

Gasbetonblock 0,4 kg/dm 3<br />

Gasbetonblock 0,5 kg/dm 3<br />

Gasbetonblock 0,6 kg/dm 3<br />

Montagebauteil 0,5 kg/dm 3<br />

Montagebauteil 0,6 kg/dm 3<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

/COR 97/, /LIE 97/, /HEB 95/, /IÖW 96/<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

3.619 471 176 849 259 559 30 47 48<br />

3.103 417 156 757 227 484 29 40 46<br />

2.753 388 146 563 180 446 26 31 53<br />

5.119 651 212 898 804 1.059 53 43 60<br />

4.419 551 239 803 688 925 42 46 85<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


1 Einleitung<br />

G Leichtbetonmauersteine<br />

Die verschiedenen Leichtbetonmauersteine werden vor allem im Hausbau als<br />

Alternative zu Ziegeln verwendet. Sie enthalten poröse Zuschläge wie Bims oder Blähton<br />

<strong>und</strong> weisen dadurch gute Wärmedämmeigenschaften auf. Man zählt die Leichtbetonmauersteine<br />

zu den Betonwaren. Sie werden, im Gegensatz zu den im Kap. E Beton<br />

(Pkt. 5) beschriebenen Normalbetonwaren, nicht nach den gängigen Betonrezepturen<br />

gemischt. Durch einen größeren Anteil an Leichtzuschlägen verringert sich der Wärmedurchgangskoeffizient<br />

(d.h. die Wärmedämmfähigkeit der Bauteile verbessert sich).<br />

Zusätzlich sind noch Leichtbetonplatten erfaßt, die z.B. für Leichtbauwände <strong>und</strong><br />

abgehängte Decken verwendet werden können.<br />

2 Rohstoffe<br />

Zement<br />

Der Zement bildet zusammen mit dem Wasser den sogenannten Zementleim, der die<br />

Zuschlagstoffe umhüllt <strong>und</strong> beim Erhärten fest miteinander verkittet. Nach dem<br />

Erhärten ist er als Zementstein maßgebend für Dichtigkeit, Druckfestigkeit <strong>und</strong><br />

Beständigkeit des Betons.<br />

Wasser<br />

Das Wasser ermöglicht die Erhärtung des Bindemittels <strong>und</strong> dient als Gleitmittel, das<br />

eine Verdichtung der Zuschlagstoffe ermöglicht.<br />

Zuschlagstoffe<br />

Zur Produktion <strong>von</strong> Leichtbeton wird der Mischung aus Zement <strong>und</strong> Wasser, ein<br />

Grobzuschlag, mit geringer Dichte <strong>und</strong> großer Festigkeit z.B. Bims oder Blähton<br />

zugegeben.<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe<br />

Zement<br />

Für die Herstellung der verschiedenen Leichtbetonsteine wird im Normalfall Portlandzement<br />

verwendet. Der Zement wird per LKW zum Werk transportiert.<br />

Zuschlagstoffe für Leichtbeton<br />

Bims<br />

In Deutschland wird Bims nur im Bereich des Neuwieder Beckens abgebaut. Je<br />

nachdem welche Dichte das fertige Bimsprodukt erreichen soll, wird der Bims vor der<br />

Weiterverarbeitung noch gewaschen. Im Waschvorgang werden Sand <strong>und</strong> Kies, sowie<br />

73<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


74 G Leichtbetonmauersteine<br />

abschlämmbare Bestandteile abgeschieden, der Bims erreicht dadurch eine mittlere<br />

Dichte <strong>von</strong> 0,5 kg/dm 3 . Da 74 % des in Deutschland verarbeiteten Bimses aus dem<br />

Neuwieder Becken stammen, wird im folgenden aus dem Ausland importierter Bims<br />

vernachlässigt.<br />

Blähton<br />

Der im Tagebau gewonnene Ton wird aufbereitet <strong>und</strong> dann granuliert. Die Tongranalien<br />

durchlaufen ein Drehrohrofensystem (in manchen Fällen auch einen Wirbelschichtofen).<br />

Sie werden dabei zuerst vorgewärmt <strong>und</strong> dann schnell auf 1.200°C erhitzt, dadurch<br />

verdampft das im Ton geb<strong>und</strong>ene Wasser <strong>und</strong> bläht die Granalien auf das ca. fünffache<br />

ihrer Größe auf.<br />

2.2 Energetische Daten<br />

Zur Abschätzung der Transportwege der einzelnen Einsatzstoffe bis zum Herstellungsbetrieb<br />

existieren Werte in der angegebenen Literatur. Als Hauptquelle wird /LIE 97/<br />

verwendet. An Stellen an denen es sinnvoll erschien wurden auch Werte aus dem Kap.<br />

F Gasbeton entsprechend /HEB 95/,/IÖW 96/ übernommen. Die dort nicht angegebenen<br />

Werte wurden abgeschätzt.<br />

Zement<br />

Die Daten zur Zementherstellung sind dem Kap. D Zement (Pkt. 4 bis 6) entnommen.<br />

Der hier behandelte Leichtbeton enthält in den meisten Fällen Portlandzement, selten<br />

auch Hochofenzement. Für den Transport vom Zementwerk zum Betonwerk wurde ein<br />

Transportweg <strong>von</strong> durchschnittlich 150 km zugr<strong>und</strong>e gelegt /LIE 97/.<br />

Wasser<br />

Der Energieaufwand zur Bereitstellung des Wassers, das zur Herstellung <strong>von</strong> Gas- <strong>und</strong><br />

Leichtbeton benötigt wird, ist sehr gering <strong>und</strong> kann daher vernachlässigt werden.<br />

Zuschlagstoffe für Leichtbeton<br />

Blähton<br />

Über den Abbau <strong>von</strong> Rohton liegen Daten im Kap. I Ziegel (Pkt. 2) vor, die Herstellung<br />

des Blähtons ist entsprechend der Angaben <strong>von</strong> /FES 95/ bilanziert. Die Herstellung <strong>von</strong><br />

einer Tonne Blähton erfordert folgende Energieaufwendungen:<br />

Abbau <strong>von</strong> 1,1 t Rohton 1 : 0,6 l Diesel<br />

Transport zum Werk: 50 tkm<br />

Blähprozeß: 75 l schweres Heizöl<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

35,0 kWh Strom<br />

Es wird da<strong>von</strong> ausgegangen, daß der Blähton über eine Strecke <strong>von</strong> 100 km transportiert<br />

wird /ÖKO 95/.<br />

1 Zur Herstellung <strong>von</strong> 1 Tonne Blähton benötigt man 1,1 Tonnen Rohton


Rohstoffe 75<br />

Bims<br />

Für den Abbau <strong>von</strong> Naturbims wird ein Dieselverbrauch <strong>von</strong> 0,9 Liter pro Kubikmeter<br />

für das Betreiben der Baumaschinen angesetzt, als Transportentfernung 10 km<br />

/MAU 95/. Der Bims wird nach dem Abbau, je nachdem welche Dichte der fertige<br />

Bimsstein haben soll, gesiebt oder gewaschen. Durch den Waschvorgang werden<br />

leichtere <strong>von</strong> schwereren Fraktionen getrennt. Zur Bereitstellung <strong>von</strong> 1.000 kg<br />

Waschbims sind ca. 1.840 kg Grubenbims erforderlich, zur Bereitstellung <strong>von</strong> 1.000 kg<br />

Bims (gesiebt) werden ca. 1.180 kg Grubenbims benötigt.<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Die Berechnung der primärenergetischen Aufwendungen <strong>und</strong> der Emissionen für den<br />

Transport der Rohstoffe erfolgt mit den in Tabelle 6 Teil I (Allgemeiner Teil) enthaltenen<br />

Werten für Nah- <strong>und</strong> Ferntransporte bzw. Hochseetransporte.<br />

Tabelle E-1: Kumulierter Energieaufwand <strong>und</strong> Emissionen zur Bereitstellung<br />

<strong>von</strong> Rohstoffen für die Leichtbetonherstellung<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Portlandzement 4.290 893 184 1.874 590 754 17 118 43<br />

Blähton 3.694 288 230 544 1.589 126 66 8 86<br />

Grubenbims 67 5 10 59 6 3 7 0 4<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


76 G Leichtbetonmauersteine<br />

3 Leichtbetonmauersteine<br />

Bimssteine werden nach zwei unterschiedlichen Rezepturen gemischt. Für Steine<br />

höherer Dichte wird der Mischung gesiebter Grubenbims, für leichte Steine Waschbims<br />

beigegeben. Die Rezepturen für Porentonmauersteine <strong>und</strong> Bimssteine sind in der<br />

Tabelle E-2 aufgeführt.<br />

Tabelle E-2: Rezepturen zur Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Leichtbetonmauersteinen<br />

Steinart<br />

Zuschlag<br />

Portlandzement Wasser<br />

Alle Werte je Tonne<br />

[kg]<br />

[kg]<br />

[kg]<br />

Porentonmauerstein Blähton 900 100 50<br />

Bimsstein Dichte 0,5 bis 0,6 kg/dm 3<br />

Bimsstein Dichte 0,7 bis 0,9 kg/dm 3<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Waschbims 1<br />

Bims 1<br />

1.397 222 50<br />

1.125 125 50<br />

1 Im Bims ist noch Wasser enthalten, das beim Härten verdunstet, so daß man 1 Tonne trockenen Bimsstein<br />

erhält<br />

3.1 Herstellung<br />

Abbildung E-1 zeigt den Herstellungsprozeß <strong>von</strong> Betonwaren.<br />

Zement<br />

<strong>und</strong><br />

Wasser<br />

Dampfhärtung<br />

Kammer-, Pistenhärtung<br />

evtl. Waschen<br />

Dosieren <strong>und</strong> Mischen<br />

Formfester Beton<br />

Formgebung - Pressen<br />

Umstapeln - Gabelstapler<br />

Leichtbetonmauerstein<br />

Lufthärtung<br />

Zuschläge:<br />

Bims<br />

Blähton<br />

Abbildung E-1: Betonwarenherstellung nach /MAR 80/ (überarbeitet).<br />

4.


Leichtbetonmauersteine 77<br />

Das Herstellungsverfahren für die verschiedenen Leichtbetonsteine unterscheidet sich<br />

bis zum Trocknungsprozeß nicht. Nur bei der Produktion <strong>von</strong> Bimssteinen wird ein<br />

Waschprozeß vorgeschaltet, wenn man Bimssteine mit besonders niedriger Dichte<br />

zwischen 0,5 <strong>und</strong> 0,6 kg/dm 3 herstellen will. Bei der Trocknung muß zwischen<br />

Dampfhärtung <strong>und</strong> Lufthärtung unterschieden werden.<br />

3.2 Energetische Daten zur Produktion<br />

Während die Porentonmauerblöcke im Normalfall luftgehärtet werden, ist bei der<br />

Bimssteinproduktion sowohl die Lufthärtung als auch die Dampfhärtung üblich. Es muß<br />

zwischen luft- <strong>und</strong> dampfgehärteten Steinen unterschieden werden, da die Aushärtung<br />

mittels Heißdampf ein energieintensiver Prozeß ist. Die nachfolgende Aufzählung<br />

enthält die Energieaufwendungen, die zur Produktion <strong>von</strong> einer Tonne des entsprechenden<br />

Leichtbausteins nötig sind:<br />

Porentonmauerblock (LB25): 6,5 kWh Strom für Mischen, Fördern, Formen<br />

0,44 l Diesel für innerbetrieblichen Transport<br />

Bimsstein Dichte 0,5 bis 0,6 kg/dm 3 : 3,12 kWh Strom für Waschen des Grubenbimses<br />

0,42 l Diesel für Waschen <strong>und</strong> Transport<br />

7,53 kWh Strom für weiteren Herstellungsprozeß<br />

8,64 l Leichtöl für Härtungsprozeß<br />

Bimsstein Dichte 0,7 bis 0,9 kg/dm 3 : 5,17 kWh Strom für Herstellungsprozeß<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

0,15 l Diesel für innerbetrieblichen Transport<br />

5,83 l Leichtöl für Härtungsprozeß<br />

Beim eigentlichen Mischvorgang, bei der Verarbeitung <strong>und</strong> beim Trocknen <strong>von</strong><br />

Betonwaren entstehen geringe Emissionen. Falls die Aushärtung mittels Dampf<br />

beschleunigt wird, erhöht sich der KEA <strong>und</strong> damit auch die Emissionen um mehr als das<br />

Doppelte. Ein großer Teil der Emissionen entsteht auch hier in vorgelagerten Prozessen.<br />

In Abbildung E-2 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Leichtbetonmauersteinen dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


78 G Leichtbetonmauersteine<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Wasser<br />

0 MJ (0.0%)<br />

Herstellung Porentonmauerblöcke<br />

Porentonmauerblock<br />

3969 MJ (100.0%)<br />

Zement<br />

429 MJ (10.8%)<br />

Blähton<br />

3324 MJ (83.7%)<br />

Transport LKW (normal)<br />

123 MJ (3.1%)<br />

Strommix Deutschland<br />

74 MJ (1.9%)<br />

Diesel<br />

18 MJ (0.4%)<br />

Abbildung E-2: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Porentonmauerblöcken<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle E-3: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> verschiedenen Leichtbetonmauersteinen<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Porentonmauerblock 3.969 359 252 831 1.505 202 80 20 93<br />

Bimsstein Dichte 0,5 bis 0,6 kg/dm 3<br />

mit Dampfhärtung<br />

Bimsstein Dichte 0,5 bis 0,6 kg/dm 3<br />

ohne Dampfhärtung<br />

Bimsstein Dichte 0,7 bis 0,9 kg/dm 3<br />

mit Dampfhärtung<br />

Bimsstein Dichte 0,7 bis 0,9 kg/dm 3<br />

ohne Dampfhärtung<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

1.751 244 118 847 199 201 50 29 39<br />

1.412 219 99 752 165 194 44 28 34<br />

923 126 59 424 105 102 24 15 19<br />

690 109 46 358 81 97 20 14 16


Leichtbetonplatte 79<br />

4 Leichtbetonplatte<br />

Leichtbetonplatten können alternativ zu Gipskartonplatten verwendet werden. Sie<br />

haben eine Standardwandstärke <strong>von</strong> 12,5 mm <strong>und</strong> werden in verschiedenen Größen<br />

gefertigt.<br />

4.1 Herstellung<br />

Zur Herstellung der Wandelemente wird Zement auf ein Förderband aufgebracht <strong>und</strong><br />

auf den Zement ein Glasgittergewebe gelegt, das der Platte ihre Stabilität gibt. Auf das<br />

Gewebe wird der Beton aufgetragen, ein weiteres Glasgittergewebe auf den Beton gelegt<br />

<strong>und</strong> nochmals eine dünne Zementschicht aufgetragen. Zwischen den einzelnen<br />

Arbeitsschritten <strong>und</strong> am Schluß des Fertigungsprozesses wird die Platte gewalzt. Nach<br />

dem Schneiden werden die fertigen Platten zu Lagerkammern transportiert <strong>und</strong> härten<br />

dort an der Luft aus.<br />

Zement<br />

Aufbringen auf Förderband<br />

Glasgittergewebe Aufbringen auf die<br />

Zementschicht<br />

Mischen des Betons<br />

Formfester Beton Aufbringen auf das<br />

Glasgittergewebe<br />

Walzen<br />

Glasgittergewebe Aufbringen auf die<br />

Betonschicht<br />

Zement Aufbringen auf das<br />

Glasgittergewebe<br />

Walzen, Schneiden<br />

Lufthärten in<br />

Trockenkammern<br />

Leichtbetonwandelement<br />

Abbildung E-3: Herstellung <strong>von</strong> Leichtbetonplatten<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


80 G Leichtbetonmauersteine<br />

4.2 Energetische Daten zur Produktion<br />

Der Energieverbrauch wird anhand der Werte, die über die Herstellung <strong>von</strong> Betonwaren<br />

vorliegen, abgeschätzt. Auf die energetisch aufwendige Dampfhärtung wird verzichtet,<br />

die Elemente härten in Lagerkammern an der Luft. Energieaufwendungen pro Tonne<br />

Leichtbetonplatten:<br />

Dosieren: 6,0 kWh Strom<br />

Mischen: 2,6 kWh Strom<br />

Walzen: 6,0 kWh Strom<br />

Die Energieaufwendungen zur Herstellung der Glasgittergewebe werden mit Hilfe <strong>von</strong><br />

Teil IV (Kunststoffe) abgeschätzt, sie betragen 32 MJ pro Quadratmeter Glasgittergewebe.<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung E-2 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Leichtbetonplatten dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Herstellung Leichtbetonplatte<br />

Leichtbetonplatte<br />

3832 MJ (100.0%)<br />

Glasgittergewebe<br />

551 MJ (14.4%)<br />

Zement<br />

1503 MJ (39.2%)<br />

Blähton<br />

1662 MJ (43.4%)<br />

Wasser<br />

0 MJ (0.0%)<br />

Transport LKW (normal)<br />

116 MJ (3.0%)<br />

Abbildung E-4: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Leichtbetonplatten


Leichtbetonplatte 81<br />

Wie bei allen anderen Betonfertigteilen entstehen auch hier die meisten Emissionen<br />

nicht bei der Produktion <strong>von</strong> Leichtbetonplatten, sondern vorgelagert durch die<br />

Bereitstellung der Rohstoffe.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle E-4: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Leichtbetonplatten<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Leichtbetonplatte 3.832 458 202 1.056 955 390 122 46 66<br />

/LIE 97/, /HEB 95/, /IÖW 96/, /FES 95/, /ÖKO 95/, /MAU 95/<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


1 Einleitung<br />

H Mörtel, Putz, Estrich<br />

Mörtel <strong>und</strong> Putze sind Gemische aus verschiedenen Bindemitteln, z.B. Kalk, Gips, Zement<br />

oder Anhydrit sowie Zuschlägen mit Korngrößen bis zu 8 mm. Das Mengenverhältnis<br />

der Zuschläge zum Bindemittel hat Einfluß auf Raumbeständigkeit <strong>und</strong> Festigkeit<br />

des Mörtels. Bindemittelarme (magere) Mörtel erreichen nur geringe Festigkeit, dagegen<br />

schwinden bindemittelreiche (fette) Mörtel <strong>und</strong> es besteht die Gefahr der Rißbildung.<br />

Die Zuschläge haben Einfluß auf die Dichtigkeit <strong>und</strong> damit auf die Wärmedämmfähigkeit<br />

des Mörtels. Als Zuschlag für Normalmauermörtel kommt Sand zum Einsatz.<br />

Für Leichtmauermörtel <strong>und</strong> Wärmedämmputze werden Bims, Blähton oder Perlite, sowie<br />

Polystyrol verwendet. Wie beim Beton wird auch beim Mörtel zwischen direkt auf<br />

der Baustelle <strong>und</strong> im Werk hergestelltem Mörtel unterschieden.<br />

2 Rohstoffe<br />

Mörtel <strong>und</strong> Putze werden je nach Art des Bindemittels in verschiedene Mörtel- <strong>und</strong><br />

Putzgruppen eingeteilt. Bei Mörteln unterscheidet man drei Gruppen, Mörtel die nur<br />

Kalk enthalten, Mörtel die Zement <strong>und</strong> Kalk enthalten <strong>und</strong> reine Zementmörtel. Letztere<br />

erreichen die größte Festigkeit. Bei Putzen kommt als Bindemittel zusätzlich zu Zement<br />

<strong>und</strong> Kalk noch Anhydrit <strong>und</strong> Gips zum Einsatz. Beim Estrich unterscheidet man<br />

den Zement- <strong>und</strong> den Anhydritestrich, die zusammen 90 % des in Deutschland produzierten<br />

Estrichs ausmachen.<br />

Kalkhydrat<br />

Kalkhydrat wird aus Branntkalk hergestellt. Dieser wird dosiert <strong>und</strong> mit einer festgelegten<br />

Menge Wasser abgelöscht. Beim Trockenlöschverfahren erhält man den pulverförmigen<br />

Löschkalk, beim Naßlöschverfahren, mit Wasserüberschuß, einen Kalkteig. Zu<br />

beachten ist, daß für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne pulverförmigem Kalkhydrat nur<br />

757 kg Kalk notwendig sind.<br />

Zement<br />

Der Zement bildet, mit Wasser vermischt, den sogenannten Zementleim, der die Zuschlagstoffe<br />

umhüllt <strong>und</strong> beim Erhärten fest miteinander verkittet.<br />

Gips<br />

Gips wird aus Naturgips, der nach dem Abbau durch Brechen <strong>und</strong> Mahlen aufbereitet<br />

wird, oder REA-Gips durch verschiedene Brennprozesse hergestellt. Dabei wird dem<br />

Gipsstein das in ihm geb<strong>und</strong>ene Kristallwasser teilweise ausgetrieben.<br />

Anhydrit<br />

Anhydrit ist ein, in der Natur vorkommender, wasserfreier Gips. Dieser hat durch geologische<br />

Vorgänge sein Kristallwasser verloren. Die Qualität des natürlich gewonnenen<br />

83<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


84 H Mörtel, Putz, Estrich<br />

Anhydrit schwankt. Aus diesem Gr<strong>und</strong> wird oft auch synthetischer Anhydrit verwendet,<br />

der bei der Herstellung <strong>von</strong> Flußsäure aus Flußspat als Reaktionsprodukt anfällt.<br />

CaF2 + H2SO4 = CaSO4 + 2 HF<br />

Flußspat Schwefelsäure Anhydrit Flußsäure<br />

Weiter kann Anhydrit durch Brennen aus Gipsstein bei Temperaturen um die 500 bis<br />

700°C gewonnen werden, wobei dem Gipsstein das gesamte Kristallwasser ausgetrieben<br />

wird.<br />

Wasser<br />

Das Wasser ermöglicht das Erhärten des Bindemittels <strong>und</strong> dient als Gleitmittel, welches<br />

ein gutes Zusammenrutschen <strong>und</strong> damit eine Verdichtung der Zuschlagstoffe ermöglicht.<br />

Zuschlagstoffe<br />

Mörteln wird im Normalfall nur Sand (ohne Kiesanteile) als Zuschlag beigemischt, dabei<br />

ist die Korngröße je nach Verwendungsart unterschiedlich. Als Obergrenze sind 8 mm<br />

angegeben. Um Leichtmauermörtel oder Putze mit guten Wärmedämmeigenschaften zu<br />

erhalten, gibt man Bims, Blähton oder Blähperlite als Grobzuschlag bei. Jedoch wird<br />

z.T. auch noch Sand (10 bis 30 Gew%) als Feinzuschlag zugegeben. Um Wärmedämmputze<br />

zu erhalten werden Polystyrolschaumkugeln (EPS-Granulat) oder Blähperlite<br />

verwendet.<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe<br />

Kalkhydrat<br />

Wird nach der Herstellung in den entsprechenden Betrieben zur Weiterverarbeitung in<br />

das Mörtelwerk verbracht.<br />

Zement<br />

Die am häufigsten zur Mörtel- <strong>und</strong> Putzherstellung verwendete Zementart ist der Portlandhüttenzement,<br />

er wird aus den entsprechenden Betrieben ins Mörtelwerk geliefert.<br />

Gips<br />

Durch den verstärkten Einsatz <strong>von</strong> Rauchgasentschwefelungsanlagen hat sich der Anteil<br />

des REA-Gips zur Herstellung <strong>von</strong> Mörtel in den letzten Jahren stetig erhöht. Im<br />

Moment werden 50 % des in der Mörtelherstellung verwendeten Gipses aus REA-Gips,<br />

die anderen 50 % aus Naturgips gebrannt.<br />

Anhydritbinder<br />

Anhydrit selbst reagiert sehr langsam mit Wasser, deswegen werden ihm Anreger beigemischt,<br />

die die Reaktion beschleunigen. Die Anreger, z.B. 5 Gew% Zement, werden<br />

dem Anhydrit beigemischt. Der Anhydritbinder wird in Säcke abgepackt <strong>und</strong> zum Mörtelwerk<br />

transportiert.<br />

Bausand<br />

Natürlich vorkommender Sand wird im Tagebau gewonnen, gewaschen <strong>und</strong> gesiebt.<br />

Brechsand wird aus Naturstein gebrochen <strong>und</strong> gemahlen.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Rohstoffe 85<br />

Bims<br />

Bei Bims kommt Naturbims oder auch Recyclingbims zur Anwendung.<br />

Blähton<br />

Der Blähton wird aus granuliertem Rohton, in einem Ofenprozeß bei 1.200°C hergestellt.<br />

Blähperlit<br />

Das Blähperlit wird aus Rohperlit, das sich auf dem Sinterband bei Temperaturen <strong>von</strong><br />

1.000°C aufbläht, hergestellt.<br />

EPS-Granulat<br />

Wird aus Styrol gewonnen, das zu Granulat aufgeschäumt wird.<br />

2.2 Energetische Daten<br />

Über die Transportwege, die das Rohmaterial <strong>von</strong> den einzelnen Herstellern zum Mörtelwerk<br />

zurücklegt, gibt es keine Angaben in der Literatur. Da jedoch über Beton sehr<br />

genaue Angaben vorliegen <strong>und</strong> die Mörtelherstellung mit der Betonherstellung verglichen<br />

werden kann, werden die Transportentfernungen aus den Kapiteln über Beton<br />

(E Beton, F Gasbeton <strong>und</strong> G Leichtbetonmauersteine) zugr<strong>und</strong>e gelegt.<br />

Kalkhydrat<br />

Die Angaben über den Energieverbrauch <strong>und</strong> die Emissionsmengen sind dem Kap.<br />

C Kalk (Pkt. 6) entnommen. Bei der Transportentfernung wird mit einer Strecke <strong>von</strong><br />

100 km gerechnet.<br />

Zement<br />

Die energetischen Daten, die dem Zement zugr<strong>und</strong>e liegen, sind dem Kap. D Zement<br />

(Pkt. 4 bis 6) entnommen. Die gängigen Mörtelsorten enthalten Portlandhüttenzement.<br />

Für den Transport vom Zementwerk zum Betonwerk oder zur Baustelle wurde ein<br />

Transportweg <strong>von</strong> durchschnittlich 180 km zugr<strong>und</strong>e gelegt.<br />

Gips<br />

Der Energieaufwand zur Bereitstellung <strong>von</strong> Gips kann Kap. B Gips (Pkt. 3.3) entnommen<br />

werden, als Transportentfernung wurden entsprechend den Angaben über Anhydrit<br />

280 km angesetzt.<br />

Anhydritbinder<br />

Der natürliche Anhydrit wird im Tagebau gewonnen, der synthetische Anhydrit fällt als<br />

Reaktionsprodukt an, die Energieaufwendungen für die Breitstellung beider Stoffe sind<br />

gering. Der Anhydrit wird fein gemahlen, mit Zement vermischt <strong>und</strong> dann abgepackt. Er<br />

wird 280 km zum Mörtelwerk oder zur Estrichherstellung auf die Baustelle transportiert.<br />

Wasser<br />

Der Energieaufwand zur Bereitstellung des Wassers, das zur Mörtelherstellung benötigt<br />

wird, ist sehr gering <strong>und</strong> wird daher vernachlässigt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


86 H Mörtel, Putz, Estrich<br />

Bausand<br />

Sand wird entsprechend dem Kap. A Bausand, Baukies (Pkt. 3) bilanziert. In der Energiebilanz<br />

wird auch die Herstellung <strong>von</strong> Brechsand berücksichtigt, der aus Naturstein<br />

gebrochen wird <strong>und</strong> 15 % der Gesamtmenge des Zuschlags Sand ausmacht. Als Transportweg<br />

vom Kieswerk bis zum Mörtelwerk oder der Baustelle wird eine Strecke <strong>von</strong><br />

10 km veranschlagt /LIE 97/.<br />

Blähton, Blähperlit<br />

Die Energieaufwendungen zur Herstellung des Blähtons werden in Kapitel G Leichtbetonmauersteine<br />

(Pkt. 2) angegeben, die Aufwendungen für Blähperlit werden anhand<br />

<strong>von</strong> Blähton veranschlagt. Es wird da<strong>von</strong> ausgegangen, daß der Blähton bzw. das Blähperlit<br />

über eine Strecke <strong>von</strong> 100 km transportiert wird /ÖKO 95/.<br />

Bims<br />

Die Angaben über den Energieeintrag für den Abbau <strong>von</strong> Naturbims sind dem Kap.<br />

G Leichtbetonmauersteine (Pkt. 2) entnommen. Als Transportentfernung sind 10 km<br />

angegeben. Der in Deutschland abgebaute Bims stammt ausschließlich aus dem Gebiet<br />

des Neuwieder Beckens, er macht mit 74 % den größten Teil des in Deutschland verarbeiteten<br />

Bims aus, daher wird der importierte Bims in dieser Studie nicht berücksichtigt<br />

/EYE 98/, /MAU 95/.<br />

EPS-Granulat<br />

Expandiertes Polystyrol ist entsprechend dem Kap. D Polystyrol (Teil VI, Kunststoffe)<br />

bilanziert. Die Transportentfernung für das Polystyrol wird mit 50 km abgeschätzt.<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Die Berechnung der primärenergetischen Aufwendungen <strong>und</strong> der Emissionen für den<br />

Transport der Rohstoffe erfolgt mit den in Tabelle 6 Teil I (Allgemeiner Teil) enthaltenen<br />

Werten für LKW-Transporte.<br />

Tabelle N-1: Kumulierter Energieaufwand <strong>und</strong> Emissionen für die Bereitstellung<br />

<strong>von</strong> Rohstoffen für die Mörtelerzeugung<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Sand 44 28 4 24 3 3 3 0 2<br />

Portlandhüttenzement (Zem II) 3.769 727 162 1.588 503 652 17 100 39<br />

Kalkhydrat 3.553 804 225 344 231 763 17 45 144<br />

Putzgips 1.513 87 75 171 44 179 13 2 10<br />

Blähton, Blähperlit 3.694 288 230 544 1.589 126 66 80 86<br />

Bims 67 5 10 59 6 3 7 0 4<br />

EPS-Granulat 71.000 1.541 1.200 3.500 2.100 6.100 8.200 10 300<br />

Anhydrit 72 5 8 46 5 5 6 0 3<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]


Mörtel 87<br />

3 Mörtel<br />

Der Mörtel wird in drei Mörtelarten unterteilt, den Normalmörtel, den Leichtmörtel <strong>und</strong><br />

den Dünnbettmörtel. Er stellt eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Mauersteinen<br />

her <strong>und</strong> muß ausreichend tragfähig, dicht <strong>und</strong> beständig gegenüber Witterungseinflüssen<br />

sein.<br />

Normalmörtel wird aufgr<strong>und</strong> seiner Zusammensetzung <strong>und</strong> Druckfestigkeit in die Mörtelgruppen<br />

I (Kalkmörtel), ΙΙ <strong>und</strong> ΙΙa (Kalk-Zement-Mörtel) sowie ΙΙΙ <strong>und</strong> ΙΙΙa (Zementmörtel)<br />

eingeteilt. Je nach Mörtelgruppe muß der Mörtel bestimmte Anforderungen an<br />

die Druckfestigkeit erfüllen. Tabelle N-2 gibt die wichtigsten Mörtelmischungen wieder.<br />

Tabelle N-2: Rezepturen für Normalmörtel in Raum- <strong>und</strong> Mengenteilen<br />

Mörtelgruppe<br />

Mischungsverhältnis in<br />

Raumteilen<br />

Mischungsverhältnis in Mengenteilen<br />

Mengenangaben in kg pro Tonne Mörtel<br />

Kalk Zement Sand Kalkhydrat Zement<br />

1 Zement bindet die 0,4-fache Menge seines Gewichts an Wasser<br />

2 Hier ist nur die vom Zement geb<strong>und</strong>ene Wassermenge angegeben<br />

1<br />

Sand Wasser 2<br />

MG Ι 1 0 3 115 0 885 -<br />

MG ΙΙ 2 1 8 70 150 720 60<br />

MG ΙΙa 1 1 6 45 191 688 76<br />

MG ΙΙΙ 0 1 4 - 263 632 105<br />

Dünnbettmörtel sind Mörtel für Plansteinmauerwerk aus Gasbeton- oder Kalksandsteinplanelementen,<br />

mit etwa 1 bis 3 mm dicken Fugen, sowie plangeschliffene Leichthochlochziegel.<br />

Dünnbettmörtel entspricht der Mörtelgruppe III <strong>und</strong> besteht damit aus<br />

Zement <strong>und</strong> Feinsand mit Korngrößen kleiner 1 mm (Mischung nach Tab. N-2). Außerdem<br />

werden organische Zusätze zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit <strong>und</strong> des Wasserrückhaltevermögens<br />

beigegeben. Aufgr<strong>und</strong> der unterschiedlichen Saugwirkung der<br />

Mauersteine können bestimmte Dünnbettmörtel nur mit bestimmten Mauersteinarten<br />

kombiniert werden /HÄR 94/.<br />

Leichtmauermörtel wird zur Verbesserung der Wärmedämmqualitäten <strong>von</strong> Mauerwerk<br />

aus hochwärmedämmenden Wandbausteinen eingesetzt. Er wird für die Mörtelgruppen<br />

II, IIa <strong>und</strong> III geliefert <strong>und</strong> enthält statt des Sandes Leichtzuschläge aus Bims, Blähton<br />

(Dichte zwischen 0,6 <strong>und</strong> 0,8 kg/dm 3 ) oder Blähperlit (Dichte um 0,1 kg/dm 3 ) sowie organische<br />

Zuschläge, die plastifizierende oder verzögernde Wirkung haben <strong>und</strong> das Wasserrückhaltevermögen<br />

verbessern. Die Mischung des Leichtmauermörtels erfolgt nach denselben<br />

Mischungsverhältnissen in Raumteilen wie beim Normalmauermörtel /IKM 99/.<br />

Durch die unterschiedlichen Dichten der Zuschläge verändern sich die Mengen der einzelnen<br />

Rohstoffe, die für eine Tonne Fertigmörtel benötigt werden. In der Tabellen N-3<br />

sind sie exemplarisch für Bims <strong>und</strong> Blähperlit angegeben.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


88 H Mörtel, Putz, Estrich<br />

Tabelle N- 3: Rezepturen für Leichtmauermörtel in Mengenteilen<br />

Mörtelgruppe<br />

Alle Werte je Tonne<br />

MG ΙΙ 117 250 533 100 219 468 125 187<br />

MG ΙΙa 72 309 495 124 128 545 109 218<br />

MG ΙΙΙ - 405 432 162 - 652 87 261<br />

1 Hier ist nur die vom Zement geb<strong>und</strong>ene Wassermasse angegeben, Zement bindet die 0,4-fache Menge seines Gewichts<br />

an Wasser<br />

3.1 Herstellung<br />

Die Ermittlung der Massenzusammensetzungen verschiedener Mörtelgruppen erfolgt<br />

über die oben angegebenen Mischungsverhältnisse in Raumteilen. Die Umrechnung der<br />

Volumenverhältnisse in Massenprozent wird über die Dichte des jeweiligen Einsatzstoffes<br />

durchgeführt. Normalmörtel wird als Werkmörtel geliefert oder auf der Baustelle<br />

selbst hergestellt, Dünnbett- <strong>und</strong> Leichtmörtel darf nur als Werkmörtel geliefert werden.<br />

Der <strong>von</strong> den Mörtelwerken gelieferte Mörtel wird in drei verschiedene Arten eingeteilt,<br />

den Werk-Frischmörtel, den Werk-Trockenmörtel <strong>und</strong> den Werk-Vormörtel. Der Werk-<br />

Frischmörtel wird gebrauchsfertig auf die Baustelle geliefert, der Werk-Trockenmörtel<br />

in Silos oder als Sackware. Er wird nach Herstellerangaben mit Wasser vermischt <strong>und</strong><br />

damit verarbeitbar gemacht.<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Der Energieaufwand für die Herstellung <strong>von</strong> Mörtel ist relativ gering. Da über die Herstellung<br />

<strong>von</strong> Mörtel selbst keine Daten vorliegen, wurden die oben angegebenen Werte<br />

mit Hilfe des Kapitels E Beton <strong>und</strong> der Angaben aus /ÖKO 95/ abgeschätzt. Für das Dosieren,<br />

Fördern <strong>und</strong> Mischen des Mörtels fallen im Durchschnitt 2 kWh Strom pro Tonne<br />

Mörtel an. Handelt es sich um Werk-Trockenmörtel, so werden noch einmal 3 kWh<br />

Strom pro Tonne für das Abfüllen <strong>und</strong> Verpacken (Absackerei) verbraucht.<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Der größte Anteil der Energieaufwendungen für die Mörtelherstellung fällt bereits bei<br />

der Bereitstellung der Rohstoffe, die für die verschiedenen Mörtelarten verwendet werden,<br />

an. Der Zement <strong>und</strong> der Kalk haben mit einem Anteil <strong>von</strong> zusammen über 70 % den<br />

größten Anteil am KEA <strong>von</strong> Mörtel. Der KEA <strong>von</strong> Leichtmauermörtel ist je nach den<br />

verwendeten Zuschlägen sehr unterschiedlich. Werden die in der Herstellung energieintensiven<br />

Zuschläge Blähton oder Blähperlit verwendet, so liegt der KEA um das 3- bis 4fache<br />

über dem KEA <strong>von</strong> einem Leichtmauermörtel, der Bims als Zuschlag enthält. In<br />

Abbildung N-1 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Mörtel dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Kalkhydrat<br />

[kg]<br />

Zement<br />

[kg]<br />

Bims<br />

[kg]<br />

Wasser 1<br />

[kg]<br />

Kalkhydrat<br />

[kg]<br />

Zement<br />

[kg]<br />

Blähperlit<br />

[kg]<br />

Wasser 1<br />

[kg]


Mörtel 89<br />

Mischen des Mörtels<br />

Mörtel<br />

962 MJ (100.0%)<br />

Sand, Kies<br />

31 MJ (3.3%)<br />

Zement<br />

565 MJ (58.7%)<br />

Kalkhydrat<br />

249 MJ (25.8%)<br />

Wasser<br />

0 MJ (0.0%)<br />

Baustellenverkehr<br />

25 MJ (2.6%)<br />

LKW-Transport<br />

35 MJ (3.6%)<br />

Strommix Deutschland<br />

57 MJ (6.0%)<br />

Abbildung N-1: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Mörtel<br />

Wie bei den Energieaufwendungen werden auch die Emissionen der Mörtelherstellung<br />

<strong>von</strong> den eingesetzten Rohstoffen bestimmt. Diese vorgelagerten Emissionen machen ungefähr<br />

2/3 der Gesamtemissionen aus.<br />

Das Abbinden des Mörtels am Baukörper erfolgt chemisch durch die Aufnahme <strong>von</strong><br />

Kohlendioxid aus der Luft, so daß die prozeßbedingten CO2-Emissionen beim Kalkbrennen<br />

wieder kompensiert werden. Da bei diesem Vorgang Wasser frei wird, sind Neubauten<br />

zunächst feucht /SRÖ 84/.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle N-4: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Normalmörtel<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Normalmörtel MG I 549 101 39 111 35 98 10 6 22<br />

Normalmörtel MG II 962 175 55 347 101 162 14 19 22<br />

Normalmörtel MG IIa 1.029 184 56 409 116 169 14 22 20<br />

Normalmörtel MG III bzw. IIIa 1.143 200 59 514 143 182 15 27 17<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


90 H Mörtel, Putz, Estrich<br />

Tabelle N-5: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Leichtmörtel mit<br />

Bims als Leichtzuschlag<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Leichtmörtel MG II 1.038 194 64 353 103 179 16 19 28<br />

Leichtmörtel MG IIa 3.699 425 239 860 1.152 300 73 28 96<br />

Leichtmörtel MG III bzw. IIIa 3.680 585 203 1.071 424 587 38 59 70<br />

Tabelle N-6: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Leichtmörtel mit<br />

Blähton als Leichtzuschlag<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Leichtmörtel MG II 1.055 192 62 406 114 176 17 21 25<br />

Leichtmörtel MG IIa 3.641 417 231 909 1.135 293 71 31 89<br />

Leichtmörtel MG III bzw. IIIa 4.090 569 228 1.077 485 609 44 55 70<br />

Tabelle N-7: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Leichtmörtel mit<br />

Blähperlit als Leichtzuschlag<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Leichtmörtel MG II 3.682 587 204 1062 424 588 38 59 70<br />

Leichtmörtel MG IIa 3.523 399 217 995 1.102 278 69 35 77<br />

Leichtmörtel MG III bzw. IIIa 3.816 519 201 1.229 493 546 42 61 48<br />

Anmerkungen zu den Emissionen<br />

Wie im Allgemeinen Teil, Kap. 3 beschrieben, werden im Rahmen der Prozeßkettenanalyse<br />

nur energiebedingte Emissionen ermittelt. Um auch relevante prozeßbedingte<br />

Emissionen zu erfassen, werden die Ergebnisse der Prozesskettenanalyse mit Gesamtemissionen<br />

aus der Fachliteratur abgeglichen, etwaige Abweichungen detailliert untersucht<br />

<strong>und</strong> die so ermittelten Gesamtemissionen als stoffspezifische Basisdaten ausgewiesen.<br />

Die so ermittelten Werte werden dann in der Datenbank abgelegt.<br />

Der größte Teil der Emissionen für Mörtel wird durch die Bereitstellung der verwendeten<br />

Rohstoffe <strong>und</strong> Zwischenprodukte verursacht. Für diese Stoffe wurden auf die oben<br />

beschriebene Art <strong>und</strong> Weise die Gesamtemissionen in den vorangegangenen Kapiteln<br />

ermittelt <strong>und</strong> bei der Betonbilanzierung berücksichtigt. Zusammen mit den energiebedingten<br />

Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Mörtel ist es somit möglich, die im Kapitel<br />

Mörtel errechneten Emissionen als Gesamtemissionen auszuweisen, da hierbei keine<br />

prozeßbedingten Emissionen anfallen.<br />

Lediglich zu Vergleichszwecken werden in Tabelle N-8 Emissionswerte aus der Fachliteratur<br />

aufgeführt. Die oberste Zeile der Tabelle enthält die ausgewiesenen Emissionen<br />

(vgl. Tabelle N-4). Bei /GEM/ gibt es einen Datensatz zu Zementmörtel, dieser entspricht<br />

der Mörtelgruppe MG III. Aus /ÖKO 95/ wird der Datensatz für Mauermörtel MG 3 angegeben.<br />

N2O<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]


Mörtel 91<br />

Tabelle N- 8: Vergleich der Gesamtemissionen für Beton nach Tabelle N-4,<br />

/GEM/ <strong>und</strong> /ÖKO 95/<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Normalmörtel MG III bzw. IIIa 1.143 200 59 514 143 182 15 27 17<br />

Mauermörtel MG 3 /ÖKO 95/ - 223 131 458 160 114 163 2 -<br />

Zementmörtel /GEM/ - 200 80 490 50 210 20 1 70<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


92 H Mörtel, Putz, Estrich<br />

4 Putz<br />

Putzmörtel dient zur Herstellung <strong>von</strong> ein- oder mehrlagigem mineralischen Putz auf<br />

Wänden oder Decken. Außer der ästhetischen Gestaltung der Oberfläche <strong>von</strong> Baukörpern<br />

übernehmen Putze bauphysikalische Aufgaben wie das Abhalten <strong>von</strong> Witterungseinflüssen.<br />

Sie dienen weiterhin als ebenflächige Unterlage in Innenräumen, als Brandoder<br />

Wärmeschutz.<br />

Für die Herstellung <strong>von</strong> Putz gilt DIN 18 550. Putze werden je nach Bindemittelart in<br />

die Mörtelgruppen PΙ bis PV eingeordnet. Sie sind entsprechend Tabelle N-9 nach<br />

Raumteilen zusammengesetzt. Mit Hilfe der Dichte der einzelnen Einsatzstoffe können<br />

die Mengenanteile der verschiedenen Normalputze, bezogen auf eine Tonne, berechnet<br />

werden.<br />

Tabelle N-9: Mischungsverhältnisse verschiedener Putzarten in Raum- <strong>und</strong> Mengenteilen<br />

nach DIN 18 550<br />

Putzart<br />

Alle Werte je Tonne<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Kalk<br />

[RT] [kg]<br />

Bindemittel<br />

[RT] [kg]<br />

Sand<br />

[RT] [kg]<br />

P I Kalkhydrat 1 115 - - 3 885 -<br />

Wasser 1<br />

P IIb Kalkhydrat 2 64 Zement 1 138 9 743 55<br />

P IIIa<br />

Kalkhydrat 0,5 18 Zement<br />

2 307 6 552 123<br />

P IIIb<br />

- - Zement<br />

1 313 3 563 125<br />

P IVc<br />

Kalkhydrat 1 85 Stuck-, Putzgips 1,5 217 3 652 46<br />

P IVd<br />

Kalkhydrat 1 110 Stuck-, Putzgips 0,2 38 3 845 8<br />

P Va<br />

- - Anhydritbinder 1 277 2 665 58<br />

P Vb Kalkhydrat 1,5 38 Anhydritbinder 3 160 12 769 34<br />

1 Hier ist nur der Teil des Beigabewassers berücksichtigt, der chemisch an Zement, Gips oder Anhydrit<br />

geb<strong>und</strong>en wird<br />

Zusätzlich zu den Normalputzen kommen noch Wärmedämmputze <strong>und</strong> Kunstharzputze<br />

zur Anwendung.<br />

Wärmedämmputze werden nach den selben Raumteilen gemischt wie die Normalputze.<br />

Durch die unterschiedlichen Dichten der Zuschlagstoffe ergeben sich jedoch unterschiedliche<br />

Mengenanteile für die einzelnen Putze. Als Zuschläge für Wärmedämmputze<br />

werden normalerweise expandiertes Polystyrol (EPS-Granulat) oder Blähperlite verwendet.<br />

Der Zuschlag sollte gemischtkörnig sein <strong>und</strong> einen Anteil <strong>von</strong> 10 bis 30 Gew%<br />

mit einer Korngröße < 0,25 mm besitzen. Dieser Teil des Zuschlages besteht oft aus<br />

Sand. Wärmedämmputze müssen eine Wärmeleitzahl λ ≤ 0,2 W/mK haben. Sie müssen<br />

bauaufsichtlich zugelassen werden <strong>und</strong> bestehen in der Regel aus einem wärmedämmenden<br />

leichten Unterputz <strong>und</strong> einem wasserabweisenden Oberputz. In Tabelle N-10<br />

sind die Mischungsverhältnisse der verschiedenen Putze nach Mengenteilen für EPS-<br />

Granulat <strong>und</strong> Blähperlit als Leichtzuschlag aufgeführt.<br />

[kg]


Putz 93<br />

Tabelle N-10: Mischungsverhältnisse verschiedener Wärmedämmputze in<br />

Mengenteilen mit Blähperlit als Leichtzuschlag<br />

Putzart<br />

Alle Werte je Tonne<br />

Kalk<br />

[kg]<br />

Bindemittel<br />

[kg]<br />

Blähperlit<br />

[kg]<br />

Sand<br />

[kg]<br />

P I Kalkhydrat 636 - 266 98 -<br />

Wasser 1<br />

P IIb Kalkhydrat 207 Zement 442 130 45 177<br />

P IIIa<br />

Kalkhydrat 37 Zement<br />

629 62<br />

21 252<br />

P IIIb<br />

- Zement<br />

652 64<br />

23 261<br />

P IVc<br />

Kalkhydrat 214 Stuck-, Putzgips 548 90<br />

33 115<br />

P IVd<br />

Kalkhydrat 504 Stuck-, Putzgips 172 211 77 36<br />

P Va<br />

- Anhydritbinder 720 94<br />

35 151<br />

P Vb Kalkhydrat 130 Anhydritbinder 556 145 51 117<br />

1 Hier ist nur der Teil des Beigabewassers berücksichtigt, der chemisch an Zement, Gips oder Anhydrit geb<strong>und</strong>en<br />

wird<br />

Tabelle N-11: Mischungsverhältnisse verschiedener Wärmedämmputze in<br />

Mengenteilen mit EPS-Granulat als Leichtzuschlag<br />

Putzart<br />

Alle Werte je Tonne<br />

Kalk<br />

[kg]<br />

Bindemittel<br />

[kg]<br />

EPS<br />

[kg]<br />

Sand<br />

[kg]<br />

P I Kalkhydrat 819 - 139 42 -<br />

[kg]<br />

Wasser 1<br />

P IIb Kalkhydrat 231 Zement 493 59 21 197<br />

P IIIa<br />

Kalkhydrat 39 Zement<br />

661 26<br />

10 264<br />

P IIIb<br />

- Zement<br />

689 27<br />

8 276<br />

P IVc<br />

Kalkhydrat 231 Stuck-, Putzgips 593 39<br />

12 125<br />

P IVd<br />

Kalkhydrat 612 Stuck-, Putzgips 209 104 31 44<br />

P Va<br />

- Anhydritbinder 761 61<br />

18 160<br />

P Vb Kalkhydrat 148 Anhydritbinder 631 67<br />

23 132<br />

1 Hier ist nur der Teil des Beigabewassers berücksichtigt, der chemisch an Zement, Gips oder Anhydrit geb<strong>und</strong>en<br />

wird<br />

4.1 Herstellung<br />

Die Herstellung <strong>von</strong> Putzmörtel entspricht der Herstellung <strong>von</strong> Mörtel, die einzelnen<br />

Einsatzstoffe werden über Fördereinrichtungen zum Mischer transportiert, dosiert <strong>und</strong><br />

gemischt. Wie beim Mörtel wird Sackware, die auf der Baustelle mit Wasser angemacht<br />

wird <strong>und</strong> Fertigputz, der sofort verarbeitet werden kann, unterschieden.<br />

4.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Auch über die Energieverbräuche bei der Herstellung <strong>von</strong> Putz liegen keine Daten vor.<br />

Es kann jedoch da<strong>von</strong> ausgegangen werden, daß sie sich in derselben Größe wie die<br />

Energieverbräuche bei der Mörtelherstellung bewegen. Daher werden die, in diesem Kapitel<br />

unter Punkt 3.2 aufgeführten Werte verwendet.<br />

[kg]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


94 H Mörtel, Putz, Estrich<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Zur Herstellung <strong>von</strong> Putzmörtel werden nur geringe Energiemengen benötigt, der größte<br />

Teil der erforderlichen Energie fällt bei der Produktion <strong>und</strong> Gewinnung der Einsatzstoffe,<br />

die zur Putzherstellung verwendet werden, an. Zement <strong>und</strong> Kalk haben den größten<br />

Anteil am Gesamtenergieaufwand. Je nach Putzart liegt dieser Anteil bei 57 % bis über<br />

80 %. Die für die Herstellung <strong>von</strong> Wärmedämmputz benötigten Zuschläge aus EPS-<br />

Granulat <strong>und</strong> Blähperlit haben einen Anteil <strong>von</strong> 25 bis 88 % am Energieverbrauch. In<br />

Abbildung N-2 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Putz dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Mischen Wärmedämmputz<br />

Wärmedämmputz<br />

3152 MJ (100.0%)<br />

Kalkhydrat<br />

131 MJ (4.2%)<br />

Zement<br />

2367 MJ (75.1%)<br />

Blähperlit<br />

472 MJ (15.0%)<br />

Sand<br />

1 MJ (0.0%)<br />

Wasser<br />

0 MJ (0.0%)<br />

Strommix Deutschland<br />

57 MJ (1.8%)<br />

Baustellenverkehr<br />

1 MJ (0.0%)<br />

LKW-Transport<br />

122 MJ (3.9%)<br />

Abbildung N-2: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Putz<br />

Auch hier ist der größte Teil der Emissionen vorgelagert <strong>und</strong> entsteht damit schon bei<br />

der Herstellung der Einsatzstoffe für die verschiedenen Putzarten. Der prozentuale Anteil<br />

der verschiedenen Einsatzstoffe an den Gesamtemissionen bewegen sich ungefähr in<br />

der selben Größe wie der prozentuale Anteil der Einsatzstoffe am Gesamtenergieverbrauch.


Putz 95<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle N-12: KEA <strong>und</strong> energiebedingte Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong><br />

Normalputz mit Sand als Zuschlag<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Normalputz P I 545 101 39 111 35 98 10 6 22<br />

Normalputz P IIb 705 126 43 235 67 118 12 12 19<br />

Normalputz P IIIa 1.377 248 71 591 169 225 17 32 22<br />

Normalputz P IIIb 959 165 50 432 118 150 14 22 15<br />

Normalputz P IVc 677 91 46 140 36 103 13 5 20<br />

Normalputz P IVd 570 99 40 117 35 99 11 5 21<br />

Normalputz P Va 220 15 27 155 16 14 19 1 11<br />

Normalputz P Vb 330 43 31 141 22 42 16 2 15<br />

Tabelle N-13: KEA <strong>und</strong> energiebedingte Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong><br />

Wärmedämmputz mit Blähperlit als Zuschlag<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Wärmedämmputz P I 4.772 628 298 610 477 728 52 30 119<br />

Wärmedämmputz P IIb 4.081 561 235 930 463 612 45 47 79<br />

Wärmedämmputz P IIIa 3.149 525 160 1.211 399 499 33 66 45<br />

Wärmedämmputz P IIIb 3.471 502 180 1.197 449 510 38 61 44<br />

Wärmedämmputz P IVc 2.628 291 165 400 213 369 36 13 57<br />

Wärmedämmputz P IVd 4.166 533 261 551 402 627 48 26 101<br />

Wärmedämmputz P Va 1.436 91 119 470 167 132 54 3 37<br />

Wärmedämmputz P Vb 2.344 221 168 513 257 284 54 10 57<br />

Tabelle N-14: KEA <strong>und</strong> energiebedingte Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong><br />

Wärmedämmputz mit EPS-Granulat als Zuschlag<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Wärmedämmputz P I 20.713 634 194 382 191 601 27 36 120<br />

Wärmedämmputz P IIb 13.721 547 156 853 280 504 27 54 70<br />

Wärmedämmputz P IIIa 8.581 507 136 1.139 337 458 27 65 43<br />

Wärmedämmputz P IIIb 8.905 488 129 1.188 344 438 27 66 35<br />

Wärmedämmputz P IVc 7.558 255 117 303 91 287 26 13 50<br />

Wärmedämmputz P IVd 16.404 511 169 357 159 500 27 28 98<br />

Wärmedämmputz P Va 6.299 30 63 376 36 20 45 2 28<br />

Wärmedämmputz P Vb 10.150 148 88 374 66 134 41 9 45<br />

Anmerkungen zu den Emissionen<br />

Die in diesem Kapitel unter Pkt. 3.3 gemachten Anmerkungen zu den Emissionen <strong>von</strong><br />

Mörtel gelten analog auch für Putze. Zu Vergleichszwecken werden in Tabelle N-15<br />

Emissionswerte aus der Fachliteratur aufgeführt. Die Tabelle enthält drei der oben ausgewiesen<br />

Datensätze (vgl. Tabelle N-12, N-13) <strong>und</strong> ihre Vergleichswerte. Bei /GEM/ <strong>und</strong><br />

N2O<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


96 H Mörtel, Putz, Estrich<br />

auch bei /ÖKO 95/ werden Datensätze für Kalkputz, Zementputz <strong>und</strong> Wärmedämmputz<br />

angegeben.<br />

Tabelle N-15: Vergleich der Gesamtemissionen für verschiedene Putze nach Tabelle<br />

N-12, N-13, /GEM/ <strong>und</strong> /ÖKO 95/<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Normalputz P I 545 101 39 111 35 98 10 6 22<br />

Kalk-Maschinenputz /ÖKO 95/ - 163 130 449 146 108 163 1 -<br />

Kalkputz /GEM/ - 144 930 300 30 150 10 1 50<br />

Normalputz P IIIb 959 165 50 432 118 150 14 22 15<br />

Zement-Maschinenputz /ÖKO 95/ - 224 175 623 225 165 223 2 -<br />

Zementaußenputz /GEM/ - 211 100 540 50 260 30 10 70<br />

Wärmedämmputz (mit Blähperlit)<br />

P IIIa<br />

Wärmedämmputz, Perlitherm<br />

/ÖKO 95/<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

3.149 525 160 1.211 399 499 33 66 45<br />

- 596 402 2.188 1.826 614 533 6 -<br />

Wärmedämmputz /GEM/ - 1298 175 7.930 12.640 5.220 220 50 790


Estrich 97<br />

5 Estrich<br />

Estrich ist ein auf einem tragenden Untergr<strong>und</strong> oder auf einer zwischenliegenden<br />

Trenn- <strong>und</strong> Dämmschicht hergestelltes Bauteil, das unmittelbar nutzfähig oder mit einem<br />

Belag versehen werden kann. Je nach Verbindung zum tragenden Untergr<strong>und</strong> unterscheidet<br />

man:<br />

• Verb<strong>und</strong>estriche<br />

• Estriche auf Trennschicht<br />

• Schwimmende Estriche<br />

Estriche werden außerdem nach dem verwendeten Bindemittel als Zementestrich,<br />

Anhydritestrich, Magnesiaestrich, Gußasphaltestrich oder Kunststoffestrich bezeichnet.<br />

Im folgenden sollen nur Zement- <strong>und</strong> Anhydritestrich behandelt werden. Zementestrich<br />

hat in etwa einen Marktanteil <strong>von</strong> 70%, Anhydritestrich <strong>von</strong> ca. 20%. Der Marktanteil<br />

des Anhydritestrichs ist derzeit steigend, da er bzgl. Verarbeitbarkeit <strong>und</strong> Eigenschaften<br />

des fertigen Estrichs wesentliche Vorteile gegenüber dem Zementestrich bietet. /KOL 96/<br />

Zementestrich besteht aus Zement, Zuschlag <strong>und</strong> gegebenenfalls Zusatzstoffen oder Zusatzmitteln.<br />

Als Zuschlag wird, wie beim Beton, Sand oder ein Leichtzuschlag, wie z.B.<br />

Bims, Blähton oder Blähperlit, verwendet.<br />

Je nach der erforderlichen Festigkeitsklasse <strong>und</strong> dem Größtkorn des Zuschlags liegt der<br />

Zementgehalt meist zwischen 340 <strong>und</strong> 480 kg je Kubikmeter fertigen Estrichs, bei<br />

schwimmend verlegten Estrichen soll er 400 kg/m 3 , bei Verb<strong>und</strong>estrichen <strong>und</strong> Estrichen<br />

auf Trennschichten 450 kg/m 3 nicht überschreiten (Schwinden) /SLZ 91/. In Tabelle N-16<br />

werden die verschiedenen Estrichzusammensetzungen für einen Zementgehalt <strong>von</strong> 340<br />

<strong>und</strong> 480 kg/m 3 für die verschiedenen Zuschlagstoffe angegeben. Bei der Mischung <strong>von</strong><br />

Zementestrich mit Blähperlit als Zuschlag wird nach Angaben <strong>von</strong> /PER 99/ weniger<br />

Zement pro Kubikmeter zugegeben.<br />

Tabelle N-16: Rezepturen der verschiedenen Estrichsorten bezogen auf eine<br />

Tonne<br />

Estrichart<br />

Zement<br />

Zuschlag Wasser<br />

Alle Werte je Tonne<br />

[kg]<br />

[kg]<br />

[kg]<br />

Zementestrich I (340 kg Zement/m 3 ) Portlandhüttenzement 186 Sand 740 74<br />

Zementestrich I (340 kg Zement/m 3 ) Portlandhüttenzement 316 Bims 558 126<br />

Zementestrich I (340 kg Zement/m 3 ) Portlandhüttenzement 367 Blähton 487 147<br />

Zementestrich II (480 kg Zement/m 3 ) Portlandhüttenzement 261 Sand 634 104<br />

Zementestrich II (480 kg Zement/m 3 ) Portlandhüttenzement 403 Bims 435 161<br />

Zementestrich II (480 kg Zement/m 3 ) Portlandhüttenzement 452 Blähton 367 181<br />

Zementestrich I (110 kg Zement/m 3 ) Portlandhüttenzement 433 Blähperlit 394 173<br />

Zementestrich II (170 kg Zement/m 3 ) Portlandhüttenzement 502 Blähperlit 296 201<br />

Anhydritestrich ( 1 Teil AB, 2,5 Teile Sand) Portlandhüttenzement 228 Sand 742 30<br />

Anhydritestrich besteht aus Anhydrit (CaSO4) <strong>und</strong> Sand im Mischungsverhältnis 1 zu<br />

max. 2,5 Raumteile bzw. mind. 450 kg Anhydrit je Kubikmeter fertigen Estrichs. Durch<br />

Anreger (z.B. Zement) wird Anhydrit zur Reaktion mit Wasser <strong>und</strong> somit zur Bildung<br />

<strong>von</strong> CaSO4⋅2 H2O (Gips) gebracht. Durch diese Reaktion erhöht sich die Masse des Anhydrits<br />

um 21 %.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


98 H Mörtel, Putz, Estrich<br />

5.1 Herstellung<br />

Die Herstellung <strong>von</strong> Estrich erfolgt entweder im Werk oder auf der Baustelle. Der im<br />

Werk gemischte Estrich wird meist als Sackware auf die Baustelle geliefert <strong>und</strong> dort mit<br />

Wasser verlegefertig gemacht. Wenn dem Estrich keine Fließmittel beigegeben sind muß<br />

er durch Rütteln oder Stampfen verdichtet werden.<br />

5.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Über die Energieverbräuche bei der Herstellung <strong>von</strong> Estrich liegen keine Daten vor. Es<br />

kann jedoch da<strong>von</strong> ausgegangen werden, daß sie sich in derselben Größe bewegen wie<br />

die Energieverbräuche bei der Mörtelherstellung. Daher werden die, unter Punkt 3.2<br />

angegebenen Werte verwendet.<br />

5.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Auch zur Herstellung <strong>von</strong> Estrich werden nur geringe Energiemengen benötigt, der<br />

größte Teil der erforderlichen Energie fällt bei der Produktion <strong>und</strong> Gewinnung der<br />

Einsatzstoffe, die zur Estrichherstellung notwendig sind, an. In Abbildung N-3 ist das<br />

Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Estrich dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Estrichmischen<br />

Blähperlit<br />

2253 MJ (52.1%)<br />

Zement<br />

1892 MJ (43.7%)<br />

Wasser<br />

0 MJ (0.0%)<br />

Strommix Deutschland<br />

57 MJ (1.3%)<br />

LKW-Transport<br />

123 MJ (2.8%)<br />

Abbildung N-3: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Estrich


Estrich 99<br />

Bei der Estrichherstellung entsteht der größte Teil der Emissionen schon bei der Herstellung<br />

der Einsatzstoffe für die verschiedenen Estricharten.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle N-17: KEA <strong>und</strong> energiebedingte Emissionen bei der Herstellung der verschiedenen<br />

Estrichsorten<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Zementestrich I, Zuschlag Sand 849 145 45 379 103 132 13 19 13<br />

Zementestrich II, Zuschlag Sand 1.136 199 58 511 141 180 15 27 17<br />

Zementestrich I, Zuschlag Bims 1.348 239 70 619 170 215 19 32 20<br />

Zementestrich II, Zuschlag Bims 1.681 303 85 765 215 272 21 41 24<br />

Zementestrich I, Zuschlag Blähton 3.415 422 204 1.047 977 312 62 41 70<br />

Zementestrich II, Zuschlag Blähton 3.279 448 188 1.105 828 352 54 49 62<br />

Zementestrich I, Zuschlag Blähperlit 4.809 508 266 1.169 619 621 56 49 58<br />

Zementestrich II, Zuschlag Blähperlit 4.326 514 235 1.187 558 585 49 55 53<br />

Anhydritestrich, Zuschlag Sand 207 14 24 140 15 13 17 1 10<br />

/HEB 95/, /IWÖ 96/, /LIE 97/, /EYE 98/, /MAU 95/, /HÄR 94/, /IKM 99/, /GEM/, /PER 99/,<br />

/KOL 96/, /SLZ 91/, /SRÖ 84/<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


1 Einleitung<br />

I Ziegel<br />

Ziegel ist ein poröser Scherben, der bei 900 bis 1.200°C gebrannt wird <strong>und</strong> nur ein<br />

geringes Schwinden des Volumens aufweist. Ziegel werden hauptsächlich als Hintermauer-<br />

<strong>und</strong> Dachziegel eingesetzt. Hintermauerziegel werden für verputztes oder<br />

verblendetes Mauerwerk verwendet. Nach der Form unterscheidet man Vollziegel, Hochbzw.<br />

Langlochziegel. Bei Zusatz <strong>von</strong> Porosierungsmittel spricht man <strong>von</strong> Leichtziegeln.<br />

Dachziegel werden nach dem Herstellungsverfahren eingeteilt in Strang- bzw.<br />

Preßdachziegel. Des weiteren gibt es Deckenziegel, die jedoch nur vereinzelt Anwendung<br />

finden.<br />

Bei Klinker (Vormauerziegel) liegt die Brenntemperatur im Vergleich zu Hintermauer<strong>und</strong><br />

Dachziegel etwas höher, so daß infolge <strong>von</strong> Sinterungsprozessen die Kristallstruktur<br />

glasartig wird. Auf diese Weise entsteht ein frostbeständiger Scherben, dessen<br />

Wasseraufnahme gering ist. Klinker findet als Mauerziegel sowie im Kanal- <strong>und</strong><br />

Straßenbau Anwendung 1 . Klinker kann als Mauerwerk ohne Verputz verwendet werden.<br />

Im folgenden werden Prozeßketten zur Herstellung der Mauerziegel Leichthochlochziegel<br />

<strong>und</strong> Klinker sowie Dachziegel energetisch analysiert. Die Verfahren zur<br />

Herstellung verschiedener Ziegelarten aus tonigen Massen weisen weitgehende<br />

Übereinstimmung auf. Unterschiede treten in erster Linie bei der Zusammensetzung des<br />

Rohlings <strong>und</strong> den Prozeßbedingungen auf.<br />

2 Rohstoffe<br />

Hauptbestandteil <strong>von</strong> Ziegeln ist Ton. In geringen Mengen werden weitere Rohstoffe<br />

benötigt.<br />

Ton<br />

Unter Ton ist ein Gemenge aus Tonmineralen zu verstehen, deren Korngröße kleiner als<br />

0,002 mm ist. Hauptbestandteil des Tons sind Tonerde-Kieselsäure-Verbindungen<br />

(Aluminiumsilikate Al2O3*2SiO2*2H2O). Ton entsteht als Verwitterungsprodukt des<br />

Feldspats, welcher durch Beimengung <strong>von</strong> z.B. Quarzsand gemagert ist. Sandhaltiger<br />

Ton wird als Lehm bezeichnet, kalkhaltiger Ton als (Ton-)Mergel. Eisenverbindungen<br />

wirken als Flußmittel <strong>und</strong> verursachen eine rötliche Färbung. Im folgenden wird der zur<br />

Ziegelherstellung eingesetzte Rohstoff ohne Differenzierung der speziellen Zusammensetzung<br />

als Ton bezeichnet.<br />

Sandhaltiger Ton wird als Gr<strong>und</strong>stoff der Baustoffindustrie für die Ziegel- <strong>und</strong><br />

Klinkerherstellung (Mauerziegel, Dachziegel) eingesetzt. Neben dem Einsatzgebiet für<br />

1 Klinker als Einsatzstoff für die Zementherstellung (Portlandzementklinker) s. Kap. D Zement<br />

101<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


102 I Ziegel<br />

keramische Produkte wird Ton mit hohem Anteil an Tonerde (z.B. Bauxit) als Rohstoff<br />

für die Aluminiumgewinnung verwendet (vgl. Teil III B Aluminium).<br />

Porosierungsmittel<br />

Bei der Produktion <strong>von</strong> Leichtziegeln werden dem Rohmaterial Ton Porosierungsmittel<br />

zugesetzt, die beim Brennprozeß verbrennen, so daß kleine Luftporen entstehen.<br />

Verwendung findet Sägemehl oder feingemahlenes Styropor sowie Kohlestaub,<br />

Holzfaserstoffe <strong>und</strong> ähnliches.<br />

Magerungsmittel<br />

Je nach Tonzusammensetzung werden z.T. geringe Mengen an Granitsand oder Asche<br />

zugegeben. Diese verringern das Schwinden des Ziegelrohlings beim Brennprozeß.<br />

Aufgr<strong>und</strong> des geringen Masseneinsatzes (0 - 4 Gew.% des Leichtziegelrohlings) <strong>und</strong> des<br />

geringen spezifischen Kumulierten Energieaufwandes dieser Stoffe werden Transport<br />

<strong>und</strong> Energieinhalt vernachlässigt.<br />

2.1 Bereitstellung der Rohstoffe<br />

Ton<br />

Ton wird im Tagebau mit Schaufelbaggern abgebaut. Von dort wird der gewonnene Ton<br />

zum meist nahegelegenen Verarbeitungswerk transportiert. Abraum entsteht hierbei<br />

nicht.<br />

Porosierungsmittel<br />

Hier werden vor allem Reststoffe eingesetzt, die <strong>von</strong> den jeweiligen Betrieben zum<br />

Ziegelwerk transportiert werden (z.B. Sägemehl aus Sägewerk, Styropormehl aus<br />

Recyclingfirmen).<br />

2.2 Energetische Daten<br />

Ton<br />

Bilanziert werden der Kraftstoffverbrauch der Abbaumaschinen beim Tonabbau im<br />

Tagebau <strong>und</strong> der Transport zum Werk. Die Transportstrecke zwischen Abbaustelle <strong>und</strong><br />

Tongrube zur vorrätigen Lagerung wird mit 5 km angesetzt. Für den Abbau <strong>von</strong> 1 m 3<br />

Ton, den Transport <strong>von</strong> der werkseigenen Grube zum Werk <strong>und</strong> die Aufgabe in den<br />

Beschicker wird durchschnittlich 1 l Diesel benötigt. Dies entspricht bei einer Dichte des<br />

erdfeuchten Tons <strong>von</strong> 1,7 t/m 3 einem Dieselverbrauch <strong>von</strong> 0,5 kg pro bereitgestellter<br />

Tonne Ton /HAN 95/.<br />

Porosierungsmittel<br />

Im folgenden werden die Porosierungsmittel Sägemehl, Papierfangstoffe 2 <strong>und</strong> Styropor<br />

energetisch bewertet. Für alle Porosierungsmittel wird eine Transportdistanz <strong>von</strong> 50 km<br />

angesetzt.<br />

2 auch als Papierbrei bezeichnet: Sowohl bei der Papierherstellung aus Rohstoffen als auch aus Altpapier werden zu<br />

kurze Fasern aus dem Faserbrei ausgeschleust, welche dann als Reststoffe anfallen.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Mauerziegel (Leichthochlochziegel) 103<br />

Porosierungsmittel tragen durch ihren Heizwert als zusätzlicher Brennstoff im Ziegel<br />

zum Brennprozeß bei <strong>und</strong> ersetzen dabei konventionelle Brennstoffe wie Erdgas oder<br />

Heizöl. Aus diesem Gr<strong>und</strong> wird der Heizwert der Porosierungsmittel bei der Ermittlung<br />

des KEA berücksichtigt, auch wenn es sich um Reststoffe handelt, die üblicherweise<br />

energiefrei bewertet werden (s. I. Allgemeiner Teil).<br />

Der Heizwert des (feuchten) Sägemehls beträgt 8 MJ/kg (3) , der Heizwert <strong>von</strong> Papierfaserreststoffen<br />

3,1 MJ/kg (3) <strong>und</strong> <strong>von</strong> fein gemahlenem Styropor 31 MJ/kg /HAN 95/.<br />

2.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Die Berechnung der primärenergetischen Aufwendungen erfolgt mit den in Tabelle 3-6<br />

Teil I (Allgemeiner Teil) angegeben Basisdaten.<br />

Tabelle I-1: Kumulierter Energieaufwand <strong>und</strong> Emissionen für die Bereitstellung<br />

<strong>von</strong> Rohstoffen für die Ziegelproduktion<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne Rohstoff<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

Ton 24 2 4 26 2 1 3 0 2<br />

Sägemehl 8.173 13 31 186 16 5 23 1 14<br />

Papierfaserreststoffe 3.313 13 31 186 16 5 23 1 14<br />

Styropor (gemahlen) 31.373 13 31 186 16 5 23 1 14<br />

3 Mauerziegel (Leichthochlochziegel)<br />

Nach DIN 105 unterscheidet man Vollziegel <strong>und</strong> Hochlochziegel. Vollziegel haben keine<br />

Lochung oder einen maximalen Lochanteil <strong>von</strong> 15 % der Lagerfläche. Dagegen haben<br />

Hochlochziegel einen Lochanteil <strong>von</strong> bis zu 50 % der Lagerfläche.<br />

Bei Mauerziegeln findet der Leichthochlochziegel weite Verbreitung, da er aufgr<strong>und</strong><br />

seiner Porosierung sehr gute Wärmedämmeigenschaften besitzt. Die Porosierung des<br />

Ziegels entsteht durch Zugabe eines feinkörnigen Porosierungsmittels zum Rohmaterial,<br />

wodurch beim Brennprozeß kleine Luftporen entstehen. Leichthochlochziegel kommen<br />

vielfach unter den Markennamen unipor (Porosierungsmittel Sägemehl) <strong>und</strong> poroton<br />

(Porosierungsmittel Polystyrol) in den Handel. Eine typische Rohdichte <strong>von</strong><br />

Leichthochlochziegeln ist 0,8 kg/dm 3 .<br />

3.1 Herstellung<br />

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung <strong>von</strong> Leichthochlochziegeln beschrieben,<br />

welches den Stand der Technik zweier moderner automatisierter Ziegelwerke mit einer<br />

Jahresproduktion <strong>von</strong> ca. 150.000 – 300.000 t Ziegeln widerspiegelt. Zudem wurden die<br />

Werte in einer Literaturrecherche verglichen. Das eine der untersuchten Ziegelwerke<br />

verwendet Sägemehl <strong>und</strong> Papierfaserreststoffe als Porosierungsmittel, das andere<br />

3 vgl. Tabelle 4, I. Allgemeiner Teil<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


104 I Ziegel<br />

Styropor, Kohleton, Rohbraunkohle <strong>und</strong> Sägemehl. Eine schematische Darstellung des<br />

Herstellungsprozesses zeigt Abbildung I-1.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

Ton<br />

Porosierungsmittel,<br />

evtl. Granitsand<br />

Wasserdampf<br />

therm. Rauchgasnachverbrennung<br />

Gewinnung<br />

(Bagger)<br />

Transport<br />

(LKW)<br />

Beschicken<br />

(Beschicker)<br />

Zerkleinern<br />

(Kollergang, Walzwerk)<br />

Mischen<br />

(Beschicker, Mischer)<br />

Formen<br />

(Strangpresse)<br />

Trocknen<br />

(Durchlauftrockner)<br />

Abgas Brennen<br />

(Tunnelofen)<br />

Abwärme<br />

Entstapeln<br />

(Palletten)<br />

Ziegel<br />

Abbildung I-1: Schematische Darstellung des Herstellungsprozesses <strong>von</strong> Mauerziegeln<br />

Der Ton wird <strong>von</strong> Baggern im Tagebau abgebaut. Pro Tonne Ziegel wird ungefähr 1 m 3<br />

Ton benötigt. Der abgebaute Ton wird <strong>von</strong> einem LKW zum nahegelegenen Werk<br />

transportiert <strong>und</strong> in einen Beschicker aufgegeben.<br />

Über den Beschicker gelangt der evtl. mit Granitsand gemagerte Ton, dem<br />

Porosierungsmittel zugesetzt werden, in den Kollergang <strong>und</strong> zwei Walzwerke, in denen<br />

der Rohstoff zerkleinert <strong>und</strong> vermischt wird. Außerdem wird z.T. etwas Wasser zum<br />

Erreichen der richtigen Zähigkeit zugesetzt. Das Rohmaterial wird im<br />

Großraumbeschicker eingelagert. Über den Siebr<strong>und</strong>beschicker, in dem der Rohstoff mit<br />

Wasserdampf behandelt wird, gelangt die Masse in den Mischer.<br />

Das Formen des Rohlings erfolgt durch die kontinuierlich laufende Schneckenpresse mit<br />

einem dem jeweiligen Produkt entsprechenden M<strong>und</strong>stück. Von dem so entstandenen<br />

Strang werden dann mit dem Drahtabschneider Ziegelrohlinge abgeschnitten, welche<br />

auf Trocknerwagen plaziert werden.<br />

Für Leichtziegel mit Sägemehl <strong>und</strong> Papierfaserreststoffe als Porosierungsmittel kann<br />

die Rohmasse (im trockenen Zustand) z.B. folgendermaßen zusammengesetzt sein:


Mauerziegel (Leichthochlochziegel) 105<br />

Sägemehl, Papierfaserreststoffe: 10 Gew.%<br />

Granitsand: 0 (- 4) Gew.%<br />

Ton: Rest<br />

Anstatt der 10 Gew. % Sägemehl werden z.B. auch 0,5 - 1,5 Gew. % Styropor eingesetzt.<br />

In einem Durchlauftrockner wird dem Rohling die Feuchtigkeit entzogen. In der<br />

vorderen Zone herrscht eine Temperatur <strong>von</strong> 50 - 60 °C, in der hinteren Zone beträgt die<br />

Lufttemperatur 120°C. Die Verweildauer im Trockner beträgt durchschnittlich 24 h. Der<br />

Rohling wird nun entweder zwischengelagert oder dem Tunnelofen zugeführt. Der<br />

Brennvorgang erfolgt bei ca. 950 °C <strong>und</strong> dauert 6 h. Aufgr<strong>und</strong> der Vorwärm- <strong>und</strong><br />

Abkühlphase beträgt die Verweildauer im Brennofen 15 h. Die Abwärme des Ofens<br />

liefert einen Teil der im Trockner benötigten Energie. Beim Brennprozeß entweicht<br />

durch die Dekarbonatisierung <strong>von</strong> Calciumcarbonat Kohlendioxid aus dem Formling.<br />

Das Porosierungsmittel verbrennt rückstandsfrei. Anschließend wird der fertige Ziegel<br />

auf Paletten gepackt <strong>und</strong> auf dem Werksgelände zwischengelagert.<br />

In Abbildung I-2 ist das Massenflußbild bei der Produktion <strong>von</strong> Mauerziegeln<br />

dargestellt. Hiebei ist zu beachten, daß die Porosierungsmittel im Rahmen dieser<br />

Untersuchung den Energieträgern zugeordnet wurde <strong>und</strong> daher im Energieflußbild<br />

nicht aber im Massenflußbild bilanziert werden.<br />

Ton bereitgestellt<br />

im Ziegelwerk<br />

Herstellung<br />

Mauerziegel (LHZ)<br />

1000 kg (100,0 %)<br />

Ton<br />

1400 kg (140,0 %)<br />

CO -Emissionen<br />

2<br />

(Dekarbonatisierung)<br />

120 kg (12,0 %)<br />

Wasser<br />

280 kg (28,0 %)<br />

Abbildung I-2: Massenflußbild der Leichthochlochziegel-Herstellung<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


106 I Ziegel<br />

3.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Im folgenden wird der Energieeinsatz für die Herstellung <strong>von</strong> Leichthochlochziegeln<br />

aufgezeigt.<br />

Aufbereitung, Formgebung, Trocknen <strong>und</strong> Brennen<br />

Der gesamte Endenergiebedarf eines der untersuchten Ziegelwerke, der sich im<br />

wesentlichen auf die Prozeßabschnitte Aufbereitung, Formgebung, Trocknen 4 <strong>und</strong><br />

Brennen bezieht, setzt sich pro Tonne Ziegel wie folgt zusammen:<br />

Strom: 34 kWh/t<br />

schweres Heizöl: 16 kg/t<br />

leichtes Heizöl: 6-8 kg/t<br />

Diese Werte können nur als Richtwerte dienen, da der Energieverbrauch u.a. <strong>von</strong> der<br />

Tonzusammmensetzung, der Betriebsweise <strong>und</strong> dem Zusatz <strong>von</strong> Porosierungsmittel<br />

abhängt. Letztere können einen Beitrag <strong>von</strong> bis zu 50 % beim Brennstoffeinsatz leisten.<br />

Eine Auswertung des Instituts für Ziegelforschung für den Brennstoffeinsatz (incl.<br />

Porosierungsmittel) ergab in Abhängigkeit der Deckungsrate der Trocknerwärme mit<br />

Ofenabwärme durchschnittlich 1.700 bis 2.100 MJ Endenergie 5 je Tonne gebranntem<br />

Ziegel /JUN 98/. Der untere Bereich dieses Endenergieeinsatzes für Brennstoffe<br />

korreliert gut mit den hier zugr<strong>und</strong>e gelegten Daten der beiden untersuchten modernen<br />

Ziegelwerke. Im b<strong>und</strong>esdeutschen Durchschnitt werden beim Prozeßabschnitt Trocknen<br />

<strong>und</strong> Brennen <strong>von</strong> Ziegeln zu 88 % Erdgas, 11 % Heizöl bzw. Schweröl <strong>und</strong> zu 1 % Kohle<br />

eingesetzt /BVZ 98/. Da die untersuchten Ziegelwerke in der Brennstoffwahl nicht<br />

repräsentativ sind, wurde bei der Ermittlung des KEA <strong>und</strong> der Emissionen der<br />

b<strong>und</strong>esdurchschnittliche Brennstoffmix zugr<strong>und</strong>e gelegt.<br />

Für die Aufbereitung werden ca. 30 % des Gesamtstromverbrauchs benötigt. Zu den<br />

Hauptstromverbrauchern bei der Aufbereitung gehören der Kollergang sowie die zwei<br />

Walzwerke. R<strong>und</strong> 0,3 kg/t leichtes Heizöl werden zur Erzeugung des Wasserdampfs für<br />

den Siebr<strong>und</strong>beschicker verbraucht.<br />

Für die Formgebung wird ein anteiliger Energieverbrauch <strong>von</strong> ca. 22 % am Gesamtstromverbrauch<br />

eingesetzt.<br />

Beim Trocknen <strong>und</strong> Brennen werden 1,1 kg/t leichtes Heizöl im ersten Teil des<br />

Tunnelofens (Aufheizzone) eingesetzt, 0,5 kg/t werden für die thermische Rauchgasnachverbrennungsanlage<br />

benötigt <strong>und</strong> ca. 5 kg/t dienen zur weiteren Erhitzung der<br />

Ofenabluft, die anschließend im Trockner eingesetzt wird 6 . Schweres Heizöl wird<br />

ausschließlich im zweiten Teil des Tunnelofens (Brennzone) eingesetzt. Zur Absenkung<br />

der Viskosität wird das schwere Heizöl mit Ofenabwärme erwärmt.<br />

Der Stromverbrauch beim Prozeßschritt Trocknen <strong>und</strong> Brennen der Ziegel beträgt ca.<br />

46 % des Gesamtverbrauchs an elektrischer Energie. Er wird zu einem hohen Anteil für<br />

den Antrieb der Ventilatoren zur Umwälzung der Warmluft, Heißluft, Verbrennungsluft<br />

<strong>und</strong> des Rauchgases benötigt.<br />

4 Die Energie zur Trocknung der Ziegelrohlinge wird ganz oder größtenteils mit Ofenabwärme gedeckt.<br />

5 Untersuchung <strong>von</strong> 60 Ziegelwerken<br />

6 Ziegelwerke mit durchgängiger Produktion (7-Tage-Woche) können den Trockner zumeist ohne zusätzlichen<br />

Energieeinsatz allein durch Ofenabwärme betreiben. /JUN 98/<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Mauerziegel (Leichthochlochziegel) 107<br />

Indirekter Stromverbrauch<br />

Der indirekte Stromverbrauch (Beleuchtung, Bürogeräte u.ä.) ist im Gesamtstromverbrauch<br />

enthalten <strong>und</strong> hat einen Anteil <strong>von</strong> ca. 2 %.<br />

3.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung I-3 ist das Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Leichthochlochziegeln dargestellt.<br />

Der Primärenergieeinsatz für Brennstoffe stellt den energieintensivsten Anteil bei der<br />

Ziegelherstellung dar.<br />

Mauerziegel (LHZ)<br />

2468 MJ (100,0 %)<br />

Ton<br />

33 MJ (1,3 %)<br />

Papierfaserreststoff<br />

60 MJ (2,4 %)<br />

Sägemehl<br />

371 MJ (15,0 %)<br />

Styropor<br />

235 MJ (9,5 %)<br />

Leichtöl<br />

72 MJ (2,9 %)<br />

Erdgas<br />

1211 MJ (49,1 %)<br />

Schweröl<br />

71 MJ (2,9 %)<br />

Steinkohle<br />

11 MJ (0,5 %)<br />

Strommix Deutschland<br />

404 MJ (16,4 %)<br />

Abbildung I-3: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne<br />

Leichthochlochziegeln<br />

Da die Porosierungsmittel vollständig <strong>und</strong> rückstandslos verbrennen muß deren<br />

Heizwert dem Brennprozeß voll zugerechnet werden. Auf diese Weise errechnet sich ein<br />

Primärenergieeinsatz für die eingesetzten Brennstoffe (Erdgas, Heizöl, Porosierungsmittel)<br />

<strong>von</strong> r<strong>und</strong> 2.030 MJ/t Ziegel.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


108 I Ziegel<br />

Anmerkung: Für die Porosierung der Ziegel werden Reststoffe bzw. Kuppelprodukte<br />

anderer Prozeßketten eingesetzt. Da die Reststoffe im Gegensatz zu dieser <strong>Bilanzierung</strong> 7<br />

häufig energiefrei bewertet werden, finden sich in der Literatur zum Teil deutlich<br />

niedrigere Werte für den KEA <strong>von</strong> Ziegeln. Die Hauptargumente, diese Vorgehensweise<br />

in diesem Fall nicht anzuwenden, sind der hohe Anteil der Porosierungsmittel am<br />

Endenergieverbrauch (ca. 35 %) <strong>und</strong> die Alternative ihrer thermischen Nutzung z.B. in<br />

Heizkraftwerken. Ohne Bewertung des Heizwertes der Porosierungsmittel würde der<br />

KEA r<strong>und</strong> 1.800 MJ je Tonne gebrannter Ziegel betragen.<br />

Bei der Ziegelherstellung haben die Emissionen beim Brennprozeß den größten Anteil.<br />

Aus diesem Gr<strong>und</strong> werden die im Ofen freigesetzten Emissionen im folgenden näher<br />

erläutert.<br />

Anorganische Schadstoffemissionen, die vor allem beim Brennprozeß aus dem<br />

Rohmaterial oder dem Brennstoff freigesetzt werden, sind z.B. SO2, NOx, CO, Staub <strong>und</strong><br />

Fluor- bzw. Chlorwasserstoff. In Abhängigkeit der Rohmaterialzusammensetzung des<br />

Tons (Schwefel-, Fluor-, Kalkgehalt) kann z.B. die SO2- <strong>und</strong> HF- Emissionen im Rohgas<br />

um Größenordnungen variieren.<br />

Prozeßbedingt können durch die Zuschlagsstoffe z.B. folgende organische Substanzen<br />

entstehen: Benzol, Phenole, Toluol <strong>und</strong> Formaldehyd.<br />

Die Zusammensetzung der Emissionen beim Brennprozeß ist <strong>von</strong> einer Vielzahl <strong>von</strong><br />

Faktoren abhängig:<br />

• Brennstoff (Erdgas/Flüssiggas, Heizöl, Kohle)<br />

• Ofentyp bzw. -betriebsweise<br />

• Tonzusammensetzung<br />

• Porosierungsmittel (organisch z.B. Sägemehl, Styropor, anorganisch z.B. Perlit)<br />

Beim Brennprozeß werden unterschiedliche Arten der Abgasreinigung eingesetzt. Grob<br />

unterscheidet man zwischen: Nachverbrennung der Schwelgase <strong>und</strong> Einbau zusätzlicher<br />

Filter. In modernen Ziegelwerken werden Anlagen zur thermischen Nachverbrennung<br />

(z.B. Thermoreaktoren) sowie Schüttschichtfilter zur Fluorelimination eingesetzt<br />

/BVZ 98/. Die einzuhaltenden Grenzwerte für die keramische Industrie sind in der TA<br />

Luft aufgeführt.<br />

Energiebedingte Emissionen<br />

Bei der Berechnung der energiebedingten Emissionen, die durch das Verbrennen der<br />

Porosierungsmittel im Ziegel entstehen, wurden lediglich die CO2- <strong>und</strong> SO2-Emissionen<br />

berücksichtigt.<br />

Prozeßbedingte Emissionen<br />

Prozeßbedingte CO2-Emissionen entstehen aufgr<strong>und</strong> des Kalks (CaCO3), der beim<br />

Brennvorgang nahezu vollständig zu gebranntem Kalk (CaO) <strong>und</strong> Kohlendioxid (CO2)<br />

umgesetzt wird.<br />

Stickoxide stellen aufgr<strong>und</strong> der geringen Maximaltemperatur <strong>von</strong> 1.200°C keine<br />

Problematik dar (vgl. Kap. 3.9, I. Allgemeiner Teil).<br />

7 Die Methodik der <strong>Bilanzierung</strong> <strong>von</strong> Sek<strong>und</strong>ärrohstoffen ist in Kap. 3, I. Allgemeiner Teil beschrieben.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Mauerziegel (Leichthochlochziegel) 109<br />

Schwefeloxide entstehen durch Schwefelverbindungen im Rohmaterial <strong>und</strong> im<br />

Brennstoff. Der prozentuale Anteil der Schwefelverbindungen (Sulfide, Sulfate) im Ton<br />

ist stark vom Standort abhängig. Dieser schwankt zwischen 0 <strong>und</strong> 2 Gew.% 8 /IFZ 98/<br />

entsprechend Rohgasmengen <strong>von</strong> 0 bis ca. 1 kg SO2 je Tonne gebranntem Ziegel.<br />

Gr<strong>und</strong>sätzlich wird umso mehr Schwefel beim Brennprozeß aus dem Rohstoff<br />

ausgetrieben, je geringer der Kalkgehalt <strong>und</strong> je höher die Temperatur ist. Bei hohem<br />

Schwefelgehalt im Rohgas werden zusätzliche Filter zur Reduktion eingesetzt.<br />

Kohlenmonoxid entsteht vor allem durch die Verbrennung organischer Zuschlagstoffe<br />

<strong>und</strong> bituminöser Bestandteile des Tons. Diff<strong>und</strong>iert dabei nicht genügend Sauerstoff in<br />

den Scherben, kann die CO-Konzentration erheblich sein. Durch eine thermische<br />

Nachverbrennung werden die CO-Emissionen zu über 99 % zu CO2 oxidiert .<br />

Fluor ist im Rohmaterial Ton in b<strong>und</strong>esdeutschen Abbaugebieten mit durchschnittlich<br />

ca. 0,06 Gew % enthalten /IFZ 98/. Das Austriebsverhalten des als Pflanzengift<br />

wirkenden Fluors ist abhängig <strong>von</strong> der Brenntemperatur <strong>und</strong> dem Kalkgehalt des Tons.<br />

Daher weisen Hintermauerziegelwerke sehr geringe Emissionen an Fluorwasserstoff auf<br />

/IFZ 98/. Bei Vormauer- <strong>und</strong> Dachziegelwerken können hohe Rohgasemissionen (bis zu<br />

400 g je Tonne Ziegel) entstehen. In modernen Anlagen werden diese durch Schüttschichtfilter<br />

zurückgehalten.<br />

Die Chlorkonzentration hängt vom Salzgehalt der Rohmaterialien <strong>und</strong> der Art der<br />

Zuschlagstoffe ab. So enthalten z.B. Papierfaserreststoffe Chlor, das in Kombination mit<br />

Holz (Sägemehl) zur Dioxinbildung bei Temperaturen zwischen 250 <strong>und</strong> 400°C führen<br />

kann.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle I- 2 faßt den Primärenergieverbrauch <strong>und</strong> die energiebedingten Emissionen für<br />

die Herstellung einer Tonne Leichthochlochziegel zusammen.<br />

Aufgr<strong>und</strong> der diskutierten Einflußgrößen ergeben sich bei den Emissionen große<br />

Schwankungsbreiten.<br />

Der ermittelte KEA stellt einen Wert für ein modernes Ziegelwerk dar. Der Energiebedarf<br />

<strong>von</strong> Mauerziegeln ist u.a. abhängig <strong>von</strong> Einflußgrößen, wie z.B. der Rohmaterialzusammensetzung,<br />

den eingesetzten Energieträgern <strong>und</strong> der Betriebsführung. Für die<br />

beiden detailliert untersuchten modernen Ziegelwerke ergab sich eine Schwankungsbreite<br />

<strong>von</strong> 15 %.<br />

Tabelle I- 2: KEA <strong>und</strong> Emissionen für die Herstellung <strong>von</strong> Leichthochlochziegeln<br />

Produkt<br />

alle Werte je Tonne<br />

Prozeßkettenanalyse 1<br />

Emissionen (Ziegel) /GEM/ 2<br />

Emissionen (Backstein) /ÖKO 95/ 2<br />

Mauerziegel (LHZ) 3<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

2.468 171 96 180 107 236 14 3 11 - -<br />

- 226 470 420 130 230 0 0 40 0 10<br />

- 237 113 508 531 363 152 2 - 2 16<br />

2.468 291 113 420 107 236 14 3 40 2 10<br />

1 Ergebnis der Prozeßkettenanalyse (Erläuterung der Ermittlung <strong>von</strong> KEA <strong>und</strong> energiebedingten Emissionen<br />

s. Teil I: Allgemeiner Teil)<br />

2 Gesamtemissionen nach Literaturangaben<br />

8 Schwefelhaltiges Rohmaterial stellt bis auf wenige Ausnahmen im norddeutschen Raum in den Abbaugebieten<br />

Deutschlands kein Problem dar.<br />

HF<br />

[g]<br />

HCl<br />

[g]<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


110 I Ziegel<br />

3 Endergebnis (Werte sind in der KEA-Datenbank abgelegt <strong>und</strong> werden weiteren Berechnungen zugr<strong>und</strong>e gelegt)<br />

Anmerkung zu den Emissionen<br />

CO2: Aufgr<strong>und</strong> des Brennens <strong>von</strong> kalkhaltigem Ton entstehen neben den energiebedingten<br />

auch prozeßbedingte Emissionen aus der Umsetzung des Kalks zu<br />

gebranntem Kalk <strong>und</strong> Kohlendioxid. Die Höhe dieser prozeßbedingten<br />

Emissionen steht im direkten Verhältnis zum Massenanteil an Kalk im<br />

Rohmaterial. Bei 20 bis 30 Gew.% Kalk /IZF 98/ im Rohling entstehen z.B. 120<br />

bis 180 kg CO2/t Ziegel. Somit entstehen unter Einbeziehung der energiebedingten<br />

CO2-Emissionen insgesamt 291 - 351 kg CO2 je Tonne produziertem<br />

Mauerziegel. Weil diese Werte über den Vergleichswerten aus der Literatur<br />

liegen <strong>und</strong> eine 100%ige Decarbonatisierung des Kalks nicht immer<br />

gewährleistet ist, wird die untere Grenze der berechneten CO2-Emissionen als<br />

Ergebnis zugr<strong>und</strong>e gelegt.<br />

CO: Die mit Hilfe der KEA-Datenbank errechneten CO-Emissionen beinhalten alle<br />

vorgelagerten <strong>und</strong> brennstoffbedingten Emissionen. Nicht berücksichtigt ist<br />

der durch das Rohmaterial (v.a. Porosierungsmittel) entstehende Anteil. Der<br />

errechnete Wert spiegelt die Gegebenheiten der Brennführung <strong>und</strong> thermischen<br />

Nachverbrennung der Rauchgase in einem Ziegelwerk nur bedingt<br />

wider. Aus diesem Gr<strong>und</strong> wird der (gemessene) Wert nach /ÖKO 95/ angesetzt.<br />

NOx: Die berechnete NOx-Emission beinhaltet die vorgelagerten <strong>und</strong> brennstoffbedingten<br />

Emissionen 9 . Da die NOx-Entstehung beim Brennvorgang vor allem<br />

<strong>von</strong> der Prozeßführung abhängt, sind die berechneten Emissionen nur bedingt<br />

realitätsnah 10 . Daher wird der Wert nach /GEM/ übernommen.<br />

SO2: Die SO2-Emissionen entstehen durch Schwefelverbindungen des Brennstoffs,<br />

des Rohmaterials <strong>und</strong> der Porosierungsmittel. Der Schwefelgehalt des für<br />

Hintermauerziegel eingesetzten Tons ist gr<strong>und</strong>sätzlich niedrig. Zudem ist die<br />

Brenntemperatur relativ niedrig <strong>und</strong> durch den hohen Kalkgehalt des<br />

Rohstoffs bleibt der Schwefel im Scherben eingeb<strong>und</strong>en, so daß die SO2-<br />

Emissionen aus dem Rohmaterial vernachlässigbar sind /IZF 98/. Die<br />

errechnete, energiebedingte SO2-Emission entspricht den emittierten SO2-<br />

Emissionen bei dem eingesetzten Brennstoffmix (incl. Porosierungsmittel) <strong>und</strong><br />

kann als praxisnah angesehen werden.<br />

CH4: Die CH4-Emissionen beruhen v.a. auf dem Einsatz <strong>von</strong> Erdgas durch<br />

vorgelagerte <strong>und</strong> in einem weit geringeren Umfang feuerungsbedingte<br />

Emissionen, die im errechneten Wert der KEA-Datenbank enthalten sind. Der<br />

errechnete Wert kann als praxisnah angesetzt werden.<br />

NMVOC: Die NMVOC-Emissionen entstehen beim Transport <strong>und</strong> durch vorgelagerte<br />

Prozesse des Brennstoffeinsatzes. Da der Hauptenergieträger Erdgas<br />

überwiegend aus Methan besteht, können keine höheren Kohlenstoffverbindungen,<br />

die als NMVOC zusammengefaßt werden, emittiert werden.<br />

Daher wird der im Vergleich zu den Literaturwerten niedrige, berechnete Wert<br />

für die gewählten Randbedingungen als realistisch angesehen.<br />

9 Nicht berücksichtigt sind evtl. durch Porosierungsmittel verursachte NOx-Emissionen.<br />

10 Einflußgrößen der Stickoxidbildung bei Brennprozessen s. Kap. X, Allgemeiner Teil (I)<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Vormauerziegel (Klinker) 111<br />

N2O: Die N2O-Emissionen entstehen beim Brennprozeß. Es werden die mit Hilfe der<br />

KEA-Datenbank berechneten, energiebedingten N2O-Emissionen zugr<strong>und</strong>e<br />

gelegt.<br />

Staub: Die Staub-Emissionen entstehen brennprozeßbedingt <strong>und</strong> aus vorgelagerten<br />

Prozeßketten. Aufgr<strong>und</strong> des Hauptenergieträgers Erdgas ist der brennprozeßbedingte<br />

Wert relativ niedrig. Es wird der Wert nach /GEM/ zugr<strong>und</strong>e gelegt.<br />

HF: Nach /LFU 93/ lag die maximale Schadstoffmenge für HF bei 10 g je Tonne<br />

Ziegel. Bei der Herstellung <strong>von</strong> Hintermauerziegeln ist die Problematik <strong>von</strong><br />

Fluorwasserstoffemissionen gering. Es wird der Wert nach /ÖKO 95/ angesetzt.<br />

HCl: Da die HCl-Emissionen vom Rohmaterial <strong>und</strong> den Zuschlagstoffen (bei Einsatz<br />

<strong>von</strong> Papierreststoffen) abhängen, variieren diese Werte je nach Standort stark.<br />

Die maximale Schadstoffmenge für HCl lag nach /LFU 93/ bei 60 g je Tonne<br />

Ziegel. Angesetzt wird der Wert nach /GEM/.<br />

4 Vormauerziegel (Klinker)<br />

Vormauerziegel (Klinker) sind frostbeständige Ziegel aus Ton 11 , deren Wasseraufnahme<br />

gering ist. Klinker kann als Mauerwerk ohne Verputz verwendet werden. Bei Klinker<br />

liegt die Brenntemperatur bei ca. 1.050 bis 1.100 °C, so daß infolge <strong>von</strong> Sinterungsprozessen<br />

die Kristallstruktur glasartig wird.<br />

4.1 Herstellung<br />

Die Herstellung erfolgt analog der Mauerziegelproduktion (vgl. Kapitel I 3.1). Es werden<br />

jedoch keine Porosierungsmittel eingesetzt. Die Rohdichte des Scherbens beträgt je nach<br />

Rohmaterialzusammensetzung 1,2 bis 2,2 kg/dm 3 .<br />

4.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Gr<strong>und</strong>lage der energetischen Daten <strong>von</strong> Vormauerziegeln ist die Produktion <strong>von</strong> Leichthochlochziegeln<br />

(s. Kapitel I 3.2). Im folgenden werden nur die Besonderheiten<br />

herausgestellt.<br />

Aufgr<strong>und</strong> der höheren Brenntemperatur ergeben sich energetische Unterschiede<br />

gegenüber der Mauerziegelfertigung beim Brennprozeß. Die Auswertung der Meßdaten<br />

<strong>von</strong> 34 Vormauerziegelwerken zum Brennnstoffeinsatz für den Prozeßschritt Brennen<br />

/JUN 98/, ergab einen im Vergleich zum Mauerziegel (incl. Porosierungsmittel) um r<strong>und</strong><br />

35 % höheren Endenergiebedarf 12 .<br />

11 Klinker als Einsatzstoff für die Zementherstellung (Portlandzementklinker) s. Kap. D Zement<br />

12 Es werden durchschnittlich 2.310 MJ je Tonne Klinker eingesetzt. /JUN 98/<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


112 I Ziegel<br />

4.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

Der Primärenergieeinsatz für die Brennstoffe beträgt r<strong>und</strong> 2.700 MJ/t <strong>und</strong> stellt den<br />

energieintensivsten Anteil der Herstellung dar. In Abbildung I-4 ist das<br />

Primärenergieflußbild <strong>von</strong> Vormauerziegeln dargestellt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT<br />

3130 MJ (100,0 %)<br />

Ton<br />

33 MJ (1,1 %)<br />

Erdgas<br />

2389 MJ (76,3 %)<br />

Leichtöl<br />

143 MJ (4,6 %)<br />

Schweröl<br />

140 MJ (4,5 %)<br />

Steinkohle<br />

23 MJ (0,7 %)<br />

404 MJ (12,9 %)<br />

Abbildung I-4: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne<br />

Leichthochlochziegeln<br />

Für die Emissionen gelten die gleichen Anmerkungen, wie in Kapitel I 3.3 erläutert,<br />

allerdings entstehen nicht die <strong>von</strong> den Porosierungsmitteln verursachten Emissionen.<br />

Ergebnisse<br />

In Tabelle I- 3 sind der KEA <strong>und</strong> die errechneten, energiebedingten Emissionen für die<br />

Herstellung einer Tonne Klinker sowie das in der KEA-Datenbank abgelegte<br />

Endergebnis angeben.<br />

Tabelle I- 3: KEA <strong>und</strong> Emissionen bei der Herstellung <strong>von</strong> Vormauerziegeln<br />

(Klinker)<br />

Produkt<br />

Alle Werte je Tonne<br />

Prozeßkettenanalyse 1<br />

Vormauerziegel (Klinker) 2<br />

KEA<br />

[MJ]<br />

CO2<br />

[kg]<br />

CO<br />

[g]<br />

NOX<br />

[g]<br />

SO2<br />

[g]<br />

CH4<br />

[g]<br />

NMVOC<br />

[g]<br />

N2O<br />

[g]<br />

Staub<br />

[g]<br />

3.130 175 171 272 112 420 19 5 16 - -<br />

3.130 175 171 420 531 420 19 5 40 2 10<br />

HF<br />

[g]<br />

HCl<br />

[g]


Vormauerziegel (Klinker) 113<br />

1 Ergebnis der Prozeßkettenanalyse (Erläuterung der Ermittlung <strong>von</strong> KEA <strong>und</strong> energiebedingten Emissionen<br />

s. Teil I: Allgemeiner Teil)<br />

2 Endergebnis (Werte sind in der KEA-Datenbank abgelegt <strong>und</strong> werden weiteren Berechnungen zugr<strong>und</strong>e gelegt)<br />

Anmerkung zu den Emissionen<br />

Im folgenden werden nur die Besonderheiten im Vergleich zum Mauerziegel diskutiert.<br />

CO2: Aufgr<strong>und</strong> des Brennens <strong>von</strong> kalkhaltigen Bestandteilen im Ton entstehen<br />

neben den energiebedingten auch prozeßbedingten Emissionen aus der<br />

Umsetzung des Kalks zu gebranntem Kalk <strong>und</strong> Kohlendioxid. Für Klinker<br />

wird jedoch sehr kalkarmer Ton mit einem Kalkgehalt <strong>von</strong> annähernd<br />

0 Gew.% verwendet /IZF 98/. Aus diesem Gr<strong>und</strong> wird bei Klinker der<br />

errechnete Wert (KEA-Datenbank) zugr<strong>und</strong>e gelegt.<br />

CO: Die errechnete CO-Emission beinhaltet alle vorgelagerten <strong>und</strong> brennstoffbedingten<br />

Emissionen. Da keine Porosierungsmittel eingesetzt werden, sind<br />

die CO-Emissionen aus dem Rohmaterial gering. Daher wird der berechnete<br />

Wert angesetzt.<br />

NOx: Die errechnete NOx-Emission enthält alle vorgelagerten <strong>und</strong> brennstoffbedingten<br />

Emissionen. Da die NOx-Entstehung beim Brennen <strong>von</strong> der<br />

Prozeßführung abhängt, sind die berechneten Emissionen nur bedingt<br />

realitätsnah. Die NOx-Emission werden aufgr<strong>und</strong> der etwas höheren<br />

Brenntemperatur mit dem Wert für Dachziegel nach /ÖKO 95/ abgeschätzt<br />

(vgl. Tabelle I- 4).<br />

SO2: Die SO2-Emissionen bei der Klinkerherstellung entstehen vor allem durch<br />

Schwefelverbindungen (Pyrit) im Rohstoff. Der Schwefelgehalt im Rohmaterial<br />

für Klinker (Abbaugebiet v.a. im norddeutschen Raum) beträgt bis zu 2 Gew.%<br />

/IFZ 98/. Bei hohen Schwefelgehalten im Rohstoff werden Schwefelemissionen<br />

mittels geeigneter Rauchgasreinigungsverfahren gering gehalten. Aussagen<br />

über emittierte SO2-Emissionen sind somit mit einer äußerst großen<br />

Schwankungsbreite behaftet. Die errechnete SO2-Emission entspricht den<br />

emittierten SO2-Emissionen bei einem sehr schwefelarmen Ton<br />

(Schwefelgehalt 0 %). Diese Randbedingung entspricht nicht den<br />

Gegebenheiten der deutschen Klinkerherstellung. Aus diesem Gr<strong>und</strong> wird der<br />

Wert nach /ÖKO 95/ für Mauerziegel, der größtenteils prozeßspezifisch bedingt<br />

ist, als Ergebnis für Vormauerziegel angesetzt.<br />

HF: Aufgr<strong>und</strong> der im Vergleich zu Hintermauerziegeln höheren Brenntemperatur<br />

<strong>und</strong> dem geringeren Kalkgehalt des Rohstoffs, treten z.T. hohe Fluorwasserstoffemissionen<br />

im Rohgas auf. Moderne Ziegelproduktionsstätten sind mit<br />

Schüttschichtfiltern zur Minimierung der Fluoremissionen eingesetzt, so daß<br />

die Emissionen auf unter 2 g/t werden können /LFU 93/. Daher werden die HF-<br />

Emissionen mit dem Wert für „Backstein“ nach /ÖKO 95/ abgeschätzt (vgl.<br />

Tabelle I- 2).<br />

Die Staub, - <strong>und</strong> HCl-Emissionen werden mit dem Wert für Mauerziegel (vgl. Tabelle I-<br />

2) abgeschätzt.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


114 I Ziegel<br />

5 Dachziegel (Ton)<br />

Dachziegel sind flächige, keramische Bauteile zur Deckung <strong>von</strong> geneigten Dachflächen<br />

(DIN 456). Sie werden nach dem Herstellungsverfahren eingeteilt in Strang- bzw.<br />

Preßdachziegel. Strangdachziegel werden ohne oder mit Seitenverfalzung hergestellt<br />

z.B. Biberschwanzziegel, Hohlpfannen <strong>und</strong> Strangfalzziegel. Preßdachziegel haben<br />

entweder einen oder mehrere Kopf-, Fuß-, <strong>und</strong> Seitenfalze (z.B. Falzziegel,<br />

Flachdachpfannen) oder sind konisch geformt ohne Verfalzung (z.B. Mönch, Nonne).<br />

Dachziegel werden in natürlicher Brennfarbe, gefärbt, engobiert 13 , glasiert oder<br />

gedämpft hergestellt. Ca. 80 % der Dachziegel sind in der natürlicher Brennfarbe<br />

gefertigt. /BVZ 98/<br />

5.1 Herstellung<br />

Dachziegel werden aus tonigen Massen geformt <strong>und</strong> gebrannt. Die Dachziegelherstellung<br />

erfolgt analog der Mauerziegelproduktion (vgl. Kapitel I 3.1). Es werden<br />

jedoch keine Porosierungsmittel eingesetzt. Auf diese Weise entsteht ein Scherben mit<br />

einer Dichte <strong>von</strong> 1,6 bis 1,8 kg/dm 3 .<br />

Strangdachziegel werden in Strangpressen hergestellt, Preßdachziegel direkt oder aus<br />

einem in der Strangpresse vorgezogenen Strang auf Spezialpressen (z.B.<br />

Revolverpresse).<br />

Die Herstellung <strong>von</strong> Dachziegeln erfolgt analog Abbildung I-1, jedoch ohne den Zusatz<br />

<strong>von</strong> Porosierungsmitteln, Frostbeständigkeit <strong>und</strong> Wasser<strong>und</strong>urchlässigkeit werden u.a.<br />

durch hohe Güte des Rohmaterials (z.B. geringer Kalkgehalt), gute Aufbereitung des<br />

Tons, eine gleichmäßige Temperaturverteilung beim Brennprozeß sowie eine im<br />

Vergleich zum Hintermauerziegel längere Brenndauer erreicht.<br />

5.2 Energetische Daten der Produktion<br />

Bei der Ermittlung der energetischen Daten zur Dachziegelherstellung wird auf das<br />

Kapitel I 3.2 (Energetische Daten der Mauerziegelproduktion) Bezug genommen.<br />

Aufbereitung, Formgebung, Trocknen <strong>und</strong> Brennen<br />

Für den Energieeinsatz bei der Aufbereitung <strong>und</strong> Formgebung des Rohmaterials kann<br />

näherungsweise der Energiebedarf der Mauerziegelaufbereitung <strong>und</strong> -formgebung<br />

zugr<strong>und</strong>e gelegt werden. Wegen der besonderen Anforderungen an das Material <strong>und</strong> an<br />

das Pressen <strong>von</strong> Dachziegeln wird für diese beiden Prozeßschritte beim Stromverbrauch<br />

ein Aufschlag <strong>von</strong> 10 % gegenüber dem Mauerziegel berücksichtigt. Bedeutsame energetische<br />

Unterschiede gegenüber der Mauerziegelfertigung treten beim Brennen auf.<br />

Ursache hierfür ist die (meist) längere Brenndauer <strong>und</strong> die spezielle Lagerung der<br />

Dachziegel auf Halterungen, um die Güte zu gewährleisten <strong>und</strong> Verformungen zu<br />

vermeiden. Dies bedingt einen hohen Masseneinsatz in den Tunnelofen <strong>und</strong> eine geringe<br />

13 Engobe nennt man eine gieß- bzw. spritzfähige Masse aus Ton, die vor dem Brennen <strong>von</strong> Dachziegeln durch Bestäuben,<br />

Begießen oder Besprühen aufgebracht wird. Die Engobe geht bei Brenntemperaturen um 1.000 °C, wie der Ziegelton<br />

selbst, eine verwitterungsbeständige Ummineralisierung ein <strong>und</strong> verbindet sich dabei untrennbar mit dem Ziegelmaterial.<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


Dachziegel (Ton) 115<br />

Anzahl an (Brand-)Lagen, die zu einem hohen spezifischen Brennstoffbedarf führen. Die<br />

Auswertung <strong>von</strong> Meßdaten zum Brennstoffeinsatz für den Prozeßschritt Brennen 14<br />

/JUN 98/, bei dem 12 Dachziegelwerke erfaßt wurden, ergab im Vergleich zum<br />

Endenergieeinsatz bei Mauerziegeln (incl. Porosierungsmittel) einen um r<strong>und</strong> 80 %<br />

höheren Energiebedarf, der auch hier zugr<strong>und</strong>e gelegt wird. Als Brennstoff wird bei der<br />

Dachziegelherstellung ausschließlich Erdgas eingesetzt, um eine gleichmäßige<br />

Farbgebung (keine Brandflecken) zu erzielen. Aus diesen Angaben sowie der Annahme,<br />

daß der Durchlauftrockner analog dem Mauerziegel zum größten Teil mit Ofenabwärme<br />

beheizt wird, ergibt sich ein Brennstoffeinsatz <strong>von</strong> 105 m 3 Erdgas je Tonne Dachziegel.<br />

Allen weiteren Prozessen liegen die Daten des Mauerziegels zugr<strong>und</strong>e.<br />

5.3 KEA <strong>und</strong> Emissionen<br />

In Abbildung I-5 ist das Primärenergieflußbild für die Dachziegelproduktion dargestellt.<br />

Der Primärenergieeinsatz für den Brennstoff Erdgas beträgt 3.710 MJ/t Dachziegel <strong>und</strong><br />

stellt den energieintensivsten Anteil der Herstellung dar.<br />

Herstellung <strong>von</strong> Dachziegeln<br />

Dachziegel aus Ton<br />

4168 MJ (100,0 %)<br />

Ton<br />

33 MJ (0,8 %)<br />

425 MJ (10,2 %)<br />

Erdgas<br />

3710 MJ (89,0 %)<br />

Abbildung I-5: Primärenergieflußbild für die Herstellung <strong>von</strong> einer Tonne Dachziegeln<br />

Für die Emissionen gelten die gleichen Anmerkungen wie in Kapitel I 3.3., jedoch ohne<br />

die <strong>von</strong> den Porosierungsmitteln verursachten Emissionen.<br />

Ergebnisse<br />

Tabelle I- 4 faßt den Primärenergieverbrauch <strong>und</strong> die energiebedingten Emissionen für<br />

die Herstellung einer Tonne Dachziegel zusammen.<br />

14 Es werden r<strong>und</strong> 3.230 MJ je Tonne Dachziegel eingesetzt. /JUN 98/<br />

FORSCHUNGSSTELLE FÜR<br />

ENERGIEWIRTSCHAFT


116 I Ziegel<br />

Der KEA <strong>von</strong> Dachziegeln unterliegt Einflußfaktoren, wie der Rohmaterialzusammensetzung<br />

<strong>und</strong> der Betriebsführung. Die Schwankungsbreite wird auf 30 % geschätzt.<br />

Aufgr<strong>und</strong> der Abschätzung <strong>und</strong> der ohnehin großen Schwankungsbreite bei den&l