Das Unternehmen Essity Operations Mannheim GmbH ist ein Tochterunternehmen der Essity AB mit Hauptsitz in Stockholm, Schweden. Essity betätigt sich im Hygiene- und Gesundheitsbereich und vertreibt Produkte und Lösungen in rund 150 Länder. Am Standort in Mannheim betreibt es ein Sulfit-Zellstoffwerk und eine Papierfabrik zur integrierten Produktion von Sulfitzellstoff nach dem Magnesiumbisulfitverfahren und Hygienepapieren. Die bisherige Verfahrenstechnik zur Chemikalienrückgewinnung und Rauchgasreinigung einer Sulfitzellstofffabrik ist sehr komplex und erfolgt in mehreren Stufen. Der Prozess beginnt mit der Verbrennung der bei der Zellstofferzeugung anfallenden Ablauge. Diese enthält die an Schwefel gebundenen Lingninkomponenten (aus Fichten- und Buchenholz) und Magnesiumverbindungen aus dem Magnesiumbisulfit (Kochsäure), welches bei der Zellstoffkochung zum Einsatz kommt. Dabei entstehen neben der Abwärme Schwefeldioxid und Magnesiumoxid. Das entstehende Rauchgas wird über Zyklonabscheider geführt, um einen Großteil des Magnesiumoxids abzuscheiden. Da dies nicht vollständig gelingt, verbleibt nutzbares Magnesiumoxid im Rauchgas und wird in die Umwelt abgegeben. Das Rauchgas durchläuft nun eine 4-stufige Wäsche, bei der Schwefeldioxid aus dem Rauchgas ausgewaschen wird. Das nasse Rauchgas wird über einen 134 Meter hohen Kamin an die Umwelt abgegeben. Nachteile des herkömmlichen Verfahrens sind, dass schadstoffhaltige Aerosole und auch Staub, die nicht abgeschieden werden können, in die Umwelt gelangen. Zusätzlich können die genannten Prozesschemikalien nicht vollständig zurückgewonnen werden. Das Magnesiumoxid setzt sich im Kamin ab. Um diese Nachteile aufzufangen, ist geplant, einen Nasselektrofilter (NEF) zu installieren. Dadurch wird ermöglicht, dass das Rauchgas nach den vier Waschstufen in zwei verfahrenstechnisch voneinander getrennten Prozessschritten über einen Gegenstromwäscher mit darauffolgendem NEF geführt werden kann. Eine solche Prozesstrennung ist mit dem bisher in Sulfitzellstoffwerken üblichen Abgasreinigungsverfahren (Sulfitwäscher) nicht möglich, da hierbei beide Schritte unmittelbar miteinander verknüpft sind. Die Trennung hat den erheblichen Vorteil, dass sich einerseits der Waschprozess und andererseits die Entfernung der Aerosole getrennt auslegen, betreiben und optimieren lassen. Dies führt im Ergebnis zu einer effizienteren Abscheidung der Aerosole. Entsprechend können die Staub- und SO 2 -Emissionen kontrollierter und damit in unterschiedlichen Betriebszuständen reduziert werden. Darüber hinaus soll der Venturi-4-Wäscher um einen weiteren Wäscher bzw. eine zusätzliche Magnesiumoxid-Eindüsung erweitert werden. Dadurch sollen Staub und Schwefeldioxidemissionen weiter reduziert und Prozesschemikalien zurückgewonnen werden. Mit diesem Vorhaben soll der Stand der Technik zur Emissionsminderung für Chemikalienrückgewinnungskessel von Sulfitzellstoffwerken maßgeblich weiterentwickelt und die einschlägigen Emissionsgrenzwerte erheblich unterschritten werden. Es sollen bis zu 50 Tonnen Feinstaub und 50 Tonnen Schwefeldioxid pro Jahr eingespart werden. Dies entspricht jeweils mindestens einer Halbierung der Emissionsmengen in den Abgasen im Vergleich zum bisherigen Stand. Zusätzlich können durch eine erfolgreiche Umsetzung der innovativen Technik 45 Tonnen Magnesiumoxid und ca. 25 Tonnen Schwefel mehr gegenüber dem Stand der Technik zurückgewonnen werden. Daraus soll sich eine Einsparung von rund 104 Tonnen Kohlenstoffdioxid-Äquivalenten, bezogen auf die Primärherstellung von Magnesiumoxid und Schwefeldioxid, ergeben.
Branche: Papier und Pappe
Umweltbereich: Luft
Fördernehmer: Essity Operations Mannheim GmbH
Bundesland: Baden-Württemberg
Laufzeit: seit 2024
Status: Laufend
<p>Hochwirksame Staubminderungsmaßnahmen und die Stilllegung veralteter Produktionsstätten in den neuen Bundesländern führten seit 1990 zu einer erheblichen Minderung der verbrennungsbedingten Schwermetall-Emissionen.</p><p>Entwicklung seit 1990</p><p>Die Emissionen der wichtigsten Schwermetalle (Cadmium, Blei und Quecksilber) sanken seit 1990 deutlich. Die Werte zeigen überwiegend Reduktionen von über 60 bis über 90 %. Der Großteil der hier betrachteten Reduktion erfolgte dabei in den frühen 1990-er Jahren, wobei wesentliche Reduktionen auch schon vor 1990 stattfanden. Vor allem die dabei angewandten hochwirksamen Staub- und Schwefeldioxid (SO2) -Minderungsmaßnahmen führten zu einer erheblichen Verringerung der Schwermetallemissionen zunächst in den alten und, nach der Wiedervereinigung, auch in den neuen Ländern, einhergehend mit Stilllegungen veralteter Produktionsstätten. In den letzten Jahren sieht man, bis auf wenige Ausnahmen, kaum weitere Verringerungen der Schwermetall-Emissionen (siehe Abb. und Tab. „Entwicklung der Schwermetall-Emissionen“).</p><p>Während die Blei-Emissionen bis zum endgültigen Verbot von verbleitem Benzin im Jahre 1997 rapide zurückgingen, folgten Zink, Kupfer und Selen im Wesentlichen der Entwicklung der Fahrleistungen im Verkehrssektor, die im langfristigen Trend seit 1990 anstieg.</p><p>Herkunft der Schwermetall-Emissionen</p><p>Schwermetalle finden sich – in unterschiedlichem Umfang – in den staub- und gasförmigen Emissionen fast aller Verbrennungs- und vieler Produktionsprozesse. Die in den Einsatzstoffen teils als Spurenelemente, teils als Hauptbestandteile enthaltenen Schwermetalle werden staubförmig oder gasförmig emittiert. Die Gesamtstaubemissionen aus diesen Quellen bestehen zwar in der Regel überwiegend aus relativ ungefährlichen Oxiden, Sulfaten und Karbonaten von Aluminium, Eisen, Kalzium, Silizium und Magnesium; durch toxische Inhaltsstoffe wie Cadmium, Blei oder Quecksilber können diese Emissionen jedoch ein hohes Gefährdungspotenzial erreichen.</p><p>Verursacher</p><p>Die wichtigste Quelle der meisten Schwermetalle ist der Brennstoffeinsatz im Energie-Bereich. Bei <em>Arsen, Quecksilber </em>und <em>Nickel</em> hat die Energiewirtschaft den größten Anteil, gefolgt von den prozessbedingten Emissionen der Industrie, vor allem aus der Herstellung von Metallen. <em>Cadmium</em> stammt sogar größtenteils aus der Metall-Herstellung. <em>Blei-, Chrom-, Kupfer- und Zink-</em>Emissionen werden überwiegend durch den Abrieb von Bremsen und Reifen im Verkehrsbereich beeinflusst: die Trends korrelieren hier direkt mit der jährlichen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/f?tag=Fahrleistung#alphabar">Fahrleistung</a>. <em>Selen</em> hingegen stammt hauptsächlich aus der Mineralischen Industrie, gefolgt von den stationären und mobilen Quellen der Kategorie Energie. Andere Quellen müssen noch untersucht werden, es wird jedoch erwartet, dass sie die Gesamtentwicklung kaum beeinflussen.</p><p>Verpflichtungen</p><p>Das 1998er <a href="http://www.unece.org/env/lrtap/hm_h1.html">Aarhus Protokoll über Schwermetalle</a> unter dem CLRTAP ist Ende 2003 in Kraft getreten. Es wurde im Dezember 2012 revidiert und an den Stand der Technik angepasst. Es zielt auf drei besonders schädliche Metalle ab: Cadmium, Blei und Quecksilber. Laut einer der grundlegenden Verpflichtungen muss Deutschland seine Emissionen für diese drei Metalle unter das Niveau von 1990 reduzieren. Das Protokoll betrachtet die Emissionen aus industriellen Quellen (zum Beispiel Eisen- und Stahlindustrie, NE-Metall-Industrie), Verbrennungsprozessen (Stromerzeugung, Straßenverkehr) und aus Müllverbrennungsanlagen. Es definiert Grenzwerte für Emissionen aus stationären Quellen (zum Beispiel Kraftwerken) und verlangt die besten verfügbaren Techniken (BVT) für diese Quellen zu nutzen, etwa spezielle Filter oder Wäscher für die stationäre Verbrennung oder Quecksilber-freie Herstellungsprozesse. Das Protokoll verpflichtet die Vertragsparteien weiterhin zur Abschaffung von verbleitem Benzin. Es führt auch Maßnahmen zur Senkung von Schwermetall-Emissionen aus Produkten auf (zum Beispiel Quecksilber in Batterien) und schlägt Management-Maßnahmen für andere quecksilberhaltige Produkte wie elektrische Komponenten (Thermostate, Schalter), Messgeräte (Thermometer, Manometer, Barometer), Leuchtstofflampen, Amalgam, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Pestizide#alphabar">Pestizide</a> und Farben vor.</p><p>Viele dieser Maßnahmen wurden in Deutschland jedoch schon deutlich früher umgesetzt, so dass bereits in den frühen 90er Jahren deutliche Reduktionen der wichtigen Schwermetalle zu verzeichnen sind.</p>
Die Kenntnis von hydraulischen Durchlässigkeiten wie auch von Wasser- und Verunreinigungsfluxen in porösen Grundwasserleitern ist von großer Bedeutung in vielen hydrogeologischen Belangen wie z.B. Beregnung, Versickerung, quantitative und qualitative Wasserwirtschaft, Risikoabschätzung bei Verunreinigungen, usw. Derzeit ist keine theoretisch gut fundierte Methode zur Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in der gesättigten Zone verfügbar und Methoden zur Messung von gesättigten Durchlässigkeiten in der ungesättigten Zone sind beschränkt, zeitaufwendig und fallweise unzuverlässig. Außerdem ist gegenwärtig keine Methode zur direkten Messung vertikaler Wasser- und Verunreinigunsfluxe in porösen Grundwasserleitern oder am Übergang zwischen Grund- und Oberflächengewässern bekannt. Das dargelegte Projekt basiert auf der Entwicklung einer exakten Lösung des Strömungsfeldes für das Ein- oder Auspumpen von Wasser durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Filterabschnitten entlang eines ansonsten undurchlässigen Filterrohres bei verschiedenen Randbedingungen. Diese Lösung erlaubt die Ermittlung von Formfaktoren der Strömungsfelder, die zur Berechnung hydraulischer Durchlässigkeiten aus Einpressversuchen nötig sind. Die derzeit angewendeten Formeln können mit der genauen Lösung verglichen und der Einfluss anisotroper Durchlässigkeiten kann miteinbezogen werden. Eine doppelfiltrige Rammsonde wird zur bohrlochfreien Messung horizontaler und vertikaler Durchlässigkeiten in verschiedenen Tiefen unter dem Grundwasserspiegel vogeschlagen. Der Test besteht aus zwei Teilen: (1) Einpressen durch beide Filterabschnitte und (2) Zirkulation zwischen den Filtern. Die gleiche Sondenkonfiguration wird für die direkte und gleichzeitige Messung lokaler, kumulativer, vertikaler Wasser- und Verunreinigungsfluxe nach dem passiven Fluxmeter-Prinzip vorgeschlagen. Ohne zu pumpen werden die beiden Filterabschnitte hiebei durch eine mit Tracern geladene Filtersäule hydraulisch verbunden. Der vertikale Gradient im Testbereich treibt einen Fluss durch den Filter, der kontinuierlich Tracer auswäscht und Verunreinigungen im Filter hinterlässt. Aus der Analyse des Filtermaterials zur Bestimmung der Tracer- und Verunreinigungsmengen nach dem Test werden mit Kenntnis des Strömungsfeldes um die Sonde die Wasser- und Verunreinigungsfluxe bestimmt. Eine kegelförmige, doppelfiltrige Rammsonde wird weiters vorgeschlagen, um gesättigte Durchlässigkeiten sowohl über als auch unter dem Grundwasserspiegel direkt messen zu können. Die Methode basiert auf stationärer, gesättigt/ungesättigt gekoppelter Strömung aus kugelförmigen Hohlräumen. Die Möglichkeit einer transienten einfiltrigen Methode und einer Methode zur Messung anisotroper Durchlässigkeiten wird beurteilt. Die vorgeschlagenen theoretischen Konzepte werden ausgearbeitet und anhand von Laborversuchen überprüft.
<p> Verkehrssektor emittiert relevante Mengen Ultrafeiner Partikel</p><p>Ultrafeine Partikel (UFP) in der Atemluft gefährden Mensch und Umwelt, da sie bis in die Bronchien und Lungenbläschen gelangen können. Solche Partikel entstehen etwa bei Verbrennungsprozessen in Motoren. Die Weiterentwicklung von Messgeräten macht es seit einiger Zeit möglich, UFP im Abgas zu identifizieren. Eine Daten- und Literaturanalyse zeigt den Wissenstand von UFP im Verkehr auf.</p><p>Wie hoch sind die Emissionen Ultrafeiner Partikel im Verkehr und woher stammen sie?</p><p>Zum Verkehrssektor zählen der straßengebundene Verkehr, der Luftverkehr, der Schiffsverkehr, der schienengebundene Verkehr und auch mobile Maschinen und Geräte (non-road). Die Kenntnisse über UFP-Emissionen aus Messungen sind in verschiedenen Bereichen des Verkehrs unterschiedlich stark ausgeprägt. Im Straßen- und Luftverkehr wird die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Emission#alphabar">Emission</a> der Partikelanzahl (PN) über Grenzwerte gesetzlich begrenzt. Hier liegen mehr Messdaten zu UFP-Emissionen im Abgas als für andere Verkehrsbereich vor. Diese gemessenen Emissionen stellten eine solide Basis für die Ermittlung von UFP-Emissionsfaktoren im abgeschlossenen Forschungsvorhaben dar. Bei mobilen Maschinen, Binnenschiffen und Schienenfahrzeugen bestehen zwar auch teilweise PN-Grenzwerte, aber vor allem für ältere Motoren liegen kaum Messdaten zur Partikelanzahl vor. Auch die Literaturrecherche lieferte dazu nur unzureichend Informationen. Daher mussten die UFP-Emissionen dieser Bereiche mithilfe von Analogieschlüssen zum Straßenverkehr abgeschätzt werden.</p><p>Demnach verursachten im Jahr 2022 mobile Maschinen und Geräte (NRMM), zu denen beispielsweise Baumaschinen, Traktoren oder Rasenmäher gehören, den größten Anteil an den UFP-Emissionen, gefolgt vom Straßenverkehr und dem Luftverkehr. Bahn (Dieselloks) und Binnenschifffahrt hatten einen deutlich geringeren Anteil am gesamten UFP-Ausstoß und werden deshalb bei der weiteren Betrachtung vernachlässigt.</p><p>Wie wird sich der Ausstoß in Zukunft entwickeln?</p><p>Die Modellrechnung in Form von Szenarien zeigt für das Jahr 2030 gegenüber 2022 eine Reduktion der UFP-Emissionen des Verkehrs um 36 Prozent, da sich die Emissionen vor allem im Straßenverkehr, und in geringerem Maße auch bei NRMM, infolge der strengeren Abgasnormen und der Flottenerneuerung reduzieren. Der Anstieg von Flugbewegungen und damit des Kraftstoffverbrauchs hat im Luftverkehr einen Anstieg der UFP-Emissionen zur Folge.</p><p>Wie können die Emissionen gesenkt werden?</p><p>Die Studie liefert auf Basis der Ergebnisse Vorschläge für Maßnahmen und Instrumente für die einzelnen Verkehrsbereiche, um die UFP-Emissionen in Zukunft weiter zu senken:</p><p>Im <strong>Straßenverkehr</strong> können Maßnahmen zur Verkehrsvermeidung sowie (als neues Instrument) die Ausweisung von Zero-Emission-Zones in die nur Fahrzeuge ohne schädliche Abgasemissionen, wie beispielsweise E-Autos, einfahren dürfen, die Emissionen von UFP reduzieren. Zudem spielt die periodische technische Inspektion (PTI) / Hauptuntersuchung eine wichtige Rolle, da Fahrzeuge mit unentdeckten Schäden oder Manipulationen am Partikelfilter je Kilometer etwa hundert Mal mehr UFP emittieren als Fahrzeuge mit funktionierendem Filter. Eine verlässliche und preiswerte On-Board-Sensorik für die kontinuierliche Messung der Partikelanzahl im Fahrbetrieb ist bislang nicht verfügbar, so dass die Überprüfung als Teil der Hauptuntersuchung sehr wesentlich für eine erfolgreiche Identifizierung von defekten und manipulierten Partikelfiltern ist und bleiben wird.</p><p>Für <strong>mobile Maschine und Geräte</strong> sind Maßnahmen am effektivsten, die dazu führen, dass mehrheitlich Fahrzeuge mit Partikelfiltern in den Bestand kommen (Partikelfilternachrüstung, Stilllegung von Altfahrzeugen).</p><p>Im <strong>Luftverkehr</strong> wurden vor allem die Verwendung von synthetischen Kraftstoffen und strenge Emissionsgrenzwerte für neue Triebwerke als zielführende Maßnahmen identifiziert.</p><p>Der Einfluss von <strong>Binnenschiffen und Schienenfahrzeugen</strong> am Gesamt-UFP-Aufkommen aus Abgasen spielen nach Einschätzung der Autorinnen*Autoren nur eine untergeordnete Rolle, so dass keine Maßnahmen vorgeschlagen werden.</p><p>Welchen weiteren Forschungsbedarf gibt es?</p><p>Die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/ultrafeine-partikel-aus-abgasemissionen-aller">Studie</a> zeigt großen Bedarf an Messdaten von UFP, um anstelle von wissenschaftlich fundierten Annahmen mit gesicherten Daten rechnen zu können. Sie weist auch darauf hin, dass diese Studie sich nicht mit den Sekundärpartikeln oder mit Abriebemissionen von Bremsen und Reifen beschäftigt hat. Sekundärpartikel entstehen durch Nukleation (Bildung neuer Partikel) aus kondensierbaren Gasen. Dies geschieht zum Beispiel. beim Abkühlen des heißen Abgases nach dem Verlassen des Endrohrs in die kältere Umgebungsluft. Die emittierten leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe kondensieren dann an Tröpfchen und bilden sehr kleine Partikel in der Luft.</p><p>Ebenso bedarf es noch einem Vergleich mit anderen Sektoren, um die Menge an UFP aus dem Verkehr gegenüber anderen Quellen konkret einordnen zu können. Denn überall, wo Verbrennungsprozesse auftreten (Verkehr, Kraftwerke, Heizungs- und Industrieanlagen, Holz- und Biomasseverbrennung) entstehen auch ultrafeine Partikel.</p>
Ziel des Forschungsvorhabens ist die moeglichst nicht zu einem hoeheren Verbrauch fuehrende, signifikante Verminderung der Emission von Schadstoffen (Einschliesslich der von toxisch bewerteten 'particulate matter') durch Anwendung von Massnahmen, die den Brennverlauf und den Reaktionsmechanismus der Verbrennung beeinflussen. Als Versuchstraeger steht ein direkteinspritzender, wassergekuehlter Vierzylinder-M-Dieselmotor zur Verfuegung, der es vor allem gestattet, durch besondere Einrichtungen heisse Abgase rueckzufuehren, die Ansaugluft vorzuwaermen (Abgaswaermetauscher) und den Ansaugluftstrom zu drosseln. Es konnten bereits bei betriebswarmem und ganz besonders bei nicht betriebswarmem Motor sowohl die sehr positiven Einzelwirkungen der obengenannten Massnahmen - insbesondere der heissen Abgasrueckfuehrung - als auch deren Wirkung auf das Emissionsverhalten bei gleichzeitiger Anwendung aufgeklaert u. die Regelgesetze f. eine minimale Gesamttoxizitaet der Schadstoffemission, die aus lufthygienisch begruendeten Emissionsgrenzwerten der Einzelschadstoffe (Stickoxide, Gesamtkohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid u. Russ) ermittelt wurde, gefunden werden. Gegenwaertig steht die Einflussnahme der Abgasentgiftungsmassnahmen auf die in den Vordergrund gerueckte, problematische 'particulate matter'-Emission, die im unteren Lastbereich nicht der Russemission, sondern im wesentl. der Emission hochmolekularer, sehr toxischer Kohlenwasserstoffe entspricht, im Mittelpunkt der Untersuchungen. Hierbei soll auch in interdisziplinaerer Zusammenarbeit mit kompetenten Instituten die Toxizitaet d. 'particulate matter' erforscht werden.