Mahlen von Klinker: Die Weiterverarbeitung des Klinkers besteht zum größten Teil aus dem Mahlen und Konditionieren des Klinkers. Dabei wird entsprechend den Zementsorten der Anteil der Zuschlagsstoffe mit gemahlen. Die Sorten unterscheiden sich lediglich hinsichtlich der Art und der Menge der Zuschlagsstoffe. Die in dieser Bilanz verwendete Literatur bezieht sich auf Deutschland zu Beginn der 90er Jahre (#2, #3). Bilanziert wird nur Portlandzement. Dieser macht ca 75 % der gesamten Zementproduktion aus. Die Datenqualität ist als hinreichend gut anzusehen. Genese der Daten: Massenbilanz - Es wird davon ausgegangen, daß es während des Mahlprozesses nicht zu Massenverlusten kommt. Bezogen auf die Tonne gemahlenen Portlandzements müssen daher 1000 kg Vorprodukte eingesetzt werden. Portlandzement werden in der Regel ca. 4 % Gips zugegeben. Bezogen auf eine Tonne Portlandzement werden daher nur 960 kg/t gemahlener Klinker und 40 kg Gips benötigt. Der Gips wird in GEMIS nicht bilanziert. Energiebedarf: In den Jahren von 1960 bis 1985 stieg nach #1 der elektrische Energieaufwand von 80 auf 110 kWh/t an. Seitdem stagniert der Energiebedarf. Das ist auf die höheren Anforderungen an die Qualität des Produktes zurückzuführen, so daß trotz effizienterer Mahltechnik der Energiebedarf stieg bzw. derzeit stagniert. Nach Angaben von #2 lag der elektrische Energieverbrauch der Zementherstellung 1994 bei 108 kWh/t respektive 390 MJ/t Zement. Diese Angabe umfaßt sowohl die Mahltrocknung der Rohmaterialien als auch Feinstmahlung des Klinkers. Für die Feinstmahlung ergibt sich somit ein Energiebedarf nach Abzug des Energieverbrauchs der Mahltrocknung von ca. 325 MJ/t Zement. Dieser Wert wird in GEMIS übernommen. Prozessbedingte Luftemissionen: Da von keinen Massenverlusten ausgegangen wird, sind keine staubförmigen Emissionen zu bilanzieren. Weitere prozessbedingte Luftemissionen sind nicht denkbar. Wasserinanspruchnahme: Der Prozess des Aufmahlens der Zementbestandteile verläuft trocken. Es wird daher kein Wasser in Anspruch genommen. Abwasserinhaltsstoffe: Der beschriebene Prozess verläuft abwasserfrei. Reststoffe: Es fallen keine Reststoffe an, die nicht wieder in den Prozess eingebracht werden können. Demnach werden keine Reststoffe bilanziert. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Baustoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2050 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 100% Produkt: Baustoffe
Bereitstellung von Prozesswärme für die Kalkherstellung, Daten nach #1. Achtung: Die Abbildung erfolgt endenergiebezogen, d.h. der Nutzungsgrad wurde definitionsgemäß mit 100% angesetzt. Daher kann dieser Prozess als Hilfsenergielieferant entsprechend dem Brennstoffbedarfs des nachfragenden Prozesses verwendet werden. Auslastung: 7000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Brennstoffe-fossil-Kohle Flächeninanspruchnahme: 100000m² gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2015 Lebensdauer: 20a Leistung: 1000MW Nutzungsgrad: 100% Produkt: Wärme - Prozess
Klinkerbrennen: Nach der Aufbereitung der Rohstoffe wird das Rohmehl in Drehrohröfen zu Klinker gebrannt. In den Kalzinierungsreaktionen findet die Zersetzung des Kalksteines bei ca. 900°C statt (Hantsche 1993). In der Praxis werden die Rohmaterialien bei ca. 1450°C zu Klinker gebrannt (ETH 1995). Dabei erfordert die Zersetzung des Kalksteins ca. 70 % des gesamten Wärmeaufwandes der Prozeßeinheit. Nach dem Brennen des Klinkers wird dieser abgekühlt, bevor er - wenn erwünscht - weiterverarbeitet werden kann. Mit der Abwärme können die Rohmaterialien vorgetrocknet werden (vgl. „Aufbereitung der Rohstoffe“). Ortsbezug: Die hier verwendeten Daten aus (Hantsche 1993), (ETH 1995), (WIKUE 1995a), (VDZ 1996) beziehen sich alle auf die Zementproduktion in Deutschland zu Beginn der 90er Jahre. Die Daten verschiedener Quellen zum Energiebedarf des Prozesses zeigen eine gute Übereinstimmung, so daß die Datenqualität als hinreichend gut zu bezeichnen ist. Genese der Daten - Massenbilanz: Im Brennprozeß wird dem Rohmaterial neben der eigentlichen Klinkerbildung das restliche Wasser (<2 %) und vor allen Dingen CO2 ausgetrieben. Daher müssen bezogen auf eine Tonne Klinker zwischen 1550 und 1600 kg Rohmehl in den Drehrohrofen eingebracht werden (Hantsche 1993), (WIKUE 1995a). In dieser Studie wird das arithmetische Mittel von 1575 kg/t Klinker angesetzt. Energiebedarf: Der aus der Stöchiometrie resultierende theoretische Wärmeaufwand beträgt ca. 2000 MJ/t Klinker. Für den realen Energiebedarf werden in der Literatur Werte angegeben, die gut übereinstimmen. Tab.: Energiebedarf zum Klinkerbrennnen in MJ/t Klinker. Literatur Energiebedarf [MJ/t] (Hantsche 1993) 3200 (WIKUE 1995) 3250 (VDZ 1996) 3000 GEMIS 3.0 3000 In GEMIS werden die Daten des Vereins Deutscher Zementwerke e.V. übernommen, der diese Angaben für das Jahr 1994 nach einer statistischen Erhebung noch einmal bestätigte. Demnach ergibt sich für die gesamte Bundesrepublik ein spezifischer Brennstoffenergieverbrauch von 3000 MJ/t. In den alten Bundesländern werden 2950 MJ/t Klinker eingesetzt, während in den neuen Bundesländern im Schnitt noch 3180 MJ/t benötigt werden (VDZ 1996). Der Brennstoffenergieverbrauch konnte im Jahr 1994 im Vergleich zu den Vorjahren und den anderen Literaturangaben noch einmal gesenkt werden, da die Auslastung der Drehrohrofenanlagen in diesem Jahr besonders hoch war. Für die darauffolgenden Jahre wird von einer stagnierenden Auslastung ausgegangen (VDZ 1996). Trotzdem soll der spezifische Brennstoffenergieverbrauch bis zum Jahre 2005 sowohl in den neuen als auch in den alten Bundesländern auf 2800 MJ/t gesenkt werden (VDZ 1996). Der größte Teil des Brennstoffenergieverbrauchs (ca. 96%) wird über Steinkohle, Braunkohlen, Sekundärbrennstoffen und Heizöl S gedeckt. Weitere Brennstoffe werden in GEMIS nicht berücksichtigt. Dabei sind die Anteile der einzelnen Energieträger folgendermaßen verteilt: Tab.: Relative Anteile der einzelnen Energieträger am spezifischen Brennstoffenergieverbrauch beim Klinkerbrennen (VDZ 1996). Brennstoff Rel. Anteil in Prozent Steinkohle 50 Braunkohlen (Brikett, rheinisch) 33 Sekundärbrennstoffe 11 Heizöl S (1,8 % S) 6 Prozessbedingte Luftemissionen: Da zu den prozessbedingten Luftemissionen keine repräsentativen validierten Meßwerte zur Verfügung stehen, wird auf Emissionsfaktoren des UBA zurückgegriffen. Die Luftemissionen des Prozesses setzen sich zusammen aus den Emissionen, die aus dem Einsatzmaterial resultieren und den brennstoffbedingten Emissionen. Durch die Entsäuerung des Rohstoffs Kalkstein werden beim Brand des Klinkers ca. 545 kg CO2 pro Tonne Zementklinker emittiert. Dieser Wert stimmt gut mit den Daten des UBA überein. Das UBA gibt einen Emissionsfaktor von 565 kg/t Zementklinker an (UBA 1996) Dieser Wert wird in GEMIS übernommen. Für die brennstoffbedingten Emissionen sind die Verbrennungsbedingungen sehr wichtig. Daher kann keine Verbrennungsrechnung zur Bereitstellung der Prozesswärme durchgeführt werden. Vielmehr müssen spezifische Emissionsfaktoren getrennt nach einzelnen Brennstoffen für die spezifischen Prozessbedingungen angenommen werden. Das UBA hat auch für den Prozess des Klinkerbrennens für die brennstoffspezifischen Prozessemissionen zusammengestellt (UBA 1996). Zur Berechnung der in GEMIS relevanten Emissionen werden die Emissionsfaktoren in kg Schadstoff pro TJ eingesetzte Energie für die einzelnen Brennstoffe für den oben angegebenen Brennstoffmix berechnet . Diese werden mit dem Brennstoffenergieverbrauch multipliziert. Man erhält somit die Emissionsfaktoren in kg Schadstoff pro Tonne Produkt, die in der folgenden Tabelle aufgeführt sind: Tab.: Brennstoffbedingte Emissionsfaktoren beim Klinkerbrennen bezogen auf den Brennstoffmix des VDZ von 1994 (Verändert nach UBA 1996). Schadstoff Emissionsfaktor in kg/t Klinker SO2 0,11 NOx 1,73 Staub 0 CO2 277,69 CO 0,19 CH4 0,04 NMVOC 0,04 N2O 0,01 Das UBA weist keinen Emissionsfaktor für Staub aus, obwohl dessen Emission bei der Klinkerherstellung wichtig erscheint. Hierfür werden nach Hantsche 0,3 kg/t Klinker angesetzt (Hantsche 1993). Wasserinanspruchnahme: Für das Klinkerbrennen wird weder Prozess- noch Kühlwasser benötigt. Das Abkühlen des Klinkers erfolgt durch Luftkühlung. Die abgeführte Wärme wird zur Vortrocknung der Rohmaterialien genutzt. Abwasserinhaltsstoffe: In dem betrachteten Prozess fällt kein Abwasser an. Reststoffe: Es fallen keine Reststoffe an, die nicht wieder in dem Prozess eingesetzt werden können. Aufgrund der Bilanzgrenzen werden daher keine Reststoffe bilanziert. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Sonstige gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2015 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 63,5% Produkt: Baustoffe
Eingabe Porosierungsmittel als Sägespäne; Korrektur CO2-Emissionen von 180 auf 148 kg/t (Sägespäneanteil:32 kg/t) Herstellung von Mauerziegeln (Ziegelwerk). Die im Ziegelwerk angelieferten tonhaltigen Rohstoffe werden vor dem Brennen aufbereitet. Dabei werden sie mit Wasser konditioniert und ins Walzwerk gegeben. Heute werden meist ein grobes und ein feines Walzwerk betrieben. Nach den Walzwerken werden die Mineralien durch Strangpresse und Abschneider geformt. Derartig vorbehandelt werden sie in die Trocknungskammer eingebracht, die mit der Abwärme des Brennofens beheizt wird. Im Anschluß werden die Ziegel gebrannt. Häufig wird die Trocknung und der Vorbrand in einem Prozeß mit dem keramischen Brand realisiert. Der Brand erfolgt in den meisten Fällen in kontinuierlich betriebenen Tunnelöfen bei Temperaturen zwischen 1000 und 1200°C. Die gebrannten Ziegel werden luftgekühlt. Die Datenbasis für den Prozeß der Ziegelherstellung in GEMIS bildet die Ökobilanz von Mauerziegeln der deutschen, österreichischen und schweizerischen Ziegelverbände (#1). Sie stützt sich auf die Primärdaten von 12 einzelnen Ziegelwerken. Die Daten wurden im Zeitraum von 1992 bis 1993 ermittelt. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Für die Herstellung einer Tonne Ziegel müssen im Mittel ca. 1350 kg Tone in den Prozeß eingebracht werden. Dabei reicht die Spanne in der betrachteten Studie von 1055 kg bis 1725 kg Tonmineralien pro Tonne Ziegel (DACH 1996). Die enormen Differenzen sind auf Schwankungen des Wassergehalts und die Art der Ziegel zurückzuführen. Je nach Wassergehalt werden den Tonen Sand und Natursteinmehl beigemengt. Diese Mengen werden in GEMIS allerdings nicht berücksichtigt. Neben den Tonmineralien werden eine Reihe von Zuschlagsstoffen und Porosierungsmittel eingesetzt. Als Porosierungsmittel werden häufig Sägemehl und Polystyrol verwendet. Ein großer Anteil der Porosierungsstoffe wird über Reststoffe gedeckt. Da die Massenanteile der Porosierungsmittel gering sind, der Anteil von Ziegel zu Ziegel sehr unterschiedlich ist und Reststoffe in der Prozeßkettenanalyse ohne Vorkette bilanziert werden, werden die Porosierungsmittel an dieser Stelle nicht aufgeführt. Die über die Porosierungsmittel bereitgestellte Energie ist jedoch beim Energiebedarf des Prozesses zu berücksichtigen (s.u.) Energiebedarf: Der Energiebedarf der in #1 bilanzierten Werke wird größtenteils über Erdgas und Strom gedeckt. Vereinzelt werden auch Heizöle und Propan als Energieträger eingesetzt. Diese werden in GEMIS nicht bilanziert. Der arithmetisch gemittelte Energiebedarf der bilanzierten Ziegelwerke aufgeteilt nach Energieträgern ist in der folgenden Tabelle dargestellt. Tab.: Energiebedarf zur Herstellung einer Tonne Ziegel getrennt nach Energieträgern (DACH 1996, arithmetisch gemittelt). Energieträger Menge in MJ/t Erdgas 1310 elektr. Strom 150 Die Zuschlagsstoffe, die als Porosierungsmittel dienen, sind ebenfalls als Energieträger zu werten, da sie beim Brennen der Ziegel praktisch vollständig verbrennen., wobei den jeweiligen Heizwerten entsprechende Wärmemengen freigesetzt werden. Die Deckung des Energiebedarfs über Porosierungsmittel schwankt stark von Ziegelwerk zu Ziegelwerk. Arithmetisch gemittelt für die bilanzierten Werke ergibt sich ein Anteil an Endenergie von 620 MJ/t. Die Porosierungsmittel werden in GEMIS ohne Vorkette bilanziert. Prozeßbedingte Luftemissionen: Die prozeßbedingten Luftemissionen wurden für die 12 bilanzierten Werke durch Messungen erfaßt . In GEMIS wird das arithmetische Mittel der einzelnen Werke angesetzt. Die Emissionsfaktoren sind in der folgenden Tabelle dargestellt: Tab.: Emissionsfaktoren der einzelnen Luftschadstoffe pro Tonne gebrannter Ziegel (DACH 1996, arithmetisch gemittelt). Schadstoff Masse in kg/t Ziegel SO2 0,100 NOx 0,260 Staub 0,019 CO2 180,417 CO 0,391 HF 0,003 HCl 0,012 organische Stoffe (gesamt C) 0,063 Die Emissionen, die aus der Bereitstellung des Stromes resultieren, sind dabei noch nicht berücksichtigt. Wasserinanspruchnahme: Der Wasserbedarf beim Mischen und Formen der Rohmaterialien im Prozeß der Ziegelherstellung ist wie der Rohstoffbedarf selbst sehr stark von der Grubenfeuchte der Tone abhängig. Daher kann die eingesetzte Wassermenge stark variieren (#3). Das arithmetische Mittel der für die Ziegelverbände erstellten Ökobilanz ergibt einen Wasserbedarf von 0,1 m³/t Ziegel. Dieser Wert wird in GEMIS übernommen. Abwasserinhaltsstoffe: Bei allen bilanzierten Werken ist der Abwasseranfall zu vernachlässigen (#1). Das eingesetzte Prozeßwasser und die Grubenfeuchte der Tone verdampfen während des Trocknungs- und Brennprozesses (#2). Reststoffe: Bei allen in #1 untersuchten Werken ist die aus der Entsorgung fester Abfälle resultierende Umweltbelastung gering. Daten hierzu wurden daher nicht aufgeführt. Der bei der Ziegelherstellung anfallende Trocken- und Brennbruch wird werksintern wiederverwertet (Beimengen zum Rohton) oder nach einer Weiterverarbeitung verkauft (Tennismehl). Die daraus resultierenden Produkte werden in GEMIS nicht berücksichtigt (s. Allokation). Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 74,1% Produkt: Baustoffe
Hydraulischer Kalk wird aus Kalksteinmergel hergestellt und wird auch als Jurazement bezeichnet. Er bindet hauptsächlich wie Zement hydraulisch ab, ohne Einbindung von CO2. Im Gegensatz zu Zement ist seine Brenntemperatur mit ca. 100C niedriger. Nach #1 werden 1,59 t/t Mergel (eta = 0,63) eingesetzt. Die Anbindung erfolgt über Xtra-Abbau\Mergel. Neben dem Strombedarf zum Brennen und Mahlen (194MJ/t) werden 4270 MJ/t Erdgas eingesetzt. Es wird die Prozeßwärmefeuerung der CaO-Herstellung übernommen, da keine spezifischen Daten verfügbar sind. Prozeßspezifische Emissionen: Nach #1 werden 0,479 t/t CO2 und 31,9 g/t Staub emittiert und in diese Bilanz eingestellt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 63% Produkt: Baustoffe
Brennen von Kalk (Drehrohröfen). Unter dem Prozess des Kalkbrennens versteht man die Zersetzungsreaktion des Kalksteins durch die Zufuhr thermischer Energie: CaCO3 => CaO + CO2. In der Technik wird die Zersetzung bei 900-1100°C durchgeführt. Das Brennen des Kalks kann in verschiedenen Formen von Öfen erfolgen. Dabei gibt es vier Haupttypen, deren Anteile nach einer Umfrage des Bundesverbandes der deutschen Kalkindustrie folgendermaßen anzunehmen sind: Tab.: Ungefährer Anteil einzelner Ofentypen zur Branntkalkherstellung (BdK 1995). Ofentyp Mengenanteil in % Schachtofen 30 Ringschachtofen 30 Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativofen (GGR-Ofen) 25 Drehrohrofen 15 Die in dieser Bilanz genutzten Daten beziehen sich auf den Brennprozess in einem Drehrohrofen. Im Vergleich zu den meisten Schachtöfen zeichnet sich der Drehrohrofen durch einen höheren Energieverbrauch aus. Ein Drehrohrofen kann prinzipiell mit Gas, Öl und festen Brennstoffen befeuert werden. Je nach Brennstoff variiert der Energiebedarf der Drehrohröfen von 8400 MJ/t Branntkalk für die einfachsten gasbefeuerten Öfen bis zu 5050 MJ/t Branntkalk für die komplexeren kohle-befeuerten Einheiten (Ullmann 1990). Im Vergleich zu den Schachtöfen ist es einfacher - auch bei hohem Schwefelgehalt der Brennstoffs (Kohle) - einen Kalk mit geringerem Schwefelgehalt herzustellen, wie er zum Beispiel für die Stahlindustrie gebraucht wird, wo er unter anderem dazu eingesetzt wird, um das Eisen zu entschwefeln, bevor es in den Hochofen gelangt. In GEMIS wird ein Drehrohrofen bilanziert, der nach #1 einen Energiebedarf von 5200 MJ/t Branntkalk hat. Die Quelle in #1 ist eine amerikanische Studie aus dem Jahre 1987, wobei angenommen wird, daß der Wert örtlich wie zeitlich übertragbar ist. In dieser Studie wird angesetzt, daß der bilanzierte Drehrohrofen mit Steinkohle befeuert wird. Massenbilanz: Pro Tonne stückigen Branntkalks müssen 1755 kg Ofenstein in den Brennprozess eingebracht werden (Scholz 1994).Weitere Hifs- oder Betriebsstoffe werden nicht benötigt. Der enorme Massenverlust kommt dadurch zustande, daß gemäß der oberen Reaktionsgleichung ein Teil des Kalksteins als CO2 den Prozeß über den Gaspfad verläßt. Energiebedarf: Für das Brennen einer Tonne Kalks im bilanzierten Drehrohrofen werden 5200 MJ/t benötigt (#1). Als Brennstoff wird Steinkohle verwendet. Diese Annahmen decken sich mit denen von Merten für einen Drehrohrofen (#2). Neben dem Brennstoffbedarf besteht für den Betrieb des Ofens noch ein Strombedarf von ca. 130 MJ/t Branntkalk (#2). Prozessbedingte Luftemissionen: Als prozessbedingte Luftemissionen sind im Prozeß des Kalkbrennens die CO2-Emissionen zu bilanzieren, die bei der sog. Entsäuerung des Kalks auftreten. Die Ofensteinmasse enthält 767 kg gebundenes Kohlendioxid von denen während des Brennprozesses 755 kg/t Branntkalk freigesetzt werden (Scholz 1994). Die Differenz verbleibt weiterhin gebunden im Branntkalk. Der Wert von Scholz stimmt exakt mit dem Wert überein, den das UBA als materialbedingte Prozeßemissionen angibt. Das UBA gibt weiterhin einen Wert für Staub an, den es mit 0,17 kg/t Branntkalk quantifiziert (UBA 1996). Auch dieser Wert wird in GEMIS bernommen. Die brennstoffbedingten Prozessemissionen lassen sich nicht einfach über eine Verbrennungsrechnung zur Bereitstellung einer bestimmten Prozesswärme berechnen. Vielmehr sind die spezifischen Bedingungen der Verbrennung bei der Branntkalkherstellung wichtig. Das UBA gibt für verschiedene Brennstoffe Emissionskennziffern an. Diese sind für Steinkohle in der folgenden Tabelle wiedergegeben: Tab.: Brennstoffbedingte Prozeßemissionen bei der Branntkalkherstellung in steinkohlebefeuerten Schachtöfen (UBA 1996). Schadstoff Emissionen in kg/TJ Emissionen in kg/t Branntkalk CO2 94000 479,4 CO 6000 30,6 CH4 15 0,0765 NMVOC 15 0,0765 NOx 155 0,7905 N2O 4,0 0,0204 SO2 33 0,1683 Staub 0 0 Die gesamten Emissionsfaktoren ergeben sich durch Addition der materialbedingten und brenstoffbedingten Emissionsfaktoren. Wasserinanspruchnahme: Direkt im Prozess des Kalkbrennens wird kein Wasser in Anspruch genommen. Abwasserinhaltsstoffe: In dem beschriebenen Prozess wird kein belastetes Abwasser bilanziert. Reststoffe: Es fallen keine Reststofe an, die nicht wieder innerhalb der Systemgrenzen verwertet werden können. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2005 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 57% Produkt: Baustoffe
Brennen von Kalk (Drehrohröfen). Unter dem Prozess des Kalkbrennens versteht man die Zersetzungsreaktion des Kalksteins durch die Zufuhr thermischer Energie: CaCO3 => CaO + CO2. In der Technik wird die Zersetzung bei 900-1100°C durchgeführt. Das Brennen des Kalks kann in verschiedenen Formen von Öfen erfolgen. Dabei gibt es vier Haupttypen, deren Anteile nach einer Umfrage des Bundesverbandes der deutschen Kalkindustrie folgendermaßen anzunehmen sind: Tab.: Ungefährer Anteil einzelner Ofentypen zur Branntkalkherstellung (BdK 1995). Ofentyp Mengenanteil in % Schachtofen 30 Ringschachtofen 30 Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativofen (GGR-Ofen) 25 Drehrohrofen 15 Die in dieser Bilanz genutzten Daten beziehen sich auf den Brennprozess in einem Drehrohrofen. Im Vergleich zu den meisten Schachtöfen zeichnet sich der Drehrohrofen durch einen höheren Energieverbrauch aus. Ein Drehrohrofen kann prinzipiell mit Gas, Öl und festen Brennstoffen befeuert werden. Je nach Brennstoff variiert der Energiebedarf der Drehrohröfen von 8400 MJ/t Branntkalk für die einfachsten gasbefeuerten Öfen bis zu 5050 MJ/t Branntkalk für die komplexeren kohle-befeuerten Einheiten (Ullmann 1990). Im Vergleich zu den Schachtöfen ist es einfacher - auch bei hohem Schwefelgehalt der Brennstoffs (Kohle) - einen Kalk mit geringerem Schwefelgehalt herzustellen, wie er zum Beispiel für die Stahlindustrie gebraucht wird, wo er unter anderem dazu eingesetzt wird, um das Eisen zu entschwefeln, bevor es in den Hochofen gelangt. In GEMIS wird ein Drehrohrofen bilanziert, der nach #1 einen Energiebedarf von 5200 MJ/t Branntkalk hat. Die Quelle in #1 ist eine amerikanische Studie aus dem Jahre 1987, wobei angenommen wird, daß der Wert örtlich wie zeitlich übertragbar ist. In dieser Studie wird angesetzt, daß der bilanzierte Drehrohrofen mit Steinkohle befeuert wird. Massenbilanz: Pro Tonne stückigen Branntkalks müssen 1755 kg Ofenstein in den Brennprozess eingebracht werden (Scholz 1994).Weitere Hifs- oder Betriebsstoffe werden nicht benötigt. Der enorme Massenverlust kommt dadurch zustande, daß gemäß der oberen Reaktionsgleichung ein Teil des Kalksteins als CO2 den Prozeß über den Gaspfad verläßt. Energiebedarf: Für das Brennen einer Tonne Kalks im bilanzierten Drehrohrofen werden 5200 MJ/t benötigt (#1). Als Brennstoff wird Steinkohle verwendet. Diese Annahmen decken sich mit denen von Merten für einen Drehrohrofen (#2). Neben dem Brennstoffbedarf besteht für den Betrieb des Ofens noch ein Strombedarf von ca. 130 MJ/t Branntkalk (#2). Prozessbedingte Luftemissionen: Als prozessbedingte Luftemissionen sind im Prozeß des Kalkbrennens die CO2-Emissionen zu bilanzieren, die bei der sog. Entsäuerung des Kalks auftreten. Die Ofensteinmasse enthält 767 kg gebundenes Kohlendioxid von denen während des Brennprozesses 755 kg/t Branntkalk freigesetzt werden (Scholz 1994). Die Differenz verbleibt weiterhin gebunden im Branntkalk. Der Wert von Scholz stimmt exakt mit dem Wert überein, den das UBA als materialbedingte Prozeßemissionen angibt. Das UBA gibt weiterhin einen Wert für Staub an, den es mit 0,17 kg/t Branntkalk quantifiziert (UBA 1996). Auch dieser Wert wird in GEMIS bernommen. Die brennstoffbedingten Prozessemissionen lassen sich nicht einfach über eine Verbrennungsrechnung zur Bereitstellung einer bestimmten Prozesswärme berechnen. Vielmehr sind die spezifischen Bedingungen der Verbrennung bei der Branntkalkherstellung wichtig. Das UBA gibt für verschiedene Brennstoffe Emissionskennziffern an. Diese sind für Steinkohle in der folgenden Tabelle wiedergegeben: Tab.: Brennstoffbedingte Prozeßemissionen bei der Branntkalkherstellung in steinkohlebefeuerten Schachtöfen (UBA 1996). Schadstoff Emissionen in kg/TJ Emissionen in kg/t Branntkalk CO2 94000 479,4 CO 6000 30,6 CH4 15 0,0765 NMVOC 15 0,0765 NOx 155 0,7905 N2O 4,0 0,0204 SO2 33 0,1683 Staub 0 0 Die gesamten Emissionsfaktoren ergeben sich durch Addition der materialbedingten und brenstoffbedingten Emissionsfaktoren. Wasserinanspruchnahme: Direkt im Prozess des Kalkbrennens wird kein Wasser in Anspruch genommen. Abwasserinhaltsstoffe: In dem beschriebenen Prozess wird kein belastetes Abwasser bilanziert. Reststoffe: Es fallen keine Reststofe an, die nicht wieder innerhalb der Systemgrenzen verwertet werden können. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2030 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 57% Produkt: Baustoffe
Brennen von Kalk (Drehrohröfen). Unter dem Prozess des Kalkbrennens versteht man die Zersetzungsreaktion des Kalksteins durch die Zufuhr thermischer Energie: CaCO3 => CaO + CO2. In der Technik wird die Zersetzung bei 900-1100°C durchgeführt. Das Brennen des Kalks kann in verschiedenen Formen von Öfen erfolgen. Dabei gibt es vier Haupttypen, deren Anteile nach einer Umfrage des Bundesverbandes der deutschen Kalkindustrie folgendermaßen anzunehmen sind: Tab.: Ungefährer Anteil einzelner Ofentypen zur Branntkalkherstellung (BdK 1995). Ofentyp Mengenanteil in % Schachtofen 30 Ringschachtofen 30 Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativofen (GGR-Ofen) 25 Drehrohrofen 15 Die in dieser Bilanz genutzten Daten beziehen sich auf den Brennprozess in einem Drehrohrofen. Im Vergleich zu den meisten Schachtöfen zeichnet sich der Drehrohrofen durch einen höheren Energieverbrauch aus. Ein Drehrohrofen kann prinzipiell mit Gas, Öl und festen Brennstoffen befeuert werden. Je nach Brennstoff variiert der Energiebedarf der Drehrohröfen von 8400 MJ/t Branntkalk für die einfachsten gasbefeuerten Öfen bis zu 5050 MJ/t Branntkalk für die komplexeren kohle-befeuerten Einheiten (Ullmann 1990). Im Vergleich zu den Schachtöfen ist es einfacher - auch bei hohem Schwefelgehalt der Brennstoffs (Kohle) - einen Kalk mit geringerem Schwefelgehalt herzustellen, wie er zum Beispiel für die Stahlindustrie gebraucht wird, wo er unter anderem dazu eingesetzt wird, um das Eisen zu entschwefeln, bevor es in den Hochofen gelangt. In GEMIS wird ein Drehrohrofen bilanziert, der nach #1 einen Energiebedarf von 5200 MJ/t Branntkalk hat. Die Quelle in #1 ist eine amerikanische Studie aus dem Jahre 1987, wobei angenommen wird, daß der Wert örtlich wie zeitlich übertragbar ist. In dieser Studie wird angesetzt, daß der bilanzierte Drehrohrofen mit Steinkohle befeuert wird. Massenbilanz: Pro Tonne stückigen Branntkalks müssen 1755 kg Ofenstein in den Brennprozess eingebracht werden (Scholz 1994).Weitere Hifs- oder Betriebsstoffe werden nicht benötigt. Der enorme Massenverlust kommt dadurch zustande, daß gemäß der oberen Reaktionsgleichung ein Teil des Kalksteins als CO2 den Prozeß über den Gaspfad verläßt. Energiebedarf: Für das Brennen einer Tonne Kalks im bilanzierten Drehrohrofen werden 5200 MJ/t benötigt (#1). Als Brennstoff wird Steinkohle verwendet. Diese Annahmen decken sich mit denen von Merten für einen Drehrohrofen (#2). Neben dem Brennstoffbedarf besteht für den Betrieb des Ofens noch ein Strombedarf von ca. 130 MJ/t Branntkalk (#2). Prozessbedingte Luftemissionen: Als prozessbedingte Luftemissionen sind im Prozeß des Kalkbrennens die CO2-Emissionen zu bilanzieren, die bei der sog. Entsäuerung des Kalks auftreten. Die Ofensteinmasse enthält 767 kg gebundenes Kohlendioxid von denen während des Brennprozesses 755 kg/t Branntkalk freigesetzt werden (Scholz 1994). Die Differenz verbleibt weiterhin gebunden im Branntkalk. Der Wert von Scholz stimmt exakt mit dem Wert überein, den das UBA als materialbedingte Prozeßemissionen angibt. Das UBA gibt weiterhin einen Wert für Staub an, den es mit 0,17 kg/t Branntkalk quantifiziert (UBA 1996). Auch dieser Wert wird in GEMIS bernommen. Die brennstoffbedingten Prozessemissionen lassen sich nicht einfach über eine Verbrennungsrechnung zur Bereitstellung einer bestimmten Prozesswärme berechnen. Vielmehr sind die spezifischen Bedingungen der Verbrennung bei der Branntkalkherstellung wichtig. Das UBA gibt für verschiedene Brennstoffe Emissionskennziffern an. Diese sind für Steinkohle in der folgenden Tabelle wiedergegeben: Tab.: Brennstoffbedingte Prozeßemissionen bei der Branntkalkherstellung in steinkohlebefeuerten Schachtöfen (UBA 1996). Schadstoff Emissionen in kg/TJ Emissionen in kg/t Branntkalk CO2 94000 479,4 CO 6000 30,6 CH4 15 0,0765 NMVOC 15 0,0765 NOx 155 0,7905 N2O 4,0 0,0204 SO2 33 0,1683 Staub 0 0 Die gesamten Emissionsfaktoren ergeben sich durch Addition der materialbedingten und brenstoffbedingten Emissionsfaktoren. Wasserinanspruchnahme: Direkt im Prozess des Kalkbrennens wird kein Wasser in Anspruch genommen. Abwasserinhaltsstoffe: In dem beschriebenen Prozess wird kein belastetes Abwasser bilanziert. Reststoffe: Es fallen keine Reststofe an, die nicht wieder innerhalb der Systemgrenzen verwertet werden können. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2015 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 57% Produkt: Baustoffe
Brennen von Kalk (Drehrohröfen). Unter dem Prozess des Kalkbrennens versteht man die Zersetzungsreaktion des Kalksteins durch die Zufuhr thermischer Energie: CaCO3 => CaO + CO2. In der Technik wird die Zersetzung bei 900-1100°C durchgeführt. Das Brennen des Kalks kann in verschiedenen Formen von Öfen erfolgen. Dabei gibt es vier Haupttypen, deren Anteile nach einer Umfrage des Bundesverbandes der deutschen Kalkindustrie folgendermaßen anzunehmen sind: Tab.: Ungefährer Anteil einzelner Ofentypen zur Branntkalkherstellung (BdK 1995). Ofentyp Mengenanteil in % Schachtofen 30 Ringschachtofen 30 Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativofen (GGR-Ofen) 25 Drehrohrofen 15 Die in dieser Bilanz genutzten Daten beziehen sich auf den Brennprozess in einem Drehrohrofen. Im Vergleich zu den meisten Schachtöfen zeichnet sich der Drehrohrofen durch einen höheren Energieverbrauch aus. Ein Drehrohrofen kann prinzipiell mit Gas, Öl und festen Brennstoffen befeuert werden. Je nach Brennstoff variiert der Energiebedarf der Drehrohröfen von 8400 MJ/t Branntkalk für die einfachsten gasbefeuerten Öfen bis zu 5050 MJ/t Branntkalk für die komplexeren kohle-befeuerten Einheiten (Ullmann 1990). Im Vergleich zu den Schachtöfen ist es einfacher - auch bei hohem Schwefelgehalt der Brennstoffs (Kohle) - einen Kalk mit geringerem Schwefelgehalt herzustellen, wie er zum Beispiel für die Stahlindustrie gebraucht wird, wo er unter anderem dazu eingesetzt wird, um das Eisen zu entschwefeln, bevor es in den Hochofen gelangt. In GEMIS wird ein Drehrohrofen bilanziert, der nach #1 einen Energiebedarf von 5200 MJ/t Branntkalk hat. Die Quelle in #1 ist eine amerikanische Studie aus dem Jahre 1987, wobei angenommen wird, daß der Wert örtlich wie zeitlich übertragbar ist. In dieser Studie wird angesetzt, daß der bilanzierte Drehrohrofen mit Steinkohle befeuert wird. Massenbilanz: Pro Tonne stückigen Branntkalks müssen 1755 kg Ofenstein in den Brennprozess eingebracht werden (Scholz 1994).Weitere Hifs- oder Betriebsstoffe werden nicht benötigt. Der enorme Massenverlust kommt dadurch zustande, daß gemäß der oberen Reaktionsgleichung ein Teil des Kalksteins als CO2 den Prozeß über den Gaspfad verläßt. Energiebedarf: Für das Brennen einer Tonne Kalks im bilanzierten Drehrohrofen werden 5200 MJ/t benötigt (#1). Als Brennstoff wird Steinkohle verwendet. Diese Annahmen decken sich mit denen von Merten für einen Drehrohrofen (#2). Neben dem Brennstoffbedarf besteht für den Betrieb des Ofens noch ein Strombedarf von ca. 130 MJ/t Branntkalk (#2). Prozessbedingte Luftemissionen: Als prozessbedingte Luftemissionen sind im Prozeß des Kalkbrennens die CO2-Emissionen zu bilanzieren, die bei der sog. Entsäuerung des Kalks auftreten. Die Ofensteinmasse enthält 767 kg gebundenes Kohlendioxid von denen während des Brennprozesses 755 kg/t Branntkalk freigesetzt werden (Scholz 1994). Die Differenz verbleibt weiterhin gebunden im Branntkalk. Der Wert von Scholz stimmt exakt mit dem Wert überein, den das UBA als materialbedingte Prozeßemissionen angibt. Das UBA gibt weiterhin einen Wert für Staub an, den es mit 0,17 kg/t Branntkalk quantifiziert (UBA 1996). Auch dieser Wert wird in GEMIS bernommen. Die brennstoffbedingten Prozessemissionen lassen sich nicht einfach über eine Verbrennungsrechnung zur Bereitstellung einer bestimmten Prozesswärme berechnen. Vielmehr sind die spezifischen Bedingungen der Verbrennung bei der Branntkalkherstellung wichtig. Das UBA gibt für verschiedene Brennstoffe Emissionskennziffern an. Diese sind für Steinkohle in der folgenden Tabelle wiedergegeben: Tab.: Brennstoffbedingte Prozeßemissionen bei der Branntkalkherstellung in steinkohlebefeuerten Schachtöfen (UBA 1996). Schadstoff Emissionen in kg/TJ Emissionen in kg/t Branntkalk CO2 94000 479,4 CO 6000 30,6 CH4 15 0,0765 NMVOC 15 0,0765 NOx 155 0,7905 N2O 4,0 0,0204 SO2 33 0,1683 Staub 0 0 Die gesamten Emissionsfaktoren ergeben sich durch Addition der materialbedingten und brenstoffbedingten Emissionsfaktoren. Wasserinanspruchnahme: Direkt im Prozess des Kalkbrennens wird kein Wasser in Anspruch genommen. Abwasserinhaltsstoffe: In dem beschriebenen Prozess wird kein belastetes Abwasser bilanziert. Reststoffe: Es fallen keine Reststofe an, die nicht wieder innerhalb der Systemgrenzen verwertet werden können. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2050 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 57% Produkt: Baustoffe
Brennen von Kalk (Drehrohröfen). Unter dem Prozess des Kalkbrennens versteht man die Zersetzungsreaktion des Kalksteins durch die Zufuhr thermischer Energie: CaCO3 => CaO + CO2. In der Technik wird die Zersetzung bei 900-1100°C durchgeführt. Das Brennen des Kalks kann in verschiedenen Formen von Öfen erfolgen. Dabei gibt es vier Haupttypen, deren Anteile nach einer Umfrage des Bundesverbandes der deutschen Kalkindustrie folgendermaßen anzunehmen sind: Tab.: Ungefährer Anteil einzelner Ofentypen zur Branntkalkherstellung (BdK 1995). Ofentyp Mengenanteil in % Schachtofen 30 Ringschachtofen 30 Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativofen (GGR-Ofen) 25 Drehrohrofen 15 Die in dieser Bilanz genutzten Daten beziehen sich auf den Brennprozess in einem Drehrohrofen. Im Vergleich zu den meisten Schachtöfen zeichnet sich der Drehrohrofen durch einen höheren Energieverbrauch aus. Ein Drehrohrofen kann prinzipiell mit Gas, Öl und festen Brennstoffen befeuert werden. Je nach Brennstoff variiert der Energiebedarf der Drehrohröfen von 8400 MJ/t Branntkalk für die einfachsten gasbefeuerten Öfen bis zu 5050 MJ/t Branntkalk für die komplexeren kohle-befeuerten Einheiten (Ullmann 1990). Im Vergleich zu den Schachtöfen ist es einfacher - auch bei hohem Schwefelgehalt der Brennstoffs (Kohle) - einen Kalk mit geringerem Schwefelgehalt herzustellen, wie er zum Beispiel für die Stahlindustrie gebraucht wird, wo er unter anderem dazu eingesetzt wird, um das Eisen zu entschwefeln, bevor es in den Hochofen gelangt. In GEMIS wird ein Drehrohrofen bilanziert, der nach #1 einen Energiebedarf von 5200 MJ/t Branntkalk hat. Die Quelle in #1 ist eine amerikanische Studie aus dem Jahre 1987, wobei angenommen wird, daß der Wert örtlich wie zeitlich übertragbar ist. In dieser Studie wird angesetzt, daß der bilanzierte Drehrohrofen mit Steinkohle befeuert wird. Massenbilanz: Pro Tonne stückigen Branntkalks müssen 1755 kg Ofenstein in den Brennprozess eingebracht werden (Scholz 1994).Weitere Hifs- oder Betriebsstoffe werden nicht benötigt. Der enorme Massenverlust kommt dadurch zustande, daß gemäß der oberen Reaktionsgleichung ein Teil des Kalksteins als CO2 den Prozeß über den Gaspfad verläßt. Energiebedarf: Für das Brennen einer Tonne Kalks im bilanzierten Drehrohrofen werden 5200 MJ/t benötigt (#1). Als Brennstoff wird Steinkohle verwendet. Diese Annahmen decken sich mit denen von Merten für einen Drehrohrofen (#2). Neben dem Brennstoffbedarf besteht für den Betrieb des Ofens noch ein Strombedarf von ca. 130 MJ/t Branntkalk (#2). Prozessbedingte Luftemissionen: Als prozessbedingte Luftemissionen sind im Prozeß des Kalkbrennens die CO2-Emissionen zu bilanzieren, die bei der sog. Entsäuerung des Kalks auftreten. Die Ofensteinmasse enthält 767 kg gebundenes Kohlendioxid von denen während des Brennprozesses 755 kg/t Branntkalk freigesetzt werden (Scholz 1994). Die Differenz verbleibt weiterhin gebunden im Branntkalk. Der Wert von Scholz stimmt exakt mit dem Wert überein, den das UBA als materialbedingte Prozeßemissionen angibt. Das UBA gibt weiterhin einen Wert für Staub an, den es mit 0,17 kg/t Branntkalk quantifiziert (UBA 1996). Auch dieser Wert wird in GEMIS bernommen. Die brennstoffbedingten Prozessemissionen lassen sich nicht einfach über eine Verbrennungsrechnung zur Bereitstellung einer bestimmten Prozesswärme berechnen. Vielmehr sind die spezifischen Bedingungen der Verbrennung bei der Branntkalkherstellung wichtig. Das UBA gibt für verschiedene Brennstoffe Emissionskennziffern an. Diese sind für Steinkohle in der folgenden Tabelle wiedergegeben: Tab.: Brennstoffbedingte Prozeßemissionen bei der Branntkalkherstellung in steinkohlebefeuerten Schachtöfen (UBA 1996). Schadstoff Emissionen in kg/TJ Emissionen in kg/t Branntkalk CO2 94000 479,4 CO 6000 30,6 CH4 15 0,0765 NMVOC 15 0,0765 NOx 155 0,7905 N2O 4,0 0,0204 SO2 33 0,1683 Staub 0 0 Die gesamten Emissionsfaktoren ergeben sich durch Addition der materialbedingten und brenstoffbedingten Emissionsfaktoren. Wasserinanspruchnahme: Direkt im Prozess des Kalkbrennens wird kein Wasser in Anspruch genommen. Abwasserinhaltsstoffe: In dem beschriebenen Prozess wird kein belastetes Abwasser bilanziert. Reststoffe: Es fallen keine Reststofe an, die nicht wieder innerhalb der Systemgrenzen verwertet werden können. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2020 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 57% Produkt: Baustoffe