In dem geplanten Vorhaben soll eine neue Produktionsroute für Natron (Natriumhydrogencarbonat) und Soda (Natriumcarbonat) bis zum Technikumsmaßstab entwickelt und optimiert werden. Durch die Verwendung von regenerativen Strom biogenem Kohlendioxid aus Biogasanlagen und salzhaltigen Abwässern soll ein nachhaltigerer Prozess als das konventionellen Ammoniak-Soda Verfahren entwickelt werden. Dafür sollen modernste Membrantechnologie und bipolare Elektrodialyse eingesetzt werden, um den Energiebedarf zu minimieren. Das neue Verfahren soll eine nachhaltige Alternative bzw. Ergänzung zum konventionellen Verfahren darstellen und dazu beitragen die Abfallströme der Sodaindustrie (Entsalzung von Abwasser) zu reduzieren, fossile Rohstoffe (Kalkstein, Erdgas, Koks bzw. Anthrazit) zu vermeiden und gleichzeitig als CO2-Senke (Carbon Capture & Utilization) zu wirken. Als zusätzliches Produkt wird bei dem Verfahren Salzsäure produziert. Des Weiteren wird geprüft, inwieweit Calciumchlorid aus den entstandenen Abfallströmen abgeschieden und vermarktet werden kann. Das Projekt wird gemeinsam durch die Partner des Fraunhofer-IKTS, der CIECH Soda Deutschland, dem E.S.C.H. Engineering Service Center und Handel GmbH, dem DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und der Wemag Projektentwicklung GmbH bearbeitet.
Herstellung von Steinwolle: Das Dämmaterial Steinwolle besteht zum größten Teil aus Basalt und Dolomit. Diese Rohstoffe werden zusammen mit verschiedenen Produktionsabfällen und Rezyklaten, die in Formsteine eingebunden sind, in einen schachtartigen Kupolofen mit Koks als Energieträger und mit O2-angereicherter Luft bei ca. 1500°C zum Schmelzen gebracht (#1+#2). Der Strahl flüssigen Gesteins wird im Anschluß mit einer Spinnmaschine meistens nach dem Kaskadenschleuderverfahren zerfasert und anschließend mit Bindemitteln (Harze) und Imprägniermitteln (Ölprodukte) besprüht. Der mittlere Faserdurchmesser beträgt 3-6 µm bei einer mittleren Länge von 3 mm (#3). Die losen Fasern werden auf einem Förderband zu einem Vlies gesammelt und auf die gewünschte Stärke gepreßt (#1). Anschließend werden sie in einem Ofen ausgehärtet (#2). Die internen Produktionsabfälle inklusive der Filterabfälle werden gesammelt, soweit wie nötig zerkleinert und mit Zement als Bindemittel zu Formkörpern verpreßt, die anschließend erneut aufgeschmolzen werden (#2). Als Quellen für die vorliegende Bilanzierung wurden die Studien #1-#3 untersucht. Die beiden letztgenannten stützen sich auf Primärdaten Deutscher und Schweizer marktbestimmender Hersteller mit dem Basisjahr ca. 1992. Ein Vergleich Deutscher und Schweizer Daten zeigt keine wesentlichen Unterschiede. Einen vollständigen Datensatz, der auch mit der Systematik von GEMIS kompatibel ist, stellt #1 (EMPA 1995) zur Verfügung. Dieser diente als Basis für die vorliegende Bilanzierung und wurde durch weitere Studien verifiziert und ergänzt. Die Datenqualität ist insgesamt als gut zu bezeichnen. Die Unsicherheit der Daten ist nach dem Vergleich der Studien als gering anzusehen. Verbesserungen des Datensatzes sind vor allen Dingen auf dem Wasserpfad, teilweise auch beim Rohstoffbedarf wünschenswert.
Allokation: Als Nebenprodukte der Steinwollen-Herstellung fallen in geringen Mengen an Eisen und Granulat. Sie werden in dieser Studie nicht als Koppelprodukte betrachtet. Weder bei der Betrachtung physischer Parameter der Allokation noch bei der Betrachtung ökonomischer Parameter ergibt sich eine Signifikanz der Nebenprodukte. Daher wird keine Allokation zwischen den Steinwolle-Matten und den angesprochenen Nebenprodukten vorgenommen. Sämtliche betrachteten Prozeßparameter werden daher voll der Steinwolle angerechnet.
Genese der Kennziffern
Massenbilanz: Als Roh- und Hilfsstoffe werden massenmäßig vorwiegend Dolomit und Basalt in den Prozeß eingebracht (in GEMIS werden beide Stoffe mit den Daten der Extraktion des Kalksteins bilanziert). Neben den Primärrohstoffen werden auch Mineralien über Recyclingmaterial eingebracht. Dabei handelt es sich sowohl um interne Abfälle aus der Zerfaserung als auch um div. Wollabfälle von Baustellen und produktionsinterne Stäube (sie tauchen in der Input/Output-Bilanz von GEMIS nicht auf). Diese werden zusammen mit Zusatzsteinen (Felsbrocken/Kies) in Zement eingebunden als Briketts in den Prozeß eingebracht (#1). Bei der Aufstellung der einzelnen Rohstoffe bestehen leichte Abweichungen zwischen den deutschen und Schweizer Quellen (#2, #1). In der Gesamtsumme stimmen die Quellen jedoch sehr gut überein. Die Unterschiede beruhen auf Differenzen bei der Deklaration. In dieser Studie werden die Angaben der Schweizer Studie übernommen. Roh- und Hilfsstoffe, die weit weniger als 1 Masse% ausmachen (Ammoniumbicarbonat, Kalkhydrat, Salzsäure und Silan) werden aufgrund geringerer Relevanz und fehlender Vorketten nicht mitbilanziert. Zusätzlich zum aufgeführten Roh- und Hilfsstoffbedarf werden ca. 28 kg reiner Sauerstoff pro Tonne Steinwolle in den Prozeß eingebracht, um die Verbrennungsluft im Kupolofen anzureichern (#2).
Nebenprodukte: Neben den Steinwollenmatten fällt ein Granulat der Steinwolle an, das nicht vollständig aufgefasert werden kann. Es wird jedoch nicht wieder in den Prozeß eingebracht, sondern als Schüttdämmstoff verwendet (#1). Außerdem fällt im Sumpf des Kupolofens Eisen an. Dieses ist als Eisen(II)- oder als Eisen(III)-Oxid in den Mineralien Basalt und Diabas enthalten. Als Folge der reduzierenden Ofenatmosphäre sammelt es sich in Ofensumpf und wird dort diskontinuierlich abgezogen (#2).
Energiebedarf: Der Energiebedarf für die Herstellung der Steinwolle beträgt ca. 8170 MJ/t Steinwolle. Dabei gliedert er sich folgendermaßen nach den einzelnen Energieträgern:
Tab.: Anteile Energieträger zur Energiebereitstellung bei der Herstellung von Steinwolle (#1+#3)
Energieträger Menge in MJ/t Steinwolle Anteil in %
Steinkohlenkoks 5115 63
Heizöl EL 1970 24
Strom 1085 13
Summe 8170 100
Steinkohlenkoks wird direkt im Schachtofen zum Schmelzen der Mineralien eingesetzt. Heizöl EL wird jeweils ungefähr zur Hälfte im Schmelzofen und in den Härteöfen eingesetzt. Der Strom wird unter anderem für Transportprozesse und die Rauchgasreinigung benötigt (#3).
Prozessbedingte Luftemissionen: Prozeßbedingte Luftemissionen entstammen dem Kupolofen, dem Härteofen mit Kühlzone und der Sägeanlage. Die Abgase laufen alle über Filter im Falle des Kupolofens über eine weitergehende Rauchgasreinigung. Die besten verfügbaren Daten finden sich in #1 für die Schweiz. Sie werden in der vorliegenden Form in dieser Studie übernommen. Ein Vergleich mit #2 zeigt keine signifikanten Abweichungen.
Wasserinanspruchnahme: Wasser wird vor allen Dingen und in großen Mengen zu Kühlzwecken eingesetzt. Von den 12,7 m³/t Steinwolle eingesetzten Wassers fallen 11,2 m³ als nicht oder nur gering verunreinigtes Abwasser an. Lediglich das in dieser Studie nicht betrachtete Sanitärwasser wird stärker verunreinigt einer Abwasserreinigung zugeführt (#1).
Abwasserinhaltsstoffe: Da das Wasser vorwiegend zu Kühlzwecken eingesetzt wird, tritt keine nennenswerte stoffliche Verunreinigung auf.
Reststoffe: Der mengenmäßig größte Teil der Reststoffe kann wieder in den Prozeß eingebracht werden. Weitere Abfälle wie Lösungsmittelabfälle, Altöle und Filtermaterial fallen nicht in nennenswerten Mengen an (#1). Sie werden in GEMIS nicht weiter betrachtet.
Auslastung: 5000h/a
Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe
gesicherte Leistung: 100%
Jahr: 2020
Lebensdauer: 20a
Leistung: 1t/h
Nutzungsgrad: 160%
Produkt: Baustoffe