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Nachhaltiges Brenngas für Industrieprozesse

In der Industrie werden Hochtemperaturprozesse (800 - 2000°C) zur Produktion von Zementklinker, Kalk oder anderen Produkten eingesetzt. In diesen Prozessen wird meist Erdgas oder Kohle für die Erzeugung von Hochtemperaturprozesswärme eingesetzt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines einsatzfähigen Systems für die Konversion von Klärschlamm und anderen biogenen Rest- und Abfallstoffen in ein Brenngas zur direkten Substitution von fossilen Brennstoffen in Hochtemperaturindustrieprozessen. Im Rahmen von NaBI werden folgende Innovationen erforscht und erprobt, um die spezifischen Anforderungen der Hochtemperaturindustrieprozesse zu erfüllen: (1) Flexibilisierung des Gasifizierungsverfahrens bezüglich der Brennstoffqualität durch Optimierung der Wirbelschichtfluidisierung und damit Ermöglichung der Gasifizierung von Klärschlamm wechselnder Qualität sowie von weiteren Rest- und Abfallstoffen für einen breiten Einsatz des NaBI-Ansatzes. (2) Steigerung des Heizwerts des Brenngases durch Einsatz von Sauerstoff: Dadurch wird in gängigen Hochtemperaturprozessen eine weitaus höhere Substitutionsrate von Primärenergie ermöglicht. (3) Optimierung der Qualität der Klärschlammasche als Rohstoff für die Phosphorrückgewinnung durch Einsatz von Additiven. Damit wird die Attraktivität der Asche für Phosphorrückgewinnung erhöht. (4) Untersuchung und Nachweis des Einsatzes von Infrarot-Kamerasystemen für die Prozessüberwachung und -regelung. Bis 2026 wird die Marktreife für die optimierte Brenngasbereitstellung für Industrieprozesse durch Klärschlammgasifizierung erreicht, sodass die erste kommerzielle Anlage bis 2027 realisiert werden kann.

Indikator: Recycling von Siedlungsabfällen

<p>Indikator: Recycling von Siedlungsabfällen</p><p>Die wichtigsten Fakten</p><p><ul><li>Die Recyclingquote der Siedlungsabfälle stieg von 56 % im Jahr 2002 auf 67,7 % im Jahr 2022.</li><li>Damit wurde das von der Bundesregierung gesetzte Ziel erreicht, die Recyclingquote bei den Siedlungsabfällen bis 2020 auf 65 % zu steigern.</li><li>Bei einzelnen Untergruppen der Siedlungsabfälle besteht hingegen noch Handlungsbedarf.</li></ul></p><p>Welche Bedeutung hat der Indikator?</p><p>Siedlungsabfälle decken eine breite Palette unterschiedlicher Abfallarten ab, etwa Hausmüll, getrennt gesammelte Papier-, Glas-, Kunststoff-, Biomüll-Abfälle oder Elektroaltgeräte. Sie machen zwar nur rund 14,2 % des gesamten jährlichen Abfallaufkommens (netto) aus. Sie sind jedoch im Vergleich zu den übrigen Abfallarten sehr heterogen und ressourcenrelevant. Damit stehen sie repräsentativ für die Herausforderungen der gesamten Abfallwirtschaft.</p><p>Wertstoffe werden verstärkt getrennt erfasst und überwiegend stofflich verwertet, also recycelt. Dies gilt insbesondere für Altpapier, Altglas, Verpackungen und Bioabfall. Das schont Rohstoffe, vermindert den Einsatz von ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a>⁠ und spart somit auch Kohlendioxid-Emissionen. Früher war es üblich, Siedlungsabfälle ohne weitere Behandlung zu deponieren. Dies ist seit 2005 nicht mehr erlaubt. Als Resultat sind die Methan-Emissionen aus Mülldeponien deutlich zurückgegangen.</p><p>Wie ist die Entwicklung zu bewerten?</p><p>Die Verwertung von Siedlungsabfällen ist in Deutschland seit Langem relativ hoch. 2002 lag der Anteil der stofflichen Verwertung bei 56 %. Bereits seit 2005 werden in Deutschland mehr als 60 % der Siedlungsabfälle recycelt.</p><p>Die<a href="http://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=celex:32008L0098">EU-Abfallrahmenrichtlinie</a>(EU-RL 2008/98/EG) EU setzte bislang das folgende Recyclingziel: Jedes Land muss bis zum Jahr 2020 für bestimmte Materialien insgesamt eine Recyclingquote von 50 % erreichen. Die Bundesregierung verschärfte diese Vorgabe im<a href="https://www.bmuv.de/themen/kreislaufwirtschaft/abfallpolitik/uebersicht-kreislaufwirtschaftsgesetz/eckpunkte-der-novellierung-des-kreislaufwirtschaftsgesetzes-krwg">Kreislaufwirtschaftsgesetz</a>: 65 % aller Siedlungsabfälle sollen recycelt werden.</p><p>Die<a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1540556404802&amp;uri=CELEX:32018L0851">novellierte Abfallrahmenrichtlinie</a>(EU-RL 2018/851/EG) legt unter Berücksichtigung einer neuen, outputbasierten Berechnungsmethode folgende Anforderungen an die stoffliche Verwertung von Siedlungsabfällen (einschließlich Vorbereitung zur Wiederverwendung) fest: 55 % bis 2025; 60 % bis 2030 und 65 % bis 2035. Zurzeit werden die europäischen Anforderungen in nationales Recht überführt.</p><p>Seit 2002 ist ein klarer Anstieg der Recyclingquoten erkennbar. Die Recyclingquote bei Siedlungsabfällen lag 2012 erstmalig über 65 % und hat nach einem Rückgang 2013 diesen Wert seit 2014 erneut überschritten. Die Anstrengungen zur Ausdehnung der stofflichen Verwertung von Siedlungsabfällen werden kontinuierlich weitergeführt, um diese Quote weiter zu erhöhen.</p><p>Wie wird der Indikator berechnet?</p><p>Die Recyclingquote der Abfälle wurde bis zum Berichtsjahr 2020 jährlich in der<a href="https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Umwelt/Abfallwirtschaft/Publikationen/Downloads-Abfallwirtschaft/abfallbilanz-pdf-5321001.html">Abfallbilanz</a>des Statistischen Bundesamtes veröffentlicht (Statistisches Bundesamt 2022). Ab Berichtsjahr 2020 wurde das bisherige Format der Abfallbilanz durch den Statistischen Bericht - Abfallbilanz abgelöst (<a href="https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Umwelt/Abfallwirtschaft/Publikationen/Downloads-Abfallwirtschaft/statistischer-bericht-abfallbilanz-5321001227005.xlsx?__blob=publicationFile">Statistisches Bundesamt 2024</a>). Die Abfallstatistik basiert auf einer Reihe unterschiedlicher Erhebungen, die zur Abfallbilanz zusammengefasst werden. Weitere Angaben zu den abfallstatistischen Erhebungen sind in den jeweiligen<a href="https://www.destatis.de/DE/Methoden/Qualitaet/Qualitaetsberichte/Umwelt/einfuehrung.html">Qualitätsberichten</a>zu finden. 2002 gab es durch die Umstellung auf das europäische Abfallverzeichnis größere Verschiebungen zwischen den Kategorien. Deshalb wird der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/i?tag=Indikator#alphabar">Indikator</a>⁠ erst ab 2002 dargestellt.</p><p><strong>Ausführliche Informationen zum Thema finden Sie im Daten-Artikel<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/ressourcen-abfall/verwertungsquoten-der-wichtigsten-abfallarten">"Verwertungsquoten der wichtigsten Abfallarten"</a>.</strong></p>

Branchenabhängiger Energieverbrauch des verarbeitenden Gewerbes

<p>Branchenabhängiger Energieverbrauch des verarbeitenden Gewerbes</p><p>Alle Wirtschaftsbereiche zusammen verbrauchen fast drei Viertel der in Deutschland benötigten Primärenergie. Der Anteil des verarbeitenden Gewerbes am Primärenergieverbrauch aller Produktionsbereiche lag 2022 bei rund 46 Prozent. Der Energiebedarf dieses Gewerbes blieb im Zeitraum 2010 bis 2022 etwa konstant, der spezifische Energieverbrauch pro Tonne Stahl, Glas oder Chemikalien ging aber zurück.</p><p>Der Energiebedarf Deutschlands</p><p>Der gesamte Primärenergiebedarf Deutschlands betrug im Jahr 2022 nach dem Inländerkonzept rund 11.854 Petajoule (PJ). Dabei wird der Verbrauch inländischer Wirtschaftseinheiten in der übrigen Welt in die Berechnung des Gesamtverbrauchs einbezogen, während der Verbrauch gebietsfremder Einheiten im Inland unberücksichtigt bleibt. Die privaten Haushalte in Deutschland verbrauchten rund 30 % der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a>⁠. Die Wirtschaft mit ihren vielen Produktionsbereichen benötigte die übrigen 70 %. Zu diesen Bereichen zählen das Herstellen von Waren, das Versorgen mit Energie und der Warentransport. All diese Produktionsbereiche verbrauchten im Jahr 2022 zusammen mehr als 8.170 PJ Primärenergie (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch 2022 (Inländerkonzept)“).</p><p>Zur Begriffsklärung: Mit der Präposition „primär“ betonen Fachleute, dass der<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/primaerenergiegewinnung-importe">“Primär“-Energiebedarf</a>sowohl den realen Energiebedarf bei Energieverbrauchern erfasst als auch die Energieverluste, die bei der Bereitstellung und beim Transport von Energie entstehen. Und diese Verluste sind hoch: Mehr als ein Drittel aller Primärenergie geht bei der Bereitstellung und beim Transport von Energie verloren<a href="https://www.destatis.de/GPStatistik/receive/DEMonografie_monografie_00003790">(Statistisches Bundesamt 2006)</a>.</p><p>Der Energiebedarf des verarbeitenden Gewerbes</p><p>Die Firmen, die Waren herstellen, werden als „verarbeitendes Gewerbe“ bezeichnet. Sie hatten von allen Produktionsbereichen im Jahr 2022 mit circa 3.768 PJ den größten Primärenergiebedarf. Das ist ein Anteil von rund 46 % am Energieverbrauch aller Produktionsbereiche. Der nächstgrößte Energieverbraucher war die Energieversorgung mit 1.594 PJ (oder 19,5 % Anteil am ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a>⁠), gefolgt vom Verkehr mit 1.121 PJ (oder 13,7 % Anteil am Primärenergieverbrauch) (siehe Abb. „Anteil wirtschaftlicher Aktivitäten am Primärenergieverbrauch aller Produktionsbereiche 2022“).</p><p>Primärenergienutzung des verarbeitenden Gewerbes</p><p>Die Primärenergienutzung innerhalb des verarbeitenden Gewerbes verteilt sich auf verschiedene Produktionssektoren (siehe Abb. „Anteile der Sektoren am ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a>⁠ des verarbeitenden Gewerbes 2022“). Ein wichtiger Sektor ist dabei die Chemieindustrie. Sie benötigte im Jahr 2022 mit rund 1.592 PJ von allen Sektoren am meisten ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a>⁠ zur Herstellung ihrer Erzeugnisse. Das ist ein Anteil von 42,3 % am Energieverbrauch im ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=verarbeitenden_Gewerbe#alphabar">verarbeitenden Gewerbe</a>⁠. Weitere wichtige Energienutzer sind die Metallindustrie mit einem Anteil von 14,7 % sowie die Hersteller von Glas, Glaswaren, Keramik, verarbeiteten Steinen und Erden mit 7,3 % am Energieverbrauch im verarbeitenden Gewerbe.</p><p>Die Energie wird Unternehmen dabei als elektrischer Strom, als Wärme (etwa als Dampf oder Thermoöl) sowie direkt in Form von Brennstoffen (wie Erdgas, Kohle oder ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biomasse#alphabar">Biomasse</a>⁠) zur Verfügung gestellt.</p><p>Gleichbleibender Primärenergieverbrauch</p><p>Seit dem Jahr 2010 blieb der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a>⁠ in fast allen Produktionssektoren relativ konstant (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch ausgewählter Sektoren des verarbeitenden Gewerbes“).</p><p>Gesunkene und gestiegene Primärenergieintensität</p><p>Die Primärenergieintensität beschreibt, wie viel ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a>⁠ bezogen auf die erzielte Bruttowertschöpfung eines Produktionsbereichs oder Wirtschaftszweigs verbraucht wird. Die Entwicklung dieser Energieintensität über mehrere Jahre kann einen Hinweis darauf geben, ob in einem Wirtschaftszweig energieeffizient gearbeitet wird.</p><p>Die Primärenergieintensität einzelner Wirtschaftszweige entwickelte sich im Zeitraum 2010 bis 2021 unterschiedlich (siehe Abb. „Primärenergieintensität ausgewählter Sektoren des verarbeitenden Gewerbes“):</p><p>Begrenzte Aussagekraft der Primärenergieintensität</p><p>Schwankende Preise für Rohstoffe und Produkte sowie andere äußere Wirtschaftsfaktoren oder ggf. auch die Auswirkungen der weltweiten Corona-Pandemie beeinflussen zwar die Bruttowertschöpfung, nicht aber die Energieeffizienz eines Prozesses. Die Primärenergieintensität eignet sich daher nur eingeschränkt, um die Entwicklung der Energieeffizienz in den jeweiligen Herstellungsprozessen zu beschreiben. Dies ist unter anderem deutlich bei den Kokerei- und Mineralölerzeugnissen zu sehen.</p>

Energy balance for locally-grown versus imported apple fruit

This commentary compares the primary energy requirement for apples (cultivar 'Braeburn'), which wem either imported or locally-grown in Meckenheim, Germany. Imported appies of the same cultivar wem grown in a Southern hemisphere winter in Nelson, Southland, New Zealand, and were picked at the end of March with subsequent 28 d transport by sea for sale in April in Germany. Locally-grown apples (cultivar 'Braeburn') were picked in mid-October and required a primary energy of nearly 6 MJ/kg of fruit including 0.8 MJoule/kg for five months CA storage at 1 degree C during a Northern hemisphere winter until mid-March. This compared favourably with 7,5 MJoule/kg for overseas shipment from New Zealand, i.e. a ca. 27 percent greater energy requirement for these imported fruits. Overall, the primary energy requirement of regional produce, stored several months an-site, partially compensated for the larger energy required to Import fresh fruit from overseas. This result is in marked contrast to reported overestimares of a reported up to 8-fold energy requirement for domestic versus imported apple juice concentrate. Our own findings of km primary energy required for domestic apple fruit is discussed with respect to providing local employment, fruit orchards preserving the countryside, quality assurance systems for local fruit such as QS and EUREP-GAP, networking and other factors favouring regional production.

Einsatz alternativer Verfahren zur Waermebereitstellung in GDRA

Im Rahmen des Projektes werden die Gestehungskosten fuer die Gasdruckregelung ueber den gesamten Lebenszyklus der GDRA bilanziert und auf der Basis von Messwerten der EVG mbH verifiziert. Das vorgeschlagene Rechenverfahren integriert explizit die Kosten fuer die Gasvorwaermung und greift die Struktur der VDI 2067 bzw. VDI 6025 auf. Neben der Kostenbetrachtung wurde parallel der Bezug zum Primaerenergiebedarf und den Treibhausgasemissionen, bewertet im CO2-Massstab hergestellt. Das Problem der Erdgasvorwaermung wird separat behandelt. Optimierungsmoeglichkeiten im Bereich der Waermebereitstellung werden abgeleitet.

Nachhaltiges Brenngas für Industrieprozesse, Teilvorhaben: Klärschlamm und weitere biogene Brennstoffe als zukunftsfähige und nachhaltige Brenngase bei der Herstellung von Zementklinker

In der Industrie werden Hochtemperaturprozesse (800 - 2000°C) zur Produktion von Zementklinker, Kalk oder anderen Produkten eingesetzt. In diesen Prozessen wird meist Erdgas oder Kohle für die Erzeugung von Hochtemperaturprozesswärme eingesetzt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines einsatzfähigen Systems für die Konversion von Klärschlamm und anderen biogenen Rest- und Abfallstoffen in ein Brenngas zur direkten Substitution von fossilen Brennstoffen in Hochtemperaturindustrieprozessen. Im Rahmen von NaBI werden folgende Innovationen erforscht und erprobt, um die spezifischen Anforderungen der Hochtemperaturindustrieprozesse zu erfüllen: (1) Flexibilisierung des Gasifizierungsverfahrens bezüglich der Brennstoffqualität durch Optimierung der Wirbelschichtfluidisierung und damit Ermöglichung der Gasifizierung von Klärschlamm wechselnder Qualität sowie von weiteren Rest- und Abfallstoffen für einen breiten Einsatz des NaBI-Ansatzes. (2) Steigerung des Heizwerts des Brenngases durch Einsatz von Sauerstoff: Dadurch wird in gängigen Hochtemperaturprozessen eine weitaus höhere Substitutionsrate von Primärenergie ermöglicht. (3) Optimierung der Qualität der Klärschlammasche als Rohstoff für die Phosphorrückgewinnung durch Einsatz von Additiven. Damit wird die Attraktivität der Asche für Phosphorrückgewinnung erhöht. (4) Untersuchung und Nachweis des Einsatzes von Infrarot-Kamerasystemen für die Prozessüberwachung und -regelung. Bis 2026 wird die Marktreife für die optimierte Brenngasbereitstellung für Industrieprozesse durch Klärschlammgasifizierung erreicht, sodass die erste kommerzielle Anlage bis 2027 realisiert werden kann.

Einzelvorhaben: Monitoring und Bewertung von Effizienzmaßnahmen im Quartierskontext - Wärmeoptimierung für Nicht-Wohngebäude im Quartier Berlin Adlershof

Für das 420 ha umfassende Gebiet von Deutschlands größtem Wissenschafts- und Technologiequartier Berlin Adlershof besteht das Ziel, 30% Primärenergie -verglichen mit dem 'Business as usual' - trotz weiterem Zubau bis zur Standortauslastung einzusparen. Dieses Ziel wurde seit 2011 erfolgreich durch die Identifizierung und Umsetzung stromfokussierter Maßnahmen verfolgt. Aktuell verlagert sich der Arbeitsschwerpunkt auf wärmeseitige Optimierungsmaßnahmen, die ein unerlässlicher Baustein zur Zielerreichung sind. Ziel dieses Projektes ist es, Effizienzmaßnahmen für das Quartier abzuleiten und hinsichtlich ihrer Energieeffizienz und CO2 Einsparungen zu bewerten. Dafür werden Messdaten im Quartier im Rahmen eines Monitorings aufgenommen und analysiert und Optimierungspotentiale für die Anlagentechnik und den Betrieb der Quartiersgebäude abgeleitet. Hierauf aufbauend wird das Potential zur Nutzung der anfallenden Abwärme im Technologiequartier ermittelt und hinsichtlich technischer und wirtschaftlicher Durchführbarkeit bewertet. Anschließend wird die Interaktion der Gebäude und das Potential zur Lastverschiebung im den Technologiepark Adlershof ermittelt. Hierfür wird ein Quartiersenergiemanagementsystem (QEMS) entwickelt und anhand eines Digitalen Zwillings des Quartiers simulativ angewendet. Die gewonnenen Ergebnisse werden schließlich hinsichtlich der Übertragbarkeit auf andere Quartiere analysiert und deren Umsetzbarkeit mit verschiedenen Standortpartnern diskutiert.

Klimaschutz: System zur bedarfsgerechten Bereitstellung solarer Prozesswärme für den Trocknungsprozess von Phosphat in Marokko

Klimaschutz: System zur bedarfsgerechten Bereitstellung solarer Prozesswärme für den Trocknungsprozess von Phosphat in Marokko, Teilprojekt 4: Luftsystem

Nachhaltiges Brenngas für Industrieprozesse, Teilvorhaben: Infrarot-Messungen der Fluidisierungsbedingungen und Bildauswertung

In der Industrie werden Hochtemperaturprozesse (800 - 2000°C) zur Produktion von Zementklinker, Kalk oder anderen Produkten eingesetzt. In diesen Prozessen wird meist Erdgas oder Kohle für die Erzeugung von Hochtemperaturprozesswärme eingesetzt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines einsatzfähigen Systems für die Konversion von Klärschlamm und anderen biogenen Rest- und Abfallstoffen in ein Brenngas zur direkten Substitution von fossilen Brennstoffen in Hochtemperaturindustrieprozessen. Im Rahmen von NaBI werden folgende Innovationen erforscht und erprobt, um die spezifischen Anforderungen der Hochtemperaturindustrieprozesse zu erfüllen: (1) Flexibilisierung des Gasifizierungsverfahrens bezüglich der Brennstoffqualität durch Optimierung der Wirbelschichtfluidisierung und damit Ermöglichung der Gasifizierung von Klärschlamm wechselnder Qualität sowie von weiteren Rest- und Abfallstoffen für einen breiten Einsatz des NaBI-Ansatzes. (2) Steigerung des Heizwerts des Brenngases durch Einsatz von Sauerstoff: Dadurch wird in gängigen Hochtemperaturprozessen eine weitaus höhere Substitutionsrate von Primärenergie ermöglicht. (3) Optimierung der Qualität der Klärschlammasche als Rohstoff für die Phosphorrückgewinnung durch Einsatz von Additiven. Damit wird die Attraktivität der Asche für Phosphorrückgewinnung erhöht. (4) Untersuchung und Nachweis des Einsatzes von Infrarot-Kamerasystemen für die Prozessüberwachung und -regelung. Bis 2026 wird die Marktreife für die optimierte Brenngasbereitstellung für Industrieprozesse durch Klärschlammgasifizierung erreicht, sodass die erste kommerzielle Anlage bis 2027 realisiert werden kann.

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