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Treibhausgas-Emissionen in Deutschland

Treibhausgas-Emissionen in Deutschland Die Treibhausgas-Emissionen in Deutschland sind 2023 gegenüber dem Vorjahr um 10,1 Prozent gesunken. Das entspricht einer Minderung um 46,1 Prozent im Vergleich zum internationalen Referenzjahr 1990. Emissionsentwicklung In Deutschland konnten die Treibhausgas-Emissionen seit 1990 deutlich vermindert werden. Die in ⁠ Kohlendioxid-Äquivalente ⁠ umgerechneten Gesamt-Emissionen (ohne Kohlendioxid-Emissionen aus ⁠ Landnutzung ⁠, ⁠ Landnutzungsänderung ⁠ und Forstwirtschaft) sanken bis 2023 um rund 577 Millionen Tonnen (Mio. t) oder 46,1 %. Für das Jahr 2023 wurden Gesamt-Emissionen in Höhe von 674 Mio. t berichtet. Die Emissionen sinken um 10,1 % gegenüber dem Jahr 2022. Die deutlichsten Minderungen gab es in der Energiewirtschaft , was auf einen geringeren Einsatz fossiler Brennstoffe zur Erzeugung von Strom und Wärme zurückzuführen ist. Besonders stark war dieser Rückgang beim Einsatz von Braun- und Steinkohle sowie bei Erdgas. Gründe hierfür sind unter anderem die deutlich gesunkene Kohleverstromung, der konsequente Ausbau der erneuerbaren Energien und ein Stromimportüberschuss bei gleichzeitig gesunkener Energienachfrage. Weitere Treiber waren sinkende Emissionen im Verarbeitenden Gewerbe , Energieeinsparungen in Folge von höheren Verbraucherpreisen sowie die milden Witterungsverhältnisse in den Wintermonaten. Deutliche Minderungen gab es auch in den Industrieprozessen und bei Haushalten und Kleinverbrauchern (siehe folgende Abbildung und Tabellen). Treibhausgas-Emissionen in Deutschland seit 1990 nach Gasen Quelle: Umweltbundesamt Diagramm als PDF Tab: Emissionen von direkten und indirekten Treibhausgasen und von Schwefeldioxid Quelle: Umweltbundesamt Tabelle als PDF zur vergrößerten Darstellung Tab: Reduktion der Emissionen von direkten und indirekten Treibhausgasen und von Schwefeldioxid Quelle: Umweltbundesamt Tabelle als PDF zur vergrößerten Darstellung Entwicklung der Treibhausgase Kohlendioxid, Methan, Distickstoffoxid Die Kohlendioxid (CO 2 )-Emissionen werden fast ausschließlich durch Verbrennungsprozesse verursacht (> 90 %). Insgesamt sanken die geschätzten Kohlendioxid-Emissionen im Jahr 2023 massiv: die Reduktion in der Energiewirtschaft (-20,6 % gegenüber dem Vorjahr) wurde durch deutliche Einbrüche der energetischen Emissionen (Verarbeitendes Gewerbe: -6,8 %) und prozessbedingten Emissionen (-10,1 %) der Industrie überkompensiert. Und auch die Emissionen der Haushalte und Kleinverbraucher sanken deutlich (-7,0 % gegenüber dem Vorjahr). Die Methan (CH 4 )-Emissionen wurden zwischen 1990 und 2009 etwa halbiert. Die Emissionen sanken seit 1990 fast jedes Jahr, bis auf 44,8 Millionen Tonnen ⁠ Kohlendioxid-Äquivalente ⁠ im Jahr 2023. Grund für den starken Rückgang ist vor allem die seit 1990 stark fallende Trends der Diffusen Emissionen (-95 %) und der Abfallwirtschaft (-90 %). Die große verbleibende Quelle ist die Landwirtschaft mit fast 76 % Anteil an den Gesamtemissionen des Jahres 2023. Die Emissionen von Distickstoffoxid (N 2 O) sanken bis 2023 geschätzt um ca. 56,5 %. Hauptverursacher waren im Jahr 1990 zu 45 % die Landwirtschaft und zu 42 % die Industrieprozesse. Die massive Reduktion der industrielen Lachgas-Emissionen zwischen 1990 und 2023 (-98,5 %) führt dazu, dass die Landwirtschaft in den letzten Jahren die Gesamt-Emissionen dominiert (74,5 % Anteil) (siehe Abb. „Trend der Emissionen von Kohlendioxid, Methan und Distickstoffoxid“). Entwicklung der F-Gase – (teil-)fluorierte Kohlenwasserstoffe, Schwefelhexafluorid und Stickstofftrifluorid Die Emissionen der fluorierten Treibhausgase sind seit 1995 gesunken. Im Jahr 1995 überstiegen die Emissionen bei der Herstellung die aus der Verwendung um nahezu das Doppelte. Zwischen 1995 und 2000 sind die Emissionen von fluorierten Treibhausgasen deutlich gemindert worden. Die Emissionen sind von 2003 bis 2017 kontinuierlich gestiegen, zeigen aber nun einen deutlichen Abwärtstrend. Grund dafür sind wirksame gesetzliche Regelungen, welche die Verwendung der F-Gase limitieren . Hauptursache für die starke Zunahme war der vermehrte Einsatz von fluorierten Treibhausgasen als Kältemittel. Minderungen wurden hauptsächlich bei der Herstellung von Primäraluminium, Halbleitern, der auslaufenden Anwendung in Autoreifen, der Produktion von Schallschutzscheiben und bei Anlagen zur Elektrizitätsübertragung erreicht. Allerdings nehmen die Emissionen aus der Entsorgung von Schallschutzscheiben seit 2006 sichtbar zu, da die angenommene Lebenszeit dieser Scheiben erreicht wird. In Zukunft ist damit zu rechnen, dass die F-Gas-Emissionen, insbesondere die HFKW-Emissionen, durch die Umsetzung der Verordnung (EU) Nr. 517/2014 weiter abnehmen. Wichtigstes Instrument der Verordnung ist die schrittweise Begrenzung der Verkaufsmengen von HFKW bis 2030 auf ein Fünftel der heutigen Verkaufsmengen. Dies wird sich zeitversetzt auf die Höhe der Emissionen auswirken. Die Schwefelhexafluorid-Emissionen aus der Entsorgung von Schallschutzscheiben werden jetzt kontinuierlich sinken (siehe Abb. „Anteile der Treibhausgase an den Emissionen“ und Tab. „Reduktion der Emissionen von direkten und indirekten Treibhausgasen und von Schwefeldioxid gegenüber dem Vorjahr“). Anteile der Treibhausgase an den Emissionen Quelle: Umweltbundesamt Diagramm als PDF Tab: Reduktion der Emissionen von direkten und indirekten THG und von Schwefeldioxid gegenüber ... Quelle: Umweltbundesamt Tabelle als PDF zur vergrößerten Darstellung Treibhausgas-Emissionen nach Kategorien Die mit 85 % im Jahr 2023 bedeutendste Quelle von ⁠ Treibhausgas ⁠-Emissionen ist die Verbrennung fossiler Brennstoffe (siehe Tab. „Emissionen ausgewählter Treibhausgase in Deutschland nach Kategorien“). Insgesamt nahmen die energiebedingten Emissionen aller Treibhausgase zwischen 1990 und 2023 um 46 % ab. Die darin enthaltenen Diffusen Emissionen aus Brennstoffen sanken im gleichen Zeitraum sogar um 91 %. Die Industrieprozesse sind mit einem Anteil an den Gesamt-Emissionen von ca. 7 % die bedeutendste der anderen Kategorien. Die Emissionen des Jahres 2023 sanken gegenüber 1990 um knapp 50 %. Die Landwirtschaft liegt in der gleichen Größenordnung (Anteil 7,0 %), die Emissionen des Jahres 2023 sanken gegenüber 1990 jedoch nur um 27,1 %. Die deutlichste relative Minderung der Treibhausgas-Emissionen (-86,7 %) trat in der Abfallwirtschaft auf, so dass der Anteil an den Gesamt-Emissionen 2023 nur noch 0,8 % betrug. Nationale und europäische Klimaziele Informationen zu den deutschen Klimazielen finden Sie hier: https://www.umweltbundesamt.de/daten/klima/treibhausgasminderungsziele-d... Informationen zu den europäischen Klimazielen finden Sie hier: https://www.umweltbundesamt.de/daten/klima/europaeische-energie-klimaziele

ProDRI - Industrielle Produktion von direktreduziertem Eisen (DRI) auf Basis von Erdgas und/oder Wasserstoff

Um die Klimaschutzziele der Bundesregierung bis 2050 erreichen zu können, müssen Treibhausgasemissionen in der Eisen- und Stahlindustrie weitestgehend vermieden werden. Die nachhaltige Vermeidung von prozessbedingten Emissionen bei der Stahlherstellung gelingt jedoch nur durch Umstellung des konventionellen, auf Kokskohle basierenden Hochofenverfahrens. Ein neuer technologischer Pfad ist die Direktreduktion von Eisenerz. Wird auf erneuerbaren Energien basierender Wasserstoff eingesetzt, geschieht der Reduktionsprozess weitestgehend CO 2 -frei. Die Salzgitter Flachstahl GmbH errichtet eine Anlage zur CO 2 -armen Stahlerzeugung, bei der die Direktreduktion des Eisenerzes auf Basis von Erdgas und Wasserstoff erfolgt. Ziel des Vorhabens ist es, zu zeigen, wie die sukzessive Umstellung eines integrierten Hochofenwerks auf eine CO 2 -arme Stahlerzeugung erfolgen kann. Je nach Verfügbarkeit kann das Verfahren mit Erdgas oder mit Wasserstoff auf Basis von erneuerbaren Energien betrieben werden. Der so direktreduzierte Eisenschwamm wird zur Verarbeitung entweder einem Elektrolichtbogenofen oder einem konventionellen Hochofen zugeführt, in dem durch die Nutzung des Eisenschwamms Einsparungen von Einblaskohle erreicht werden können. Auch beim Einsatz von Erdgas werden bereits erhebliche Mengen an CO 2 gegenüber der herkömmlichen Hochofen-Route vermieden. Je höher der Anteil von auf erneuerbaren Strom basierendem, also „grünem“, Wasserstoff am Reduktions-Gasgemisch ist, desto größer sind die Treibhausgaseinsparungen. Dieser flexible Betrieb soll im Projekt Pro DRI umgesetzt und optimiert werden. Langfristiges Ziel ist die ausschließliche Nutzung von grünem Wasserstoff, um grünen Stahl zu erzeugen - mit einem gegenüber heutigen konventionellen Verfahren über 90 Prozent geminderten CO 2 -Fußabdruck. Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) fördert das Vorhaben bis 2023 im Rahmen des Förderfensters Dekarbonisierung in der Industrie des Umweltinnovationsprogramms mit über 5 Millionen EURO. Branche: Metallverarbeitung Umweltbereich: Klimaschutz Fördernehmer: Salzgitter Flachstahl GmbH Bundesland: Niedersachsen Laufzeit: seit 2020 Status: Laufend

Dekarbonisierung der industriellen Produktion (DekarbInd) - Teilbericht 3: Bewertung von Dekarbonisierungsmaßnahmen und Erarbeitung von Eckpunkten einer Roadmap für die Zementindustrie

Deutschland soll bis zum Jahr 2045 treibhausgasneutral werden. 2021 emittierte der deutsche Industriesektor etwa 181 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente. Damit trägt er mit 24 Prozent zu den nationalen Treibhausgasemissionen bei und ist nach der Energiewirtschaft die zweitgrößte Emissionsquelle in Deutschland1. Etwa zwei Drittel der industriellen Emissionen stammen aus der energieintensiven Industrie. Die Stahl- und Zementindustrien wiederum verursachen mehr als die Hälfte dieser Emissionen und sind aufgrund ihrer prozessbedingten Emissionen sowie hoher Prozesstemperaturen besonders herausfordernd. Die Dekarbonisierung der Stahl- und Zementindustrien ist daher für das Erreichen der Treibhausgasneutralität von zentraler Bedeutung. Die Dekarbonisierung der energieintensiven Industrie erfordert innovative technologische Konzepte und passende, langfristig angelegte politische Rahmenbedingungen, die den Industrieakteuren frühzeitig Transformationspfade eröffnen und größtmögliche Planungssicherheit für die erforderlichen Investitionen bieten. Im Projekt entwickelten die Forschenden Eckpunkte für Roadmaps zur Dekarbonisierung der Stahlindustrie (Federführung Fraunhofer ISI) und Zementindustrie (Federführung Wuppertal Institut). Die im Arbeitspaket 3 erarbeiteten und hier vorgestellten Eckpunkte einer Roadmap für die Zementindustrie geben konkrete Hinweise darauf, welche technologischen Konzepte für eine Dekarbonisierung in dieser Industriebranche existieren, wie diese im Zeitverlauf umgesetzt werden können, welche Treiber und Hemmnisse diese technologischen Pfade begünstigen oder hemmen und welche Maßnahmen Akteure und Akteurinnen in verschiedenen Handlungsfeldern kurz-, mittel- und langfristig umsetzen können. Das Vorhaben hat in einem zweieinhalb-jährigem Partizipationsprozess über eine Reihe von Workshops und Interviews mit Expertinnen und Experten sowie weiterer Veranstaltungen zahlreiche Stakeholder und Stakeholderinnen aus Industrie, Verbänden, gesellschaftlichen Interessengruppen sowie Politik, Behörden und Wissenschaft eingebunden. Diese Einbindung ermöglichte Transparenz, Mitwirkung sowie Praxisnähe der Resultate. Im Ergebnis liegt eine Gesamt-Roadmap für die Dekarbonisierung der deutschen Zement- und Betonindustrie vor, die alle technologischen Hebel und assoziierte Treiber, Hemmnisse und Handlungsfelder im Überblick darstellt. Ergänzt wird diese durch drei Detail-Roadmaps für die vertieft betrachteten Teilbereiche "Thermische Energie", "Neue Zemente und Betonbautechniken" sowie "CarbonCapture and Usage/Storage (CCUS)". Quelle: Forschungsbericht

Schwefeldioxid-Emissionen

Schwefeldioxid-Emissionen Schwefeldioxid entsteht hauptsächlich bei der Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe. Seit 1990 sind die Emissionen um 95 Prozent gesunken, vor allem durch technische Maßnahmen sowie den Einsatz schwefelarmer Brennstoffe. Die Reduktionsziele sind damit alle erreicht worden. Entwicklung seit 1990 Von 1990 bis 2022 ist ein Rückgang der Schwefeldioxid-Emissionen (SO 2 ) von 5,5 auf nur 0,25 Millionen Tonnen (Mio. t) zu verzeichnen. Das sind 95,3 % weniger (siehe Abb. „Schwefeldioxid-Emissionen nach Quellkategorien“). Die Gründe hierfür liegen vor allem darin, dass in den neuen Bundesländern Betriebe stillgelegt oder technisch nachgerüstet wurden. Entscheidenden Einfluss hat auch der Einsatz von Brennstoffen mit geringerem Schwefelgehalt. Ab dem Jahr 2016 sanken die Schwefeldioxid-Emissionen nochmals deutlich. Grund dafür war die Verschärfung der Anforderungen an die Abgasreinigung bei Großfeuerungsanlagen durch die Neufassung der 13. ⁠ BImSchV ⁠ vom 02.05.2013. Die Jahre ab 2020 sind von Sondereffekten geprägt, der stetig fallende Trend ist erst einmal unterbrochen. Hauptverursacher der Schwefeldioxid-Emissionen im Jahr 2022 waren die stationären Feuerungsanlagen der Kraft- und Fernheizwerke der Energiewirtschaft und die Industriefeuerungen des Verarbeitenden Gewerbes mit einem Anteil an den Gesamtemissionen von zusammen 68 %. Seit 1990 senkten diese Bereiche ihren Schwefeldioxid-Ausstoß um 3,9 Mio. t (-96 %). Eine vergleichbare Entwicklung zeigt sich in den Bereichen Haushalte sowie Gewerbe, Handel und Dienstleistung (Rückgang um insgesamt über 1 Mio. t oder fast -99 %, Anteil im Jahr 2022: 5,1 %). Die Emissionen der mengenmäßig weniger bedeutsamen Industrieprozesse sanken zwischen 1990 und 2022 um 0,1 Mio. t und verminderten sich dadurch um ca. 65 %. Ihr Anteil an den gesamten Schwefeldioxid-Emissionen stieg durch die überproportionalen Minderungen in den anderen Bereichen im gleichen Zeitraum von 3 % auf 24 % (siehe Tab. „Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe nach Quellkategorien“). Schwefeldioxid-Emissionen nach Quellkategorien Quelle: Umweltbundesamt Diagramm als PDF Tab: Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe nach Quellkategorien Quelle: Umweltbundesamt Tabelle als PDF zur vergrößerten Darstellung Erfüllungsstand der Emissionsminderungsbeschlüsse Im Göteborg-Protokoll zur ⁠ UNECE ⁠-Luftreinhaltekonvention und in der ⁠ NEC-Richtlinie ⁠ ( EU 2016/2284 ) der EU wird festgelegt, dass die jährlichen SO 2 -Emissionen ab 2020 um 21 % niedriger sein müssen als 2005. Diese Ziele wurden 2021 und 2022 eingehalten. Auf EU-Ebene legt die NEC-Richtlinie ( EU 2016/2284 ) auch fest, dass ab 2030 die jährlichen Emissionen 58 % niedriger gegenüber 2005 sein sollen. Dieses Ziel wurde bisher nicht erreicht. Entstehung von Schwefeldioxid-Emissionen Schwefeldioxid entsteht überwiegend bei Verbrennungsvorgängen durch Oxidation des im Brennstoff enthaltenen Schwefels. Die nahezu konstanten, jedoch relativ unbedeutenden prozessbedingten Emissionen treten vornehmlich in den Bereichen der industriellen Produktionsprozesse in der Chemischen Industrie, der Metallerzeugung und dem Sektor Steine und Erden sowie der Erdöl- und Erdgasaufbereitung auf.

Schwermetall-Emissionen

Schwermetall-Emissionen Hochwirksame Staubminderungsmaßnahmen und die Stilllegung veralteter Produktionsstätten in den neuen Bundesländern führten seit 1990 zu einer erheblichen Minderung der verbrennungsbedingten Schwermetall-Emissionen. Entwicklung seit 1990 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 (SO 2 ) -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“). 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. Entwicklung der Schwermetall-Emissionen Quelle: Umweltbundesamt Diagramm als PDF Tab: Entwicklung der Schwermetall-Emissionen Quelle: Umweltbundesamt Tabelle als PDF zur vergrößerten Darstellung Herkunft der Schwermetall-Emissionen 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. Verursacher Die wichtigste Quelle der meisten Schwermetalle ist der Brennstoffeinsatz im Energie-Bereich. Bei Arsen, Quecksilber und Nickel hat die Energiewirtschaft den größten Anteil, gefolgt von den prozessbedingten Emissionen der Industrie, vor allem aus der Herstellung von Metallen. Cadmium stammt sogar größtenteils aus der Metall-Herstellung. Blei-, Chrom-, Kupfer- und Zink- Emissionen werden überwiegend durch den Abrieb von Bremsen und Reifen im Verkehrsbereich beeinflusst: die Trends korrelieren hier direkt mit der jährlichen ⁠ Fahrleistung ⁠. Selen 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. Verpflichtungen Das 1998er Aarhus Protokoll über Schwermetalle 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, ⁠ Pestizide ⁠ und Farben vor. 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.

Kohlenstoffabscheidung und -nutzung für Rohstoffversorgung nötig

Kohlenstoffabscheidung und -nutzung für Rohstoffversorgung nötig Die treibhausgasneutrale Wirtschaft der Zukunft wird weiter Kohlenstoffverbindungen benötigen, beispielsweise in der chemischen Industrie zur Herstellung von Kunststoffen oder Arzneimitteln oder im Luft- und Seeverkehr für künstliche Kraftstoffe. Der Kohlenstoff dafür muss aus der Kreislaufführung oder vornehmlich der Atmosphäre stammen, der dafür nötige Strom aus erneuerbaren Energien. Die Techniken für dieses „Carbon Capture and Utilization“ (CCU) müssen heute bereits entwickelt und gefördert werden. Das zeigt eine aktuelle Untersuchung des Umweltbundesamtes (⁠ UBA ⁠). CCU mit fossilen Kohlenstoffemissionen - auch perspektivisch unvermeidbaren - ist dabei kein Ersatz für eine Treibhausgasminderung and der Quelle, so die Untersuchung. Denn wird fossiler Kohlenstoff mittels CCU abgeschieden und anderweitig genutzt, gelangt dieses ⁠ CO2 ⁠ unabhängig von der Anzahl der nachfolgenden Nutzungen am Ende der Nutzungskette immer in die ⁠ Atmosphäre ⁠. Die Klimakrise erfordert, in kürzester Zeit die Treibhausgasemissionen zu mindern und letztlich auf null zu reduzieren. Die Entnahme und Verbrennung von Kohlenstoff aus der Erde muss daher so schnell wie möglich aufhören. Deutschland strebt bis 2045 und Europa bis 2050 Treibhausgasneutralität an. Oberste Prämisse im Sinne des Vorsorgeprinzips ist es daher, die Emissionen von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen zuerst zu vermeiden. Durch Umstellung auf erneuerbare Energien kann es gelingen, die energiebedingten Treibhausgasemissionen vollständig zu vermeiden. Industrieprozesse müssen jedoch nicht nur vollständig auf erneuerbare Energieträger umgestellt, sondern die Produktionsverfahren soweit wie möglich auch auf fossilfreie Rohstoffe umgebaut und weiterentwickelt werden.Die Treibhausgasemissionen, die bislang im industriellen Herstellungsprozess von beispielsweise Stahl entstehen müssen möglichst weitgehend gemindert werden. CCU mit fossilem Kohlenstoff ist hier keine Alternative. Unvermeidbare Prozessemissionen, wie sie auch perspektivisch etwa in der Zement-, Kalk- und Glasindustrie anfallen werden, können mittels CCU wiederverwendet werden und so eine längere Bindung in Produkten erfahren, bevor sie in die Atmosphäre gelangen. Diese ausgestoßenen Emissionen und unvermeidbare Treibhausgasemissionen aus anderen Bereichen, wie der Landwirtschaft, müssen ausgeglichen werden, um Treibhausgasneutralität zu erreichen. Dies sollte im Wege der zusätzlichen Bindung atmosphärischen Kohlenstoffs in natürlichen Kohlenstoffsenken wie Wäldern und Mooren erreicht werden. Diese Senken müssen dazu stabilisiert und zusätzlich erschlossen werden, etwa durch Aufforstung. Nach heutiger Kenntnis werden langfristig auch in einem effizienten und treibhausgasneutralen Wirtschaftssystem Kohlenwasserstoffe benötigt, ob in künstlichen Kerosin oder für Kunststoffe. Die zukünftigen Kohlenstoffkreisläufe können langfristig und dauerhaft nur mit zusätzlicher Kohlenstoffentnahme aus der Atmosphäre geschlossen werden. CCU wird langfristig gesehen ein unverzichtbarer Bestandteil für zukünftiges Wirtschaften sein. Wir müssen die Technologie also jetzt für die Zukunft weiterentwickeln. Techniken zur Kohlenstoffgewinnung aus der Atmosphäre sollten bereits heute gefördert werden, damit sie später in hinreichendem Umfang zur Verfügung stehen. Voraussetzung für eine klimafreundliche Nutzung von CCU-Techniken ist ein schneller Aufbau eines vollständigen erneuerbaren Stromsystems – national, europäisch und global – da die Technik viel Energie benötigt.

Klimaschutz und Dekarbonisierung im Industriesektor

Klimaschutz und Dekarbonisierung im Industriesektor Deutschland soll bis zum Jahr 2050 weitgehend treibhausgasneutral werden. So sehen es der Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung und das Bundes-Klimaschutzgesetz vor. In diesem Internetartikel lesen Sie, welchen Beitrag die Industrie als Deutschlands zweitgrößter Emittent von Treibhausgasen leisten soll, woher die dort ausgestoßenen Treibhausgase stammen und wie sie reduziert werden können. Deutschlands Ziele zur Treibhausgasminderung in der Industrie Im Jahr 2010 legte die Bundesregierung für Deutschland das Ziel fest, die Treibhausgasemissionen bis 2050 im Vergleich zu 1990 um 80 bis 95 % zu mindern (Energiekonzept der Bundesregierung, Bundestags-Drucksache 17/3409). 2016 bekräftigte die Bundesregierung dieses Ziel der weitgehenden Treibhausgasneutralität im Klimaschutzplan 2050 (KSP 2050, Bundestags-Drucksache 18/10370) und ergänzte für die einzelnen Sektoren spezifische Minderungsziele. Für den Industriesektor sieht der KSP 2050 beispielsweise ein Zwischenziel für die Treibhausgasminderung bis 2030 um ca. 40 Millionen Tonnen CO 2 -Äquivalente oder 51 bis 49 % gegenüber dem Basisjahr 1990 vor. Diese Ziele sind nunmehr im Bundes-Klimaschutzgesetz (KSG, dort Anlage 2 zu § 4, vgl. Bundestags-Drucksache 19/14337) gesetzlich verankert. Auch die EU weist in ihrer Mitteilung zum „European Green Deal“ (KOM(2019) 640) auf die entscheidende Bedeutung der Dekarbonisierung und Modernisierung energieintensiver Industrien hin, um eine klimaneutrale und kreislauforientierte Wirtschaft zu erreichen. Die direkten Treibhausgasemissionen der Industrie (inkl. der Emissionen aus der Eigenstromversorgung) müssen in einem ersten Schritt von 181 Millionen Tonnen CO 2 -Äquivalente im Jahr 2014 auf 140 bis 143 Millionen Tonnen bis 2030 reduziert werden. Dies entspricht einer Minderung der Treibhausgase um rund 20 %. Um dieses Ziel bis 2030 zu erreichen, fordert der KSP 2050 noch vor dem Jahr 2020 eine langfristig ausgerichtete strategische Herangehensweise, welche nach 2020 umzusetzen ist und im Zeitraum bis 2030 zielführend weiter optimiert wird. Das Klimaschutzprogramm 2030 der Bundesregierung vom 20.09.2019 greift dies auf, indem es unter anderem ein Förderprogramm zur Dekarbonisierung in der Industrie ankündigt. Um den ambitionierten Zeitplan für die Treibhausgasminderung im Industriesektor einhalten zu können und der Industrie Planungssicherheit für die erforderlichen Investitionen zu geben, muss der Staat für die Dekarbonisierung des Industriesektors klare und langfristig verlässliche Rahmenbedingungen schaffen. Quellen der Treibhausgasemissionen und Ansätze zur Minderung Die von der Industrie verursachten Emissionen von Treibhausgasen (THG) können in drei Gruppen unterteilt werden: direkte energiebedingte THG-Emissionen aus der Verwendung von Brennstoffen zur Bereitstellung von Energie, z.B. ⁠ Prozesswärme ⁠, Dampf oder Strom (in Industriekraftwerken); indirekte energiebedingte THG-Emissionen aus der vorgelagerten Erzeugung des eingesetzten Stroms, soweit dieser nicht in eigenen (Industrie-)Kraftwerken erzeugt wird; direkte prozessbedingte THG-Emissionen aus der nicht-energetischen Verwendung kohlenstoffhaltiger Energieträger und sonstiger Rohstoffe, oder aus der prozessbedingten Freisetzung anderer Treibhausgase als CO 2 . Die verschiedenen Ursachen der Treibhausgasemissionen erfordern in der Regel auch unterschiedliche Ansätze und Maßnahmen zur Minderung in den unterschiedlichen Industriebranchen. Grundsätzliche Ansätze sind hierbei: für direkte energiebedingte THG-Emissionen : Ansatz 1 : Steigerung der Energieeffizienz durch Verwendung energieeffizienter Technik, Optimierung von Verfahren und Prozessen und konsequente Abwärmenutzung inklusive Abwärmeverstromung; Ansatz 2 : Verwendung erneuerbarer Energien, vor allem in Form von Strom aus erneuerbaren Energien, z. B. zur Prozesswärmeerzeugung, aber auch zur Wärme- und Kälteversorgung (Die Erzeugung großer Teile der Prozesswärme kann auch mit erneuerbaren Energien erfolgen. Für bestimmte Anwendungen kommt auch der Einsatz von ⁠ Biomasse ⁠ aus Rest- und Abfallstoffen in Betracht; diese sind aber nur in sehr begrenztem Umfang für industrielle Anwendungen verfügbar, siehe Forschungsprojekt „BioRest“, TEXTE 115/209 , Kapitel 6.1); für indirekte energiebedingte THG-Emissionen : Ansatz 3 : Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Energien (Ausbau der erneuerbaren Energien, Phasing-Out atomarer und fossiler Energieträger), wobei für die Industrie der Umstellung der Stromerzeugung eine zentrale Rolle zukommt; Ansatz 4 : Effizienzsteigerungen bei Energiewandlung und -nutzung in industriellen Anwendungen (die Effizienzsteigerung bei der Verwendung von Strom trägt natürlich auch zur Minderung der indirekten energiebedingten THG-Emissionen bei); für direkte prozessbedingte THG-Emissionen : Ansatz 5 : Prozessumstellungen zur Vermeidung prozessbedingter THG-Emissionen durch grundlegende Verfahrensumstellungen, Substitution der emissionsverursachenden Rohstoffe oder Produkte sowie – falls Verfahrensumstellungen oder eine Substitution nicht möglich sind – ggf. die Anwendung von CCU (Carbon Capture and Utilization: Abscheidung und anschließende Verwendung von CO 2 ), soweit dadurch an anderer Stelle THG-Emissionen vermieden werden können. Es besteht in allen fünf Ansätzen aktueller Handlungsbedarf, um in Übereinstimmung mit den Zielen der Bundesregierung rechtzeitig in die Breitenanwendung zu kommen und die erforderlichen ⁠ Treibhausgas ⁠-Minderungsbeiträge zu erreichen. Kurz- bis mittelfristig sind nennenswerte Beiträge zur Dekarbonisierung des Industriesektors lediglich durch Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz möglich, zum Beispiel durch die konsequente Abwärmenutzung inklusive Abwärmeverstromung. Im Bereich der Umstellung auf regenerative Energieträger und Prozessumstellungen sind relevante Treibhausgas-Emissionsminderungen erst mittel- bis langfristig durch die Breitenanwendung zu erwarten. Hier bedarf es geeigneter Förder- und Anreizinstrumente, wie mit dem Förderprogramm des Bundesumweltministeriums (⁠ BMU ⁠) zur „Dekarbonisierung der Industrie“ oder dem EU-Innovationsfonds zur Förderung kohlenstoffarmer Technologien geplant. Eine gewichtige Rolle spielt in diesem Kontext auch der eigene Beitrag der Industrie. Hierfür braucht die Industrie geeignete und verlässliche Rahmenbedingungen, damit sie ihren unverzichtbaren Beitrag zur Dekarbonisierung leisten kann und leisten wird.

Treibhausgasemissionen 2015 im zweiten Jahr in Folge leicht gesunken

Energiewende beginnt zu wirken – Emissionen des Verkehrs stagnieren aber weiter 2015 wurden in Deutschland insgesamt 901,9 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente ausgestoßen. Das sind 2,3 Millionen Tonnen bzw. 0,3 Prozent weniger als 2014 und 27,9 Prozent weniger im Vergleich zu 1990. Dies zeigen die Berechnungen, die das Umweltbundesamt (UBA) jetzt an die Europäische Kommission übermittelt hat. Die größten Minderungen erzielte mit 11,8 Millionen Tonnen die Energiewirtschaft. UBA-Präsidentin Maria Krautzberger: „Die Energiewende beginnt zu wirken. Immer mehr Strom stammt aus Sonne, Wind oder Wasser und nicht mehr aus Kohle oder Öl. Das zeigt sich in weiter sinkenden Emissionen. Jetzt heißt es aber dranbleiben: Um unser Klima zu schützen und die Klimaziele von Paris zu erreichen, müssen wir schrittweise komplett aus der Kohleverstromung aussteigen.“ Im Verkehrssektor, der hier in die Emissionen des Energiesektors eingerechnet ist, sind die Treibhausgasemissionen dagegen erneut leicht angestiegen. Mit 160,8 Millionen Tonnen wurden in 2015 knapp 0,7 Millionen Tonnen CO 2 -Äquivalente mehr als im Vorjahr emittiert. Verantwortlich für den Anstieg sind gestiegene Fahrleistungen im Straßenverkehr. Damit setzt sich der Trend der letzten Jahre fort. "Die Zahlen zeigen: Nur mit der Elektromobilität haben wir eine Chance, die Emissionen des Verkehrs zu senken", so Krautzberger. Auch in der Landwirtschaft stagniert der ⁠ Klimaschutz ⁠. 2015 sind die Emissionen wieder um etwa 0,5 Prozent gestiegen. Zwar liegen die landwirtschaftlichen Emissionen immer noch um knapp 16 Prozent unter denen des Jahres 1990, haben aber nach anfänglichen Reduktionen zu Beginn des Jahrtausends wieder fast das Niveau des Jahres 2000 erreicht. Hauptursachen der Entwicklung in der Landwirtschaft sind, wie schon im Vorjahr, gestiegene Emissionen aus der Bodenkalkung und Harnstoffdüngung. Im Bereich der industriellen Prozessemissionen bleiben die Treibhausgasemissionen nahezu konstant. Emissionsminderungen von weniger als 1 Million Tonnen CO 2 -Äquivalente in der chemischen und mineralischen Industrie heben sich mit Steigerungen der Emissionen in der Metallindustrie und anderen Industriebereichen nahezu auf. Mit 87,8 Prozent dominierte auch in 2015 Kohlendioxid (CO 2 ) die Treibhausgasemissionen – größtenteils aus der Verbrennung fossiler Energieträger. Es folgen Methan mit 6,2 Prozent sowie Lachgas mit 4,3 Prozent, vor allem aus der Landwirtschaft. Gegenüber 1990 belaufen sich die Emissionsminderungen für Kohlendioxid auf 24,7 Prozent. Methan (CH 4 ) wurde gegenüber 1990 um 53,7 Prozent weniger ausgestoßen, Lachgas (N 2 O) um 39,8 Prozent. Fluorierte Treibhausgase (F-Gase) verursachen insgesamt nur etwa 1,6 Prozent der Treibhausgasemissionen, haben aber zum Teil sehr hohes Treibhauspotenzial. Hier verläuft die Entwicklung weniger einheitlich: In Abhängigkeit von der Einführung neuer Technologien sowie der Verwendung dieser Stoffe als Substitute sanken die Emissionen von Schwefelhexafluorid (SF 6 -) bzw. Fluorkohlenwasserstoffen (FKW) seit 1995 um 44,9 bzw. 87,8 Prozent, wohingegen die Emissionen der halogenierten FKW (H-FKW) seitdem um 38,2 Prozent anstiegen. Die Emissionen des neu zu in die Berichterstattung aufgenommenen fluorierten Gases Stickstofftrifluorid (NF 3 ) stiegen auf niedrigem Niveau seit 1995 um 124,7 Prozent an. Die Änderungen gegenüber der veröffentlichten ersten Schätzung der THG-Emissionen für 2015 (siehe Pressemitteilung 09/2016 vom 17.03.2016 ) gehen auf Aktualisierungen der damals nur sehr begrenzt vorliegenden vorläufigen Berechnungsgrundlagen zurück. Die aktuellen Übersichten der Treibhausgasemissionen 1990 – 2015 finden sie hier .

Chem-Anorg\Chlor(Membran)-DE-2015

Chlorherstellung (Membranverfahren): Chlor in elementarer Form (Cl2) wird heute elektrochemisch dargestellt. Im Prozess wird die Herstellung von Cl2 durch Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl) nach dem Membranverfahren bilanziert. Der Prozess liefert neben Chlor stets Natronlauge und Wasserstoff. Ausgangsstoff ist Steinsalz (NaCl in Wasser gelöst) als Elektrolytm der im Kreis geführt wird. Die Elektrolyse findet in einer Zelle statt, die durch eine hydraulisch undurchlässige, ionenleitende Membran in zwei Räume getrennt ist. Die notwendigerweise sehr reine Natriumchloridlösung gelangt in den Anodenraum, dort wird an der aus aktiviertem Titan bestehenden Elektrode Chlor frei. Die verbleibenden Natriumionen diffundieren durch die Membran und können dort mit Hydroxidionen als Natronlauge (32 bis 35 %ig) abgezogen werden. Die Natronlauge wird auf eine verkaufsfähige 50 %ige Lösung aufkonzentriert. Der Kathodenraum wird dabei mit Wasser gespeist. An der Stahlelektrode entsteht Wasserstoff. Die Nachteile des Verfahrens liegen in der hohen Reinheitsanforderung an den Elektrolyten und das mit Sauerstoff verunreinigte Chlor. Dem stehen jedoch als Vorteile ein relativ geringer Energieverbrauch, reine Natronlauge und die Vermeidung bedenklicher Stoffe wie Quecksilber (Amalgamverfahren) oder Asbest (Diaphragmaverfahren) gegenüber. Als Rohstoffe für die Elektrolyse dienen neben Natriumchlorid in geringem Umfang auch Salzsäure und Kaliumchlorid. 1987 wurden etwa 93 % aus NaCl hergestellt. Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren für NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. 1985 entfielen in der BRD ca. 63 % der gesamten Chlorproduktion auf das Amalgamverfahren, ca. 31 % auf das Diaphragmaverfahren und ca. 6 % auf sonstige Verfahren (HCl, Schmelzfluß) (#1). Die Verteilung der weltweiten Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren nach #2 können für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden. Das Membranverfahren stellt das derzeit modernste Verfahren dar. In der Bundesrepublik sind jedoch nur Versuchsanlagen bei der Hoechst AG und der Bayer AG in Betrieb (#3). Die Produktion an Chlor betrug 1987 in der BRD ca. 3,5 Mio. Tonnen. Die Weltkapazität für die Chlorherstellung ist größer als 40 Mio. Tonnen pro Jahr (Ullmann 1986). Die Kennziffern dieser Prozeßeinheit beziehen sich auf die Chlorherstellung in Deutschland Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 Produktionskapazitäten 1990 in Prozent (#2). Prozess USA Kanada Westeuropa Japan Amalgam 18 15 65 0 Diaphragma 76 81 29 20 Membran 6 4 6 80 Allokation: Bei der Elektrolyse entstehen Cl und NaOH im molaren Verhältnis von 1 zu 1. Entsprechend diesem Verhältnis werden die Gesamtwerte der Elektrolyse (Massenbilanz, Energiebedarf, Emissionen, Wasser) zwischen Chlor und Natriumhydroxid zu gleichen Anteilen aufgeteilt. Rechnet man das molare Verhältnis auf Mengen um, so enstehen pro Tonne Cl2 1,128 Tonnen NaOH (100 %ig). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 28 kg Wasserstoff (H2)/t Cl2. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift (siehe: „H2-Kessel-D“) berechnet, die zu jeweils 50 % der Chlor- und Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. (Vgl. Prozess: Chem-Anorg\NaOH). Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne Cl2 (und gleichzeitig 1,128 t NaOH) werden als Rohstoff 1710 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektolyten für die Elektrolyse zu entfernen werden 44 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3, BaCO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (151 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 28 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS) nach #1. Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel dem Chlor 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung der Natronlauge. Energiebedarf: Der Energiebedarf für den Gesamtprozess der Herstellung einer Tonne Chlor und 1,128 Tonnen NaOH (die Werte wurden von der Natronlaugen- auf die Chlorherstellung umgerechnet) für die verschiedenen Elektrolyseverfahren kann nach #2 der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Membranverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % der Mittelwert der Werte aus Tabelle 2 - 1354 + 76 kWh/t Cl 2 - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t Chlor und 1,128 t NaOH Energie [kWh] Amalgam Diaphragma Membran elektr. Energie 3158-3610 2820-2933 2594-2820 Dampf(äquivalent) 0 790-1015 102-203 Summe 3158-3610 3610-3948 2696-3023 Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf in #1 mit 2800 kWh/t Cl2 + 1,128 t NaOH elektrischer Energie - nach Allokation: 1400 kWh/t Cl2 - angegeben. Da die Werte aus #2 besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Emissionen: Für das Membranverfahren sind keine prozessbedingten Emissionsdaten bekannt. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (508 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (1147 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (800 kg), dem Prozeßwasser (1500 kg) und dem Kühlwasser (100000 kg) zusammen (nach #1). Die oben aufgeführten Gesamtwassermengen wurden für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Abwasserbelastungen: Es konnten für das Membranverfahren keine Angaben gefunden werden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2015 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 117% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

Chem-Anorg\Chlor(Membran)-DE-2050

Chlorherstellung (Membranverfahren): Chlor in elementarer Form (Cl2) wird heute elektrochemisch dargestellt. Im Prozess wird die Herstellung von Cl2 durch Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl) nach dem Membranverfahren bilanziert. Der Prozess liefert neben Chlor stets Natronlauge und Wasserstoff. Ausgangsstoff ist Steinsalz (NaCl in Wasser gelöst) als Elektrolytm der im Kreis geführt wird. Die Elektrolyse findet in einer Zelle statt, die durch eine hydraulisch undurchlässige, ionenleitende Membran in zwei Räume getrennt ist. Die notwendigerweise sehr reine Natriumchloridlösung gelangt in den Anodenraum, dort wird an der aus aktiviertem Titan bestehenden Elektrode Chlor frei. Die verbleibenden Natriumionen diffundieren durch die Membran und können dort mit Hydroxidionen als Natronlauge (32 bis 35 %ig) abgezogen werden. Die Natronlauge wird auf eine verkaufsfähige 50 %ige Lösung aufkonzentriert. Der Kathodenraum wird dabei mit Wasser gespeist. An der Stahlelektrode entsteht Wasserstoff. Die Nachteile des Verfahrens liegen in der hohen Reinheitsanforderung an den Elektrolyten und das mit Sauerstoff verunreinigte Chlor. Dem stehen jedoch als Vorteile ein relativ geringer Energieverbrauch, reine Natronlauge und die Vermeidung bedenklicher Stoffe wie Quecksilber (Amalgamverfahren) oder Asbest (Diaphragmaverfahren) gegenüber. Als Rohstoffe für die Elektrolyse dienen neben Natriumchlorid in geringem Umfang auch Salzsäure und Kaliumchlorid. 1987 wurden etwa 93 % aus NaCl hergestellt. Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren für NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. 1985 entfielen in der BRD ca. 63 % der gesamten Chlorproduktion auf das Amalgamverfahren, ca. 31 % auf das Diaphragmaverfahren und ca. 6 % auf sonstige Verfahren (HCl, Schmelzfluß) (#1). Die Verteilung der weltweiten Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren nach #2 können für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden. Das Membranverfahren stellt das derzeit modernste Verfahren dar. In der Bundesrepublik sind jedoch nur Versuchsanlagen bei der Hoechst AG und der Bayer AG in Betrieb (#3). Die Produktion an Chlor betrug 1987 in der BRD ca. 3,5 Mio. Tonnen. Die Weltkapazität für die Chlorherstellung ist größer als 40 Mio. Tonnen pro Jahr (Ullmann 1986). Die Kennziffern dieser Prozeßeinheit beziehen sich auf die Chlorherstellung in Deutschland Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 Produktionskapazitäten 1990 in Prozent (#2). Prozess USA Kanada Westeuropa Japan Amalgam 18 15 65 0 Diaphragma 76 81 29 20 Membran 6 4 6 80 Allokation: Bei der Elektrolyse entstehen Cl und NaOH im molaren Verhältnis von 1 zu 1. Entsprechend diesem Verhältnis werden die Gesamtwerte der Elektrolyse (Massenbilanz, Energiebedarf, Emissionen, Wasser) zwischen Chlor und Natriumhydroxid zu gleichen Anteilen aufgeteilt. Rechnet man das molare Verhältnis auf Mengen um, so enstehen pro Tonne Cl2 1,128 Tonnen NaOH (100 %ig). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 28 kg Wasserstoff (H2)/t Cl2. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift (siehe: „H2-Kessel-D“) berechnet, die zu jeweils 50 % der Chlor- und Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. (Vgl. Prozess: Chem-Anorg\NaOH). Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne Cl2 (und gleichzeitig 1,128 t NaOH) werden als Rohstoff 1710 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektolyten für die Elektrolyse zu entfernen werden 44 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3, BaCO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (151 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 28 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS) nach #1. Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel dem Chlor 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung der Natronlauge. Energiebedarf: Der Energiebedarf für den Gesamtprozess der Herstellung einer Tonne Chlor und 1,128 Tonnen NaOH (die Werte wurden von der Natronlaugen- auf die Chlorherstellung umgerechnet) für die verschiedenen Elektrolyseverfahren kann nach #2 der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Membranverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % der Mittelwert der Werte aus Tabelle 2 - 1354 + 76 kWh/t Cl 2 - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t Chlor und 1,128 t NaOH Energie [kWh] Amalgam Diaphragma Membran elektr. Energie 3158-3610 2820-2933 2594-2820 Dampf(äquivalent) 0 790-1015 102-203 Summe 3158-3610 3610-3948 2696-3023 Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf in #1 mit 2800 kWh/t Cl2 + 1,128 t NaOH elektrischer Energie - nach Allokation: 1400 kWh/t Cl2 - angegeben. Da die Werte aus #2 besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Emissionen: Für das Membranverfahren sind keine prozessbedingten Emissionsdaten bekannt. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (508 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (1147 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (800 kg), dem Prozeßwasser (1500 kg) und dem Kühlwasser (100000 kg) zusammen (nach #1). Die oben aufgeführten Gesamtwassermengen wurden für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Abwasserbelastungen: Es konnten für das Membranverfahren keine Angaben gefunden werden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2050 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 117% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

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