Die Gesamtzielstellung des Projektes besteht darin, entscheidende Prozessschritte für eine alternative auf Membrantrennprozessen basierende Produktionsroute für Soda und Natron zu entwickeln und zu erproben. Zentral sind dabei die Abtrennung und Reinigung von CO2 aus Biogas bzw. aus (biogenen) Verbrennungsgasen, die Entwicklung von elektrochemischen Membranverfahren und von Adsorptionseinheiten für die Überführung von Salzsole (NaCl) in Soda-/Natronlösung mittels Salzspaltung/Metathese und die Untersuchung des Einsatzes geothermischer Energie für die weiterhin notwendigen thermische Prozessschritte zur perspektivischen Substitution von Erdgas im Zuge der Produktreinigung und -konfektionierung, siehe Verfahrensfließbild. Prozesse zur Herstellung von Basischemikalien in der chemischen Industrie zählen zu den Großemittenten von CO2. Da diese Produkte in einer Vielzahl von Produktionsketten eingesetzten werden, ist ein Verzicht oder eine Substitution nach derzeitigem Kenntnisstand nicht möglich. Daraus leitet sich die Fragestellung ab, inwieweit es technisch und wirtschaftlich möglich ist, diese Prozesse künftig so zu gestalten, dass die Emission von Treibhausgasen minimiert wird und CO2 ggf. noch stärker als bisher an Stelle fossiler Kohlenstoffträger als Rohstoff dienen kann. Ein großtechnischer Prozess, bei dem dies prinzipiell relativ leicht möglich wäre, ist die Herstellung von Soda und Natron nach dem Solvayverfahren. Im Prozess werden Kochsalz, Kohle, Kalkstein und Ammoniak eingesetzt. Es entstehen sehr große Mengen hochsaliner Abwässer als Abprodukt. Eine Verwertung der FuE-Ergebnisse auf industrieller Anwendungsebene steht daher in Aussicht. Nächster Schritt wäre die Umsetzung im Pilotmaßstab. Das CO2-Vermeidungspotential beläuft sich allein in Deutschland auf ca. 1,8 Mio. t CO2. Hinzukommt die Vermeidung des Anfalls von ca. 12,5 Mio. m3/a hochsaliner Abwässer.
Das Gesamtziel des hier vorgeschlagenen Projektes besteht im Nachweis und Erprobung eines weitgehend klimaneutralen Verfahrens zur Herstellung von Soda (Na2CO3) und Natron (NaHCO3) betrachtet. Als Carbonatquelle dient dabei reines CO2, welches aus Abgasen oder Biogas gewonnen wird. Ziel des Teilvorhabens ist es, ein Verfahren sowie die zugehörige Anlagentechnik für die CO2-Abtrennung aus gegebenen CO2-Quellen auf der Basis von Membranen mit keramischem Trägermaterial zu entwickeln, welche es erlaubt, Kohlendioxid mit einer durch die nachfolgende Verwendung definierten Reinheit aus Gasgemischen abzutrennen. Es wird momentan von einem CO2-Abgas und Biogas als CO2-Quelle ausgegangen. Die Arbeiten erfolgen im Technikumsmaßstab. Zur Realisierung der o. g. Aufgabenstellung soll eine zweistufige Membrantrennanlage für die Membranen geplant, gebaut und betrieben werden. Die Zweistufigkeit der Membrananlage wird notwendig sein, um die für die Sodaherstellung erforderlichen Reinheit zu erreichen.
Das Ziel des Vorhabens besteht darin, ein Verfahren sowie die zugehörige Anlagentechnik auf der Basis Kohlenstoff-Membranen mit keramischem Trägermaterial zu entwickeln, welche es erlaubt, Kohlendioxid mit einer durch die nachfolgende Verwendung definierten Reinheit aus Gasgemischen abzutrennen. Exemplarisch soll in diesem Vorhaben als Gasgemisch, welches als Kohlendioxidquelle dient, Biogas zum Einsatz kommen. Durch eine möglichst vollständige Abtrennung des Kohlendioxids wird steht dieses als Ausgangsstoff für die CO2-neutrale Sodaherstellung zur Verfügung. Daneben eröffnen sich auch für die weitere stoffliche oder energetische Verwertung des Biogases neue Perspektiven. Zur Realisierung der o. g. Aufgabenstellung soll eine Membrantrennanlage für die Membranen konzipiert, gebaut und betrieben werden. In den für die Projektlaufzeit geplanten Versuchen soll zum einen die grundsätzliche Machbarkeit einer CO2-Abtrennung aus Biogas in eines für die Sodaherstellung erforderlichen Reinheit nachgewiesen, zum anderen soll ermittelt werden, welcher spezifische Gasdurchsatz mit dem Verfahren erzielt werden kann und wie groß der spezifische Energieaufwand ist.
Die Gesamtzielstellung des Teilprojektes besteht darin, entscheidende Prozessschritte für eine alternative auf Membrantrennprozessen basierende Produktionsroute für Soda und Natron zu entwickeln und zu erproben. Zentral sind dabei die Abtrennung und Reinigung von CO2 aus Biogas bzw. aus (biogenen) Verbrennungsgasen, die Entwicklung von elektrochemischen Membranverfahren und von Adsorptionseinheiten für die Überführung von Salzsole (NaCl) in Soda-/Natronlösung mittels Salzspaltung/Metathese und die Untersuchung des Einsatzes geothermischer Energie für die weiterhin notwendigen thermische Prozessschritte zur perspektivischen Substitution von Erdgas im Zuge der Produktreinigung und -konfektionierung. Die Prozesse sollen bis TRL 5 entwickelt und erprobt werden. Auf diese Weise ließen sich mehr als eine Mio. t/a CO2 vermeiden. Mit den gewonnenen Daten und Informationen werden eine LCA und die Planung der nächsten Umsetzungsstufe vorgenommen.
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.
<p>Ammoniak-Emissionen</p><p>Die Ammoniak-Emissionen stammen im Wesentlichen aus der Tierhaltung und weiteren Quellen in der Landwirtschaft. Von 1990 bis 2023 sanken die Ammoniak-Emissionen aus der Landwirtschaft um etwa 32 Prozent.</p><p>Entwicklung seit 1990</p><p>Von 1990 bis 2023 sanken die Ammoniak-Emissionen (NH3) im Gesamtinventar um 265 Tausend Tonnen (Tsd. t) oder knapp 32 %. Die Emissionen stammen hauptsächlich aus der Landwirtschaft (um die 93 % Anteil an den Gesamtemissionen). Die Emissionsreduktionen in den ersten Jahren unmittelbar nach der Wiedervereinigung lassen sich auf den strukturellen Umbau in den neuen Bundesländern zurückführen. Seit der Berichterstattung 2016 werden auch Ammoniak-Emissionen aus Lagerung und Ausbringung von Gärresten nachwachsender Rohstoffe (NAWARO) der Biogasproduktion berücksichtigt, deren Zunahme auf den Ausbau der Anlagen zurückzuführen ist. Zusätzlich werden Emissionen aus der Klärschlammausbringung betrachtet.</p><p>Die Ammoniak-Emissionen aus der Landwirtschaft dominieren seit Mitte der 1990er Jahre auch die in Säure-Äquivalenten berechneten, summierten Emissionen der Säurebildner Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffoxide (NOx) und Ammoniak (NH3). Berechnet man das Versauerungspotenzial dieser drei Schadstoffe, so ergibt sich wegen der erheblich stärkeren Emissionsminderung bei SO2und NOxein steigender Einfluss von NH3und somit der Landwirtschaft. Von 18 % im Jahre 1990 stieg der Emissionsanteil der Landwirtschaft bei den Säurebildnern bis 2023 auf 57 % (siehe Tab. „Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe nach Quellkategorien“).</p><p>Verursacher</p><p>Ammoniak (NH3) entsteht vornehmlich durch Tierhaltung und in geringerem Maße durch die Verwendung mineralischer Düngemittel, sowie die Lagerung und Ausbringung von Gärresten der Biogasproduktion in der Landwirtschaft.</p><p>Von geringerer Bedeutung sind industrielle Prozesse (Herstellung von Ammoniak und stickstoffhaltigen Düngemitteln sowie von kalziniertem Soda), Feuerungsprozesse, Anlagen zur Rauchgasentstickung sowie Katalysatoren in Kraftfahrzeugen.</p><p>Umweltwirkungen</p><p>Ammoniak und das nach Umwandlung entstehende Ammonium schädigen Land- und Wasserökosysteme erheblich durch <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=Versauerung#alphabar">Versauerung</a> und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Eutrophierung#alphabar">Eutrophierung</a> (Nährstoffanreicherung).</p><p>Mehr Informationen auf der Themenseite Luftschadstoffe im Überblick:<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/ammoniak">Ammoniak</a>.</p><p>Erfüllungsstand der Emissionsminderungsbeschlüsse</p><p>Im<a href="https://unece.org/environment-policy/air/protocol-abate-acidification-eutrophication-and-ground-level-ozone">Göteborg-Protokoll</a>zur <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UNECE#alphabar">UNECE</a>-Luftreinhaltekonvention und in der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NEC-Richtlinie#alphabar">NEC-Richtlinie</a> (<a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX%3A32016L2284">EU 2016/2284</a>) der EU wird festgelegt, dass die jährlichen NH3-Emissionen ab 2020 um 5 % niedriger sein müssen als 2005. Dieses Ziel wird für alle betreffenden Jahre eingehalten.</p><p>Auf EU-Ebene legt die NEC-Richtlinie (<a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX%3A32016L2284">EU 2016/2284</a>) auch fest, dass ab 2030 die jährlichen Emissionen 29 % niedriger gegenüber 2005 sein sollen. Dieses Ziel wurde bisher nicht erreicht.</p>
<p>Glas und Altglas</p><p>Altglas kann unendlich oft wieder eingeschmolzen und zur Herstellung neuer Glasprodukte genutzt werden. Solch eine erneute stoffliche Nutzung ist umweltverträglich und kann viel Energie (ca. 10 %) und viele Rohstoffe einsparen, wenn die verschiedenen Glasprodukte wie Flaschen und Fenstergläser an ihrem Lebensende dem richtigen Entsorgungsweg zugeführt werden.</p><p>Massenprodukt Glas</p><p>In Deutschland stellten Glashersteller 2023 rund 6,883 Millionen Tonnen (Mio. t) Glas her. Aus 3,928 Mio. t davon wurde Behälterglas gefertigt, aus 1,938 Mio. t Flachglas. Aus rund 332.300 Tonnen (t) entstanden spezielle Gläser für Haushalte, Forschung und Wirtschaft. Der folgende Text beschreibt die Sammlung und Verwertung dieser Gläser. Zusätzlich gibt es Produzenten von Mineralwollen, die rund 685.200 t Glas- und Steinwolle herstellen, die als Dämmmaterial eingesetzt wurden (siehe Abb. „Glasproduktion im Jahr 2023 und die Anteile der einzelnen Glasbranchen“).</p><p>Glas: gut recycelbar!</p><p>Glas lässt sich unendlich oft wieder verwenden. Es kann beliebig oft in den Schmelzprozess zurückgeführt und zu neuen Produkten verarbeitet werden. Da recyceltes Glas bei niedrigeren Temperaturen als die zur Glasherstellung erforderlichen Rohstoffe schmilzt, sinkt der Energiebedarf, wenn Glasscherben zugesetzt werden. Über den Daumen lässt sich sagen, dass der Energiebedarf um etwa 0,2 bis 0,3 % sinkt, wird ein Prozent Altglas dem Schmelzofen hinzugefügt. Einschmelzen von Altglas schützt so das <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klima#alphabar">Klima</a> und spart Rohstoffe wie Quarzsand, Soda und Kalk ein. Das trägt ebenfalls zur Verringerung der dem Herstellungsprozess anrechenbaren Umweltbelastungen bei. Weiterhin braucht eingeschmolzenes Altglas nicht deponiert zu werden.</p><p>Glashersteller setzen Scherben, die als Ausschuss bei der Produktion anfallen, wieder ein. Der Einsatz von Altglas hängt aber von den herstellungsspezifischen Anforderungen an den Reinheitsgrad der Scherben ab. So kann gefärbtes Glas nicht zur Herstellung von Weißglas genutzt werden und Keramikscherben oder Steine stören den Produktionsprozess.</p><p>Im Jahr 2015 haben Behälterglashersteller in Glaswannen durchschnittlich 60 % Scherben eingesetzt, bei Grünglas sogar bis zu 90 %.</p><p>Altglassammlung mit Tradition</p><p>Für Behälterglas wurde bereits im Jahr 1974 ein flächendeckendes Sammelsystem eingerichtet. Meist werden Bringcontainersysteme zur getrennten Erfassung von Weiß-, Braun- und Grünglas eingesetzt. Über 250.000 solcher Altglascontainer sind bundesweit im Einsatz.</p><p>Die Aufbereitung des gesammelten Behälterglases erfolgt zwar weitestgehend vollautomatisch. Die Farbsortierung erfordert jedoch aus technischen und ökonomischen Gründen eine nach Farben getrennte Sammlung der Glasbehälter. So ist die Sortenreinheit der gesammelten Glasmengen eine Voraussetzung für die Rückführung von Behälterglasscherben in den Schmelzprozess zur Herstellung neuer Flaschen und Gläser.</p><p>Im Jahr 2006 erreichte die Behälterglasverwertung eine Quote von 83,6 %. Bis zu diesem Jahr hat die Gesellschaft für Glasrecycling und Abfallvermeidung mbH (GGA) die entsprechenden Daten zur Verfügung gestellt. Nach dem kartellrechtlichen Verbot dieser Organisation fehlen verlässliche Daten über das Aufkommen von Behälterglasscherben. Zahlen müssen nunmehr aus den entsprechenden Abfallstatistiken sowie den jährlichen Erhebungen zum Aufkommen und zur Verwertung von Verpackungsabfällen in Deutschland (siehe auch<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/ressourcen-abfall/verwertung-entsorgung-ausgewaehlter-abfallarten/verpackungsabfaelle">„Verpackungsabfälle“</a>) entnommen werden. Diese Veröffentlichung weist für das Jahr 2021 eine Verwertungsquote von 80,3 % für auf den Markt gebrachte Behältergläser aus (siehe Abb. „Verwertung von Glas aus gebrauchten Verpackungen“). Dieser Wert liegt gut 4% unter dem Vorjahreswert, was aber nicht auf einer schlechteren Verwertung beruht, sondern auf einer Änderung der gesetzlich vorgeschriebenen Berechnungsmethode.</p><p>Generell ist eine Vorsortierung beim Verbraucher unbedingt erforderlich. Fensterglas, Autoglas, Kristallglas und feuerfeste Gläser wie Laborglas, Ceran®, Pyrex® lassen sich bei der Altglasaufbereitung nur schwer aussortieren und können zu hohen Produktionsausfällen oder zur Anreicherung von Schwermetallen im Behälterglaskreislauf führen, zum Beispiel durch Bleikristallglasscherben. Deshalb dürfen diese Gläser nicht in Altglasbehältern entsorgt werden.</p><p>Stoffliche Verwertung von Behälterglas</p><p>In der Behälterglasindustrie stellt Altglas mittlerweile die wichtigste Rohstoffkomponente dar. Eine Tonne Altglas darf jedoch nicht mehr als 25 g an Keramik, Steinen und Porzellan (KSP-Fraktion) enthalten und maximal 5 g an Nichteisenmetallen wie Aluminium. Zudem sind Grenzwerte für Eisenmetalle und für organische Bestandteile wie Kunststoffe und Papier zu unterschreiten.</p><p>Besonders wichtig ist die Farbreinheit der Altglasscherben. Um weißes Behälterglas herzustellen, ist bei einer Altglasscherbenzugabe von 50 % eine Farbreinheit von 99,7 % erforderlich. Der Fehlfarbenanteil im Braunglas darf die 8 %-Marke nicht überschreiten. Lediglich grünes Glas lässt einen Fehlfarbenanteil von bis zu 15 % zu.</p><p>Stoffliche Verwertung von Flachglas</p><p>Für Flachglasprodukte wie Fensterglas und andere Baugläser gelten besondere Qualitätsanforderungen wie Farbreinheit und Blasenfreiheit. Die Flachglasindustrie setzt daher überwiegend sortenreine Glasscherben aus weiterverarbeitenden Betrieben und Eigenscherben ein. In den letzten Jahren wurden die Sammelsysteme zur Erfassung möglichst sortenreiner und fremdstoffarmer Flachglasprodukte im weiterverarbeitenden Gewerbe ausgebaut. Altglas, das nicht den vorgegebenen Anforderungen an den Reinheitsgrad entspricht, muss aufbereitet werden. Hierfür stehen in Deutschland derzeit zehn Aufbereitungsanlagen zur Verfügung.</p><p>Altglasfraktionen, die sich aus Qualitätsgründen nicht für die Herstellung neuer Flachgläser eignen, können in geringem Umfang bei der Herstellung von Behälterglas eingesetzt werden, aber auch bei der Herstellung von Dämmwolle, Schmirgelpapier, Schaumglas und Glasbausteinen.</p><p>Autoscheiben werden geschreddert</p><p>Demontagebetriebe für Altfahrzeuge müssen Front-, Heck- und Seitenscheiben sowie Glasdächer von Altfahrzeugen ausbauen und dem Recycling zuführen. Das schreibt die Altfahrzeugverordnung vor (siehe<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/ressourcen-abfall/verwertung-entsorgung-ausgewaehlter-abfallarten/altfahrzeugverwertung-fahrzeugverbleib">"Altfahrzeugverwertung und Fahrzeugverbleib"</a>).Im Jahr 2022 nahmen die deutschen Altfahrzeug-Demontagebetriebe 296.422 Altfahrzeuge zur Behandlung an. Sie enthielten im Schnitt etwa 35 kg Fahrzeugglas je Altfahrzeug, insgesamt rund 10.400 t. Aufgrund behördlicher Ausnahmen von der Demontagepflicht haben die Altfahrzeugverwerter nach Angaben des<a href="https://www-genesis.destatis.de/genesis/online?operation=table&code=32111-0004&bypass=true&levelindex=1&levelid=1698847590512#abreadcrumb">Statistischen Bundesamtes</a>(öffentlich verfügbare Werte auf 100 t gerundet) davon nur etwa 7 % – also 779 t – demontiert. Der überwiegende Anteil der Fahrzeugscheiben und Glasdächer gelangt mit den Altfahrzeugen in Schredderanlagen. Die dabei anfallenden nichtmetallischen mineralischen Rückstände wurden im Jahr 2022 überwiegend verwertet, etwa als Bergversatz oder im Deponiebau, und teilweise beseitigt.</p><p>Über die Ersatzverglasung, also den Anfall von Fahrzeugglas durch Scheibenwechsel, liegt eine grobe Schätzung für das Jahr 2020 vor: In Markenwerkstätten wurden in Deutschland schätzungsweise rund 1,7 Millionen Verbundglasscheiben ersetzt. Geht man von einem durchschnittlichen Gewicht einer Windschutzscheibe von knapp 10 kg aus, so bedeutet dies einen Anfall von etwa 16.000 t an Verbundsicherheitsglas (VSG). Hinzu kommt noch eine unbekannte Menge aus der Ersatzverglasung aus weiteren Werkstätten. Etwa 90 % der Altgläser aus der Ersatzverglasung werden einer Verwertung zugeführt.</p>
Die Gesamtzielstellung des Teilprojektes besteht darin, entscheidende Prozessschritte für eine alternative auf Membrantrennprozessen basierende Produktionsroute für Soda und Natron zu entwickeln und zu erproben. Zentral sind dabei die Abtrennung und Reinigung von CO2 aus Biogas bzw. aus (biogenen) Verbrennungsgasen, die Entwicklung von elektrochemischen Membranverfahren und von Adsorptionseinheiten für die Überführung von Salzsole (NaCl) in Soda-/Natronlösung mittels Salzspaltung/Metathese und die Untersuchung des Einsatzes geothermischer Energie für die weiterhin notwendigen thermische Prozessschritte zur perspektivischen Substitution von Erdgas im Zuge der Produktreinigung und -konfektionierung. Die Prozesse sollen bis TRL 5 entwickelt und erprobt werden. Auf diese Weise ließen sich mehr als eine Mio. t/a CO2 vermeiden. Mit den gewonnenen Daten und Informationen werden eine LCA und die Planung der nächsten Umsetzungsstufe vorgenommen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 145 |
| Land | 143 |
| Type | Count |
|---|---|
| Chemische Verbindung | 11 |
| Daten und Messstellen | 133 |
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 92 |
| Text | 45 |
| Umweltprüfung | 2 |
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| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 26 |
| offen | 99 |
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| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 285 |
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| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 31 |
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| Boden | 229 |
| Lebewesen und Lebensräume | 226 |
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| Mensch und Umwelt | 287 |
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| Weitere | 273 |