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Chem-Anorg\NaOH(Amalgam)-DE-2010

Natronlaugeherstellung (Amalgamverfahren); Natronlauge (NaOH) wird heute elektrochemisch dargestellt. In dieser Prozeßeinheit wird die Herstellung der Natronlauge durch Elektrolyse von Natriumchlorid (Chlor/Alkali-Elektrolyse) nach dem Amalgamverfahren bilanziert. Der Prozeß liefert neben Natronlauge stets Chlor (Cl2) und Wasserstoff (H2). Ausgangsstoff des Verfahrens ist Natriumchlorid (NaCl) in Wasser gelöst. Der Elektrolyt wird im Kreis geführt. Das Kernstück des Verfahrens ist die Quecksilberzelle, in der an einer Graphit- oder Titan-Elektrode aus der Kochsalzlösung reines gasförmiges Chlor abgezogen werden kann. An der flüssigen Quecksilberkathode bildet sich eine Natrium-Quecksilberverbindung (Amalgam), aus der im Amalgamzersetzer eine sehr reine 50 %ige Natronlauge gewonnen wird. Die Hauptnachteile des Verfahrens liegen in den Quecksilberemissionen und dem hohen Stromverbrauch. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist die hochreine Natronlauge. Prozeßsituierung Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren zur Herstellung von Natronlauge aus NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. Die weltweite Verteilung der Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren kann für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1993). In der BRD entfielen 1985 ca. 63 % der gesamten Chlorproduktion auf das Amalgamverfahren, ca. 31 % auf das Diaphragmaverfahren und ca. 6 % auf sonstige Verfahren (HCl, Schmelzfluß) (#1). 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 (UBA 1991). Die Produktion an NaOH betrug 1990 in Europa ca. 8,67 Mio. Tonnen. Die Weltproduktion belief sich 1990 auf 38,43 Mio. Tonnen pro Jahr (#2). Die Kennziffern dieser Prozeßeinheit beziehen sich auf die Natronlaugeherstellung 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 Massen um, so enstehen pro Tonne NaOH (100 %ig) 0,887 Tonnen Cl2. Die Kennziffern werden für 100 %iges Natriumhydroxid berechnet. Das verkaufsfertige Produkt des Prozesses stellt 50 %ige Natronlauge (wässrige Lösung) dar. Um diesem Unterschied zwischen der Bilanzierung und dem tatsächlichen Produkt Rechnung zu tragen, wird der hier bilanzierten Prozeßeinheit der Natronlaugeherstellung eine fiktive Verdünnung der 100 %igen NaOH zu wässriger 50 %iger Natronlauge nachgeschaltet (Prozeßeinheit: Chem-Anorg\NaOH 50 %). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 24,8 kg Wasserstoff (H2)/t NaOH. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift berechnet (siehe „H2-Kessel-D“), die zu jeweils 50 % der Chlor- und der Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne NaOH (und gleichzeitig 0,887 t Cl2) werden als Rohstoff 1516 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektrolyten vor der Elektrolyse zu entfernen werden 48 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3, BaCO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (134 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 24,8 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS). [Aus #1 , umgerechnet auf 1 t NaOH]. Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel der Natronlauge 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung von Chlor. Energiebedarf Der Energiebedarf für den Gesamtprozeß der Herstellung einer Tonne Natriumhydroxid und 0,887 Tonnen Chlor für die verschiedenen Verfahren kann nach (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Amalgamverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % des Mittelwerts der Werte aus Tabelle 2 - 1500 kWh/t NaOH - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t NaOH und 0,887 t Cl2 Energie [kWh] Amalgam Diaphragma Membran elektr. Energie 2800-3200 2500-2600 2300-2500 Dampf(äquivalent) 0 700-900 90-180 Summe 2800-3200 3200-3500 2390-2680 Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf in #1 mit 3280 kWh/t NaOH + 0,887 t Cl2 elektrischer Energie - nach Allokation: 1640 kWh/t NaOH - angegeben (Werte wurden von der Chlorherstellung auf die Herstellung von NaOH umgerechnet). Da die Werte aus #2 besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Emissionen: Die Quecksilber(Hg)-Emissionswerte (Luft, Wasser und Deponie) wurden auf der Grundlage von Daten aus dem Jahr 1985 berechnet [#1, siehe Tabelle 3]. In der letzten Zeile der Tabelle sind die anteiligen Emissionswerte (50 % der Gesamtemissionen) pro Tonne für die Natronlaugenherstellung 1985 (2,2 Mio. t Amalgamchlor bzw. 2,48 Mio. t NaOH) aufgelistet. Tabelle 3 Hg-Gesamtemissionen bei der Chlorherstellung in Tonnen für das Jahr 1985. Wasser Luft Produkte Deponie Summe [t] 0,20 4,20 1,10 36,30 [g Hg/t NaOH] 0,04 0,85 0,22 7,32 Die Quecksilberemissionen auf den Deponien setzen sich aus dem Filterschlamm, verbrauchten Katalysatoren, Rückständen aus der Produktreinigung und abgewrackten Anlagenteilen zusammen (#1). Aufgrund von gesetztlichen Auflagen und technischen Neuerungen kann derzeit vermutlich von geringeren Emissionen ausgegangen werden. Dies wird durch die neueren Daten in #3, die auch für GEMIS verwendet werden, bestätigt. Dort werden für die Herstellung von 1 t NaOH (Anteil für NaOH an den Gesamtemissionen) Hg-Emissionen von 0,417 g (Luft) und 0,0248 g (Wasser) aufgeführt. Die Cl2-Emissionen werden in #3 mit 0,222 g/t NaOH beziffert. Weiterhin wird in #3 für das Abwasser eine Fracht von 0,510 g an gelösten anorganischen Stoffen pro Tonne NaOH angegeben. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (450 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (24 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (222 kg), dem Prozeßwasser (1463 kg) und dem Kühlwasser (88652 kg) zusammen [aus #1, umgerechnet auf 1 t NaOH und 0,887 t Cl2]. Die Abwassermenge wird in #1 mit 0,3 bis 1,0 m3 pro Tonne produzierten Chlor angegeben. Der Wasserbedarf wurde anteilig unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugenherstellung aufgeteilt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2010 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 132% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

Spree droht nach Kohleausstieg in der Lausitz verstärkter Wassermangel

UBA-Studie: Sachsen, Brandenburg und Berlin stehen gemeinsam vor Mammutaufgabe Eine neue Studie für das Umweltbundesamt (UBA) sieht gewaltige Aufgaben für die Wasserversorgung entlang der Spree, wenn mit Ende der Braukohleförderung in der Lausitz deutlich weniger Grundwasser in den Fluss gepumpt werden wird. Laut Studie kann dies in trockenen Sommermonaten dazu führen, dass die Spree örtlich bis zu 75 Prozent weniger Wasser führt – mit entsprechenden Konsequenzen für den Spreewald, seine Seen und Kanäle sowie die Trinkwasserversorgung in der Region Berlin. UBA-Präsident Dirk Messner: „In Berlin und Brandenburg könnte im schlimmsten Szenario das Wasser empfindlich knapp werden, wenn nicht entschlossen gegengesteuert wird. Die Länder Brandenburg, Berlin und Sachsen stehen vor entsprechenden Herausforderungen. Sie sollten diese schnell gemeinsam mit der Wasserwirtschaft angehen.“ Die Studie schlägt unter anderem vor, Talsperren und Wasserspeicher zu ertüchtigen und bestehende Seen als Wasserspeicher auszubauen. Auch sollten die Länder gemeinsam ausloten, wie sich Wasser aus anderen Regionen durch neue Rohrsysteme möglichst naturverträglich in die Spree pumpen lässt. Haushalte, Industrie und Landwirtschaft sollten zudem mehr Wasser sparen. Eine Option wäre notfalls auch, das Grundwasser vorerst weiter zu pumpen und gereinigt in die Spree zu leiten. Durch den Bergbau in der Lausitz wurde der Wasserabfluss in der Spree über mehr als ein Jahrhundert durch den Menschen künstlich verstärkt. Denn für die Braunkohleförderung wurde Grundwasser abgepumpt und in die Spree geleitet. Die gegenwärtige Trinkwasserversorgung in Berlin baut zum Teil auf diesem Wasser auf. Mit dem klimapolitisch notwendigen Ausstieg aus der Braunkohleförderung bis spätestens 2038 ändert sich der Wasserhaushalt der gesamten Region aber grundlegend. Die drohende Wasserknappheit ist übrigens kein Grund, auf den Kohleausstieg zu verzichten, so Dirk Messner: „Der ⁠ Klimawandel ⁠ ist das größte Problem, mit dem wir es zu tun haben. Er schafft schon heute Dürren und Wetterextreme. Der Kohleabbau war über Jahrzehnte schädlich für die Umwelt. Ich bin absolut dafür, dass wir den Ausstieg für die Lausitz weiter für 2030 anvisieren, sonst werden wir unsere Klimaziele kaum erreichen können.“ Seit dem Beginn des Braunkohleabbaus im 19. Jahrhundert wurden rund 58 Milliarden Kubikmeter Grundwasser – mehr als das Volumen des Bodensees – durch den Bergbau gefördert und in die Spree geleitet. Gut die Hälfte des Wassers, das die Spree heute bei Cottbus führt, stammt aus abgepumptem Grundwasser. In heißen Sommermonaten steigt dieser Anteil auf bis zu 75 Prozent, so die Ergebnisse der vorgelegten Studie. Für den sächsischen Teil der Spree geht die ⁠ Prognose ⁠ von einem jährlichen Wasserdefizit von rund 95 Millionen Kubikmeter aus. Im Unterlauf der Spree in Brandenburg werden künftig pro Jahr voraussichtlich rund 126 Millionen Kubikmeter fehlen – mehr als dreimal so viel Wasser, wie der Große Müggelsee fasst. Bei gleichbleibendem oder gar steigendem Wasserbedarf drohen insbesondere in trockenen Jahren immer häufigere und länger andauernde Wasserengpässe in der Region. Der zunehmende Wassermangel betrifft unter anderem die Rohwasserbereitstellung für Berlins größtes Trinkwasserwerk in Friedrichshagen. Auch die Verdünnung des gereinigten Berliner Abwassers mit Spreewasser – etwa 220 Millionen Kubikmeter pro Jahr – wird zunehmend problematisch. Gleichzeitig werden in den kommenden Jahrzehnten allein sechs Milliarden Kubikmeter Wasser zusätzlich benötigt, um die Tagebaurestlöcher aufzufüllen, damit diese nicht instabil werden. Verstärkt wird das Wasserdefizit durch die Folgen des Klimawandels. Die Studie hat die wasserwirtschaftlichen Folgen des Braunkohleausstiegs in der Lausitz über mehrere Jahre Detail untersucht. Verbände, zuständige Fachbehörde von Bund und Ländern, Kommunalpolitik und Zivilgesellschaft wurden breit beteiligt. Im Ergebnis ergaben sich mehrere Lösungsoptionen, wie sich dem Wassermangel begegnen ließe – sie sind eine Einladung an die Politik der betroffenen Bundesländer vor Ort konkret Lösungen für die Region anzugehen. Im Einzelnen: Wasser sparen : Alle Nutzergruppen in der Region werden künftig deutlich mehr Wasser sparen müssen. Gleichzeitig wird sich das prognostizierte Wasserdefizit nicht über Einsparungen allein ausgleichen lassen. Wasser überleiten : Um das prognostizierte Wasserdefizit auszugleichen ist es unerlässlich, zusätzliches Wasser für die Flussgebiete der Lausitz bereitzustellen. Die Studie rät zu Wasserüberleitungen aus benachbarten Flüssen, wie Elbe, Lausitzer Neiße und Oder. Hierfür müsste eine notwendige naturverträgliche Infrastruktur errichtet werden, was einige Zeit in Anspruch nehmen wird. Speicher ausbauen : Bislang verfügt die Region über ein Speichervolumen von rund 99 Millionen Kubikmeter Wasser. Mit einer Erweiterung der Speicherkapazitäten um 27 Millionen Kubikmeter ließen sich Defizite in den wasserarmen Monaten teilweise auffangen, sofern die gespeicherte Wassermenge ohne Einschränkungen zur Verfügung steht; die vorhandenen Speichervolumina sind derzeit nur zu rund 50 Prozent eingeschränkt nutzbar. Zunächst müssen daher bestehende Speicher saniert und ertüchtigt werden, um ihre volle Kapazität nutzen zu können. Auch Bergbaufolgeseen könnten als Wasserspeicher dienen. Aus Sicht der Studie bietet sich hierfür der Cottbuser Ostsee an. Dazu müssten jedoch umgehend die erforderlichen genehmigungsrechtlichen Voraussetzungen für eine Speichernutzung geschaffen werden. Grundwasser ableiten : Eine nur vorübergehende (Not-)Lösung könnte sein, die Pumpen aus dem Bergbau weiter zu betreiben. Dies hätte zum einen negative ökologische Folgen, da so die Sulfatbelastung der Spree weiter ansteigen wird. Zum anderen ist die Aufbereitung des abgepumpten Grundwassers im Vergleich zu anderen Maßnahmen die vermeintlich teuerste Lösung zum Ausgleich des Wassermangels. Unter diesen sich verschärfenden Bedingungen für seine Trinkwasserressourcen, wird vor allem Berlin gezwungen sein, seine Wasserversorgung neu aufzustellen. Die Berliner Wasserbetriebe und der Senat arbeiten bereits an entsprechenden Konzepten. Angesichts der großen Herausforderungen empfiehlt das ⁠ UBA ⁠, einen länderübergreifenden Masterplan für die Wasserwirtschaft der Region zu entwickeln. Die betroffenen Bundesländer Sachsen, Brandenburg und Berlin müssen gemeinsam und umgehend zukunftsfähige Konzepte für die Wassernutzung für die Zeit nach dem Kohleausstieg entwickeln. Dabei sind die verschiedenen Nutzergruppen wie Industrie, Landwirtschaft, Tourismus und Wasserversorgung einzubeziehen.

Meeresschutz ist Klimaschutz

Broschüre des Umweltbundesamtes verdeutlicht Folgen des Klimawandels für die marinen Ökosysteme Der Klimawandel verändert unsere Meere. Eisbären, die zwischen einsamen Schollen schwimmend keine Beute mehr machen, sind nur eine traurige Perspektive für die Folgen, die die Erderwärmung in den komplexen Wirkungszusammenhängen der marinen Ökosysteme auslösen können. Die Meere heizen auf. An der Messstation Helgoland Reede ist die Wassertemperatur seit Beginn der Aufzeichnungen 1962 um 1,5 °C gestiegen. Der mittlere weltweite Meeresspiegel steigt weiter - im Zeitraum von 1993 bis 2003 bereits um 3,1 Millimeter jährlich. Die Ozeane versauern. Die zunehmende Kohlendioxid-konzentration und der absinkende pH-Wert des Meerwassers erschweren die lebens-notwendige Kalkbildung etwa bei Algen und Korallen. „In der Folge des weltweiten Temperaturanstiegs werden die Nahrungsketten im Meer empfindlich gestört oder sogar geschädigt. Nur intakte Meeresökosysteme besitzen die nötige Widerstandskraft, um den Folgen des Klimawandels zu begegnen. Der Schutz unserer Meere ist deshalb besonders wichtig”, sagt Dr. Thomas Holzmann, Vizepräsident des Umweltbundesamtes (UBA), anlässlich des am 8. Juni 2009 als World Oceans Day (Welttag der Meere) begangenen Thementages der Vereinten Nationen. Eine neue Broschüre des ⁠ UBA ⁠ beschreibt die kritische Situation der marinen Ökosysteme und geht auf die Folgen des Klimawandels für den Meereszustand, die Meeresbewohner und die Nutzung der Meere ein. Die Weltmeere absorbieren mit mehr als 80 Prozent den größten Teil der dem ⁠ Klimasystem ⁠ zugeführten Wärme. Das führte mittlerweile dazu, dass die durchschnittliche Temperatur der Ozeane bis in Tiefen von 3.000 Meter messbar gestiegen ist. Die daraus resultierende thermische Ausdehnung und die Verdünnung des Meerwassers mit Süßwasser durch verstärkte Niederschläge und Schmelzwässer führen zum Anstieg des Meeresspiegels und beeinflussen die Meeresströmungen. Was passiert, wenn sich die globale Zirkulation in den Weltmeeren verändert, gehört zu den vielen offenen Fragen und Unsicherheiten. Doch schon die bereits erwiesenen Fakten zwingen zum sofortigen Handeln. Dazu gehört die Tatsache, dass die Weltmeere versauern. Die Ozeane nehmen jährlich etwa 30 Prozent des vom Menschen verursachten Kohlendioxids auf. Sie speichern rund das 50fache der in der ⁠ Atmosphäre ⁠ vorliegenden Menge und sind auch langfristig die wichtigste Senke für Kohlendioxid. Bereits seit einigen Jahrzehnten ist eine Zunahme der Kohlendioxid-Konzentrationen in den oberen Meeresschichten nachweisbar. Diese führten bereits zu einer ⁠ Versauerung ⁠ der Meere um 0,11 pH-Einheiten. Hierdurch wird beispielsweise Kalk bildenden Arten die Ausbildung von Kalkschalen oder Kalkskeletten erschwert. Korallen sind mit symbiontischen Algen vergesellschaftet, die sie unter Wärmestress verlieren, so dass die Korallen ausbleichen. Steigt der Meeresspiegel schneller als die Korallen mit maximal 10 Millimetern pro Jahr vertikal wachsen können, gelangt zudem nicht mehr genügend Licht an die Algen. Mit ihnen sterben auch die Korallen. Zwei konkrete Beispiele für die Folgen des Klimawandels: In der Arktis stieg die durchschnittliche Temperatur in den letzten Jahren fast doppelt so schnell wie im globalen Mittel. Seit 1978 schrumpft das arktische Meereis um durchschnittlich 2,7 Prozent pro Jahrzehnt. Im September 2007 war die Ausdehnung des Eises mit 4,28 Millionen km² geringer als jemals zuvor. So war auch die Nordwestpassage vom Atlantik zum Pazifik - bislang für gewöhnliche Schiffe weitgehend unpassierbar - erstmals völlig eisfrei. Die Randregionen des arktischen Meereises sind der wichtigste Lebensraum für die arktische Pflanzen- und Tierwelt. Die Ostseeringelrobbe ist an ein Leben im Eismeer angepasst. Die Jungtiere werden in Schneehöhlen geboren und gesäugt. Der Winter 2008/09 war der eisärmste seit Beginn der Aufzeichnungen. Der größte Teil der Jungtiere überlebte ihn nicht. Mit derzeit nur noch etwa 7.000 bis 10.000 Tieren, steht die Ostseeringelrobbe bereits auf der Roten Liste der Internationalen Naturschutzunion (IUCN). Vom Menschen verursachte Belastungen wie Überfischung, Einträge von Schadstoffen und zuviel Nährstoffen, die Zerstörung von Lebensräumen der Küsten und des Meeres sowie die Verbreitung nicht einheimischer Arten brachten die Weltmeere an die Grenzen ihrer Belastbarkeit. Der ⁠ Klimawandel ⁠ kommt als weiterer „Stressfaktor” hinzu. Die verursachten Veränderungen der Meeresumwelt können auch erhebliche Folgen für den Menschen haben. So dürften zum Beispiel durch Überfischung drastisch reduzierte Bestände für Klimaänderungen anfälliger sein als nachhaltig genutzte. Genetisch vielfältige Populationen und artenreiche Ökosysteme haben ein größeres Potenzial, sich dem Klimawandel anzupassen. Durch die Überfischung ihrer wichtigen Fraßfeinde wie dem Thunfisch kommt es in vielen Teilen der Meere zu einem Massenauftreten von Quallen. Die Quallen als Nahrungskonkurrenten und Fraßfeinde von Fischen wiederum können ganze Populationen von Fischen des Nahrungsnetzes dezimieren und sogar die biologische Vielfalt beeinträchtigen. Zum Teil giftige Quallenplagen und Algenblüten entwickeln sich mehr und mehr zu einer Gefahr für die menschliche Gesundheit und haben weiterhin einen negativen Einfluss auf den Tourismus. „Wir alle sind gefordert, den Klimawandel aufzuhalten und geeignete Maßnahmen zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen zu ergreifen”, sagt Dr. Thomas Holzmann. „Die Nutzung erneuerbarer Energien, die Wärmedämmung von Wohnhäusern und der Umstieg auf Kraftfahrzeuge mit niedrigem Schadstoff- und CO 2 -Ausstoß tragen dazu bei, dass Ressourcen und unser ⁠ Klima ⁠ geschützt werden. Diese und andere Klimaschutzmaßnahmen schützen damit auch unsere Meere.” Die Veröffentlichung „Klimawandel und marine Ökosysteme - Meeresschutz ist Klimaschutz” steht im Internet zur Verfügung.

Parabens in 24 h urine samples of the German Environmental Specimen Bank from 1995 to 2012

Moos, Rebecca K.; Koch, Holger M.; Angerer, Jürgen; Apel, Petra; Schröter-Kermani, Christa; Brüning, Thomas; Kolossa-Gehring, Marike International Journal of Hygiene and Environmental Health 218 (2015), 7, 666-674 Parabens are widely used as antimicrobial preservatives in personal care and consumer products, food and pharmaceuticals. Due to their ubiquity, humans are constantly exposed to these chemicals. We assessed exposure to nine parabens (methyl-, ethyl-, n- and iso-propyl-, n- and iso-butyl-, benzyl-, pentyl- and heptyl paraben) in the German population from 1995 to 2012 based on 660 24 h urine samples from the German Environmental Specimen Bank (ESB) using on-line HPLC coupled to isotope dilution tandem mass spectrometry. The limit of quantification (LOQ) was 0.5 μg/L for all parabens. We detected methyl-, ethyl- and n-propyl paraben in 79–99% of samples, followed by n-butyl paraben in 40% of samples. We infrequently detected iso-butyl-, iso-propyl- and benzyl paraben in 24%, 4% and 1.4% of samples, respectively. Urinary concentrations were highest for methyl paraben (median 39.8 μg/L; 95th percentile 319 μg/L) followed by n-propyl paraben (4.8 μg/L; 95th percentile 74.0 μg/L) and ethyl paraben (2.1 μg/L; 95th percentile 39.1 μg/L). Women had significantly higher urinary levels for all parabens than men, except for benzyl paraben. Samples from the ESB revealed that over the investigation period of nearly 20 years urinary paraben levels remained surprisingly constant; only methyl paraben had a significant increase, for both men and women. We found strong correlations between methyl- and n-propyl paraben and between n- and iso-butyl paraben. These results indicate that parabens are used in combination and arise from common sources of exposure. Urinary excretion factors are needed to extrapolate from individual urinary concentrations to actual doses. doi:10.1016/j.ijheh.2015.07.005 Verwandte Publikation: Daily intake and hazard index of parabens based upon 24 h urine samples of the German Environmental Specimen Bank from 1995 to 2012

Bisphenol A in 24 h urine and plasma samples of the German Environmental Specimen Bank from 1995 to 2009: A retrospective exposure evaluation

Koch, Holger M.; Kolossa-Gehring, Marike; Schröter-Kermani, Christa; Angerer, Jürgen; Büring, Thomas Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology 22 (2012), November/December, 610-616 Human exposure to Bisphenol A (BPA) is omnipresent. Both the extent of the exposure and its toxicological relevance are controversially discussed. We aim to reliably determine and evaluate the extent of BPA body burden in the German population from 1995 to 2009 based on 600 24 h urine samples and corresponding plasma samples from the Environmental Specimen Bank. We determined total and unconjugated BPA in urine and plasma using on-line solid-phase extraction high-performance liquid chromatography coupled to isotope dilution tandem mass spectrometry with a limit of quantification (LOQ) of 0.1 μg/l. In the stored urines, total BPA was quantifiable in >96% (median: 1.49 μg/l; 95th percentile: 7.37 μg/l), whereas unconjugated BPA was quantifiable only in <15% of the samples. Total BPA concentrations decreased over time, but 24 h urine volumes increased. Therefore, daily intakes calculated from the 24 h urines remained rather constant at a median of 0.037 and a 95th percentile of 0.171 μg BPA/kg body weight/day. In 60 corresponding plasma samples, total BPA levels were generally below the LOQ of 0.1 μg/l and, if quantifiable, most BPA was unconjugated, thus hinting to external contamination. We see total BPA in urine as the most appropriate and robust marker for BPA exposure assessment (if controlled for BPA contamination). Unconjugated BPA in urine and unconjugated or total BPA in plasma where contamination or breakdown of the glucuronide cannot be ruled out are of no value for human exposure assessment. doi:10.1038/jes.2012.39

Chem-Anorg\NaOH(Amalgam)-DE-2015

Natronlaugeherstellung (Amalgamverfahren); Natronlauge (NaOH) wird heute elektrochemisch dargestellt. In dieser Prozeßeinheit wird die Herstellung der Natronlauge durch Elektrolyse von Natriumchlorid (Chlor/Alkali-Elektrolyse) nach dem Amalgamverfahren bilanziert. Der Prozeß liefert neben Natronlauge stets Chlor (Cl2) und Wasserstoff (H2). Ausgangsstoff des Verfahrens ist Natriumchlorid (NaCl) in Wasser gelöst. Der Elektrolyt wird im Kreis geführt. Das Kernstück des Verfahrens ist die Quecksilberzelle, in der an einer Graphit- oder Titan-Elektrode aus der Kochsalzlösung reines gasförmiges Chlor abgezogen werden kann. An der flüssigen Quecksilberkathode bildet sich eine Natrium-Quecksilberverbindung (Amalgam), aus der im Amalgamzersetzer eine sehr reine 50 %ige Natronlauge gewonnen wird. Die Hauptnachteile des Verfahrens liegen in den Quecksilberemissionen und dem hohen Stromverbrauch. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist die hochreine Natronlauge. Prozeßsituierung Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren zur Herstellung von Natronlauge aus NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. Die weltweite Verteilung der Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren kann für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1993). In der BRD entfielen 1985 ca. 63 % der gesamten Chlorproduktion auf das Amalgamverfahren, ca. 31 % auf das Diaphragmaverfahren und ca. 6 % auf sonstige Verfahren (HCl, Schmelzfluß) (#1). 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 (UBA 1991). Die Produktion an NaOH betrug 1990 in Europa ca. 8,67 Mio. Tonnen. Die Weltproduktion belief sich 1990 auf 38,43 Mio. Tonnen pro Jahr (#2). Die Kennziffern dieser Prozeßeinheit beziehen sich auf die Natronlaugeherstellung 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 Massen um, so enstehen pro Tonne NaOH (100 %ig) 0,887 Tonnen Cl2. Die Kennziffern werden für 100 %iges Natriumhydroxid berechnet. Das verkaufsfertige Produkt des Prozesses stellt 50 %ige Natronlauge (wässrige Lösung) dar. Um diesem Unterschied zwischen der Bilanzierung und dem tatsächlichen Produkt Rechnung zu tragen, wird der hier bilanzierten Prozeßeinheit der Natronlaugeherstellung eine fiktive Verdünnung der 100 %igen NaOH zu wässriger 50 %iger Natronlauge nachgeschaltet (Prozeßeinheit: Chem-Anorg\NaOH 50 %). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 24,8 kg Wasserstoff (H2)/t NaOH. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift berechnet (siehe „H2-Kessel-D“), die zu jeweils 50 % der Chlor- und der Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne NaOH (und gleichzeitig 0,887 t Cl2) werden als Rohstoff 1516 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektrolyten vor der Elektrolyse zu entfernen werden 48 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3, BaCO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (134 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 24,8 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS). [Aus #1 , umgerechnet auf 1 t NaOH]. Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel der Natronlauge 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung von Chlor. Energiebedarf Der Energiebedarf für den Gesamtprozeß der Herstellung einer Tonne Natriumhydroxid und 0,887 Tonnen Chlor für die verschiedenen Verfahren kann nach (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Amalgamverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % des Mittelwerts der Werte aus Tabelle 2 - 1500 kWh/t NaOH - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t NaOH und 0,887 t Cl2 Energie [kWh] Amalgam Diaphragma Membran elektr. Energie 2800-3200 2500-2600 2300-2500 Dampf(äquivalent) 0 700-900 90-180 Summe 2800-3200 3200-3500 2390-2680 Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf in #1 mit 3280 kWh/t NaOH + 0,887 t Cl2 elektrischer Energie - nach Allokation: 1640 kWh/t NaOH - angegeben (Werte wurden von der Chlorherstellung auf die Herstellung von NaOH umgerechnet). Da die Werte aus #2 besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Emissionen: Die Quecksilber(Hg)-Emissionswerte (Luft, Wasser und Deponie) wurden auf der Grundlage von Daten aus dem Jahr 1985 berechnet [#1, siehe Tabelle 3]. In der letzten Zeile der Tabelle sind die anteiligen Emissionswerte (50 % der Gesamtemissionen) pro Tonne für die Natronlaugenherstellung 1985 (2,2 Mio. t Amalgamchlor bzw. 2,48 Mio. t NaOH) aufgelistet. Tabelle 3 Hg-Gesamtemissionen bei der Chlorherstellung in Tonnen für das Jahr 1985. Wasser Luft Produkte Deponie Summe [t] 0,20 4,20 1,10 36,30 [g Hg/t NaOH] 0,04 0,85 0,22 7,32 Die Quecksilberemissionen auf den Deponien setzen sich aus dem Filterschlamm, verbrauchten Katalysatoren, Rückständen aus der Produktreinigung und abgewrackten Anlagenteilen zusammen (#1). Aufgrund von gesetztlichen Auflagen und technischen Neuerungen kann derzeit vermutlich von geringeren Emissionen ausgegangen werden. Dies wird durch die neueren Daten in #3, die auch für GEMIS verwendet werden, bestätigt. Dort werden für die Herstellung von 1 t NaOH (Anteil für NaOH an den Gesamtemissionen) Hg-Emissionen von 0,417 g (Luft) und 0,0248 g (Wasser) aufgeführt. Die Cl2-Emissionen werden in #3 mit 0,222 g/t NaOH beziffert. Weiterhin wird in #3 für das Abwasser eine Fracht von 0,510 g an gelösten anorganischen Stoffen pro Tonne NaOH angegeben. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (450 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (24 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (222 kg), dem Prozeßwasser (1463 kg) und dem Kühlwasser (88652 kg) zusammen [aus #1, umgerechnet auf 1 t NaOH und 0,887 t Cl2]. Die Abwassermenge wird in #1 mit 0,3 bis 1,0 m3 pro Tonne produzierten Chlor angegeben. Der Wasserbedarf wurde anteilig unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugenherstellung aufgeteilt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2015 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 132% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

Chem-Anorg\NaOH(Amalgam)-DE-2000

Natronlaugeherstellung (Amalgamverfahren); Natronlauge (NaOH) wird heute elektrochemisch dargestellt. In dieser Prozeßeinheit wird die Herstellung der Natronlauge durch Elektrolyse von Natriumchlorid (Chlor/Alkali-Elektrolyse) nach dem Amalgamverfahren bilanziert. Der Prozeß liefert neben Natronlauge stets Chlor (Cl2) und Wasserstoff (H2). Ausgangsstoff des Verfahrens ist Natriumchlorid (NaCl) in Wasser gelöst. Der Elektrolyt wird im Kreis geführt. Das Kernstück des Verfahrens ist die Quecksilberzelle, in der an einer Graphit- oder Titan-Elektrode aus der Kochsalzlösung reines gasförmiges Chlor abgezogen werden kann. An der flüssigen Quecksilberkathode bildet sich eine Natrium-Quecksilberverbindung (Amalgam), aus der im Amalgamzersetzer eine sehr reine 50 %ige Natronlauge gewonnen wird. Die Hauptnachteile des Verfahrens liegen in den Quecksilberemissionen und dem hohen Stromverbrauch. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist die hochreine Natronlauge. Prozeßsituierung Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren zur Herstellung von Natronlauge aus NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. Die weltweite Verteilung der Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren kann für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1993). In der BRD entfielen 1985 ca. 63 % der gesamten Chlorproduktion auf das Amalgamverfahren, ca. 31 % auf das Diaphragmaverfahren und ca. 6 % auf sonstige Verfahren (HCl, Schmelzfluß) (#1). 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 (UBA 1991). Die Produktion an NaOH betrug 1990 in Europa ca. 8,67 Mio. Tonnen. Die Weltproduktion belief sich 1990 auf 38,43 Mio. Tonnen pro Jahr (#2). Die Kennziffern dieser Prozeßeinheit beziehen sich auf die Natronlaugeherstellung 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 Massen um, so enstehen pro Tonne NaOH (100 %ig) 0,887 Tonnen Cl2. Die Kennziffern werden für 100 %iges Natriumhydroxid berechnet. Das verkaufsfertige Produkt des Prozesses stellt 50 %ige Natronlauge (wässrige Lösung) dar. Um diesem Unterschied zwischen der Bilanzierung und dem tatsächlichen Produkt Rechnung zu tragen, wird der hier bilanzierten Prozeßeinheit der Natronlaugeherstellung eine fiktive Verdünnung der 100 %igen NaOH zu wässriger 50 %iger Natronlauge nachgeschaltet (Prozeßeinheit: Chem-Anorg\NaOH 50 %). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 24,8 kg Wasserstoff (H2)/t NaOH. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift berechnet (siehe „H2-Kessel-D“), die zu jeweils 50 % der Chlor- und der Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne NaOH (und gleichzeitig 0,887 t Cl2) werden als Rohstoff 1516 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektrolyten vor der Elektrolyse zu entfernen werden 48 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3, BaCO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (134 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 24,8 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS). [Aus #1 , umgerechnet auf 1 t NaOH]. Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel der Natronlauge 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung von Chlor. Energiebedarf Der Energiebedarf für den Gesamtprozeß der Herstellung einer Tonne Natriumhydroxid und 0,887 Tonnen Chlor für die verschiedenen Verfahren kann nach (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Amalgamverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % des Mittelwerts der Werte aus Tabelle 2 - 1500 kWh/t NaOH - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t NaOH und 0,887 t Cl2 Energie [kWh] Amalgam Diaphragma Membran elektr. Energie 2800-3200 2500-2600 2300-2500 Dampf(äquivalent) 0 700-900 90-180 Summe 2800-3200 3200-3500 2390-2680 Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf in #1 mit 3280 kWh/t NaOH + 0,887 t Cl2 elektrischer Energie - nach Allokation: 1640 kWh/t NaOH - angegeben (Werte wurden von der Chlorherstellung auf die Herstellung von NaOH umgerechnet). Da die Werte aus #2 besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Emissionen: Die Quecksilber(Hg)-Emissionswerte (Luft, Wasser und Deponie) wurden auf der Grundlage von Daten aus dem Jahr 1985 berechnet [#1, siehe Tabelle 3]. In der letzten Zeile der Tabelle sind die anteiligen Emissionswerte (50 % der Gesamtemissionen) pro Tonne für die Natronlaugenherstellung 1985 (2,2 Mio. t Amalgamchlor bzw. 2,48 Mio. t NaOH) aufgelistet. Tabelle 3 Hg-Gesamtemissionen bei der Chlorherstellung in Tonnen für das Jahr 1985. Wasser Luft Produkte Deponie Summe [t] 0,20 4,20 1,10 36,30 [g Hg/t NaOH] 0,04 0,85 0,22 7,32 Die Quecksilberemissionen auf den Deponien setzen sich aus dem Filterschlamm, verbrauchten Katalysatoren, Rückständen aus der Produktreinigung und abgewrackten Anlagenteilen zusammen (#1). Aufgrund von gesetztlichen Auflagen und technischen Neuerungen kann derzeit vermutlich von geringeren Emissionen ausgegangen werden. Dies wird durch die neueren Daten in #3, die auch für GEMIS verwendet werden, bestätigt. Dort werden für die Herstellung von 1 t NaOH (Anteil für NaOH an den Gesamtemissionen) Hg-Emissionen von 0,417 g (Luft) und 0,0248 g (Wasser) aufgeführt. Die Cl2-Emissionen werden in #3 mit 0,222 g/t NaOH beziffert. Weiterhin wird in #3 für das Abwasser eine Fracht von 0,510 g an gelösten anorganischen Stoffen pro Tonne NaOH angegeben. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (450 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (24 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (222 kg), dem Prozeßwasser (1463 kg) und dem Kühlwasser (88652 kg) zusammen [aus #1, umgerechnet auf 1 t NaOH und 0,887 t Cl2]. Die Abwassermenge wird in #1 mit 0,3 bis 1,0 m3 pro Tonne produzierten Chlor angegeben. Der Wasserbedarf wurde anteilig unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugenherstellung aufgeteilt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 132% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

Chem-Anorg\NaOH(Membran)-DE-2030

Natronlauge-Herstellung (Membranverfahren). Natronlauge wird heute elektrochemisch dargestellt. In dieser Prozeßeinheit wird die Herstellung der Natronlauge durch Elektrolyse von Natriumchlorid (Chlor/Alkali-Elektrolyse) nach dem Membranverfahren bilanziert. Der Prozeß liefert neben Natronlauge stets Chlor und Wasserstoff. Ausgangsstoff des Verfahrens ist Steinsalz (NaCl). Der Elektrolyt (NaCl in Wasser gelöst) wird im Kreis geführt. 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. Heute wird Natronlauge industriell ausschließlich über die Chlor/Alkali-Elektrolyse hergestellt. Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren für NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. Die Verteilung der Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren können für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden (#3). 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) (Tötsch 1990). 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 (UBA 1991). Die Produktion an NaOH betrug 1990 in Europa ca. 8,67 Mio. Tonnen. Die Weltproduktion belief sich 1990 auf 38,43 Mio. Tonnen pro Jahr (#3). Die Kennziffern dieser Prozeßeinheit beziehen sich auf die Natronlaugeherstellung in Deutschland Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 Produktionskapazitäten 1990 in Prozent (nach #3) 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 Massen um, so enstehen pro Tonne NaOH (100 %ig) 0,887 Tonnen Cl2. Die Kennziffern werden für 100 %iges Natriumhydroxid berechnet. Das verkaufsfertige Produkt des Prozesses stellt 50 %ige Natronlauge (wässrige Lösung) dar. Um diesem Unterschied zwischen der Bilanzierung und dem tatsächlichen Produkt Rechnung zu tragen, wird der hier bilanzierten Prozeßeinheit der Natronlaugeherstellung eine fiktive Verdünnung der 100 %igen NaOH zu wässriger 50 %iger Natronlauge nachgeschaltet (Prozeßeinheit: Chem-Anorg\NaOH 50 %). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 24,8 kg Wasserstoff (H2)/t NaOH. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift berechnet (siehe „H2-Kessel-D“), die zu jeweils 50 % der Chlor- und der Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne NaOH (und gleichzeitig 0,887 t Cl2) werden als Rohstoff 1516 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektrolyten vor der Elektrolyse zu entfernen werden 39 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3, BaCO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (134 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 24,8 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS). [Aus #1, umgerechnet auf 1 t NaOH]. Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel der Natronlauge 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung von Chlor. Energiebedarf: Der Energiebedarf für den Gesamtprozeß der Herstellung einer Tonne Natriumhydroxid und 0,887 Tonnen Chlor für die verschiedenen Verfahren kann nach #3 der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Membranverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % des Mittelwerts der Werte aus Tabelle 2 - 1200 + 135 kWh/t NaOH - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t NaOH + 0,887 t Cl2 Energie [kWh]¤Amalgam¤Diaphragma¤Membran¤¤elektr. Energie¤2800-3200¤2500-2600¤2300-2500¤¤Dampf(äquivalent)¤0¤700-900¤90-180¤¤Summe¤2800-3200¤3200-3500¤2390-2680¤¤ Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf bei (Tötsch 1990) mit 2482 kWh/t NaOH + 0,887 t Cl2 elektrischer Energie - nach Allokation: 1241 kWh/t NaOH - angegeben (Werte wurden von der Chlorherstellung auf die Herstellung von NaOH umgerechnet). Da die Werte aus #3 besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Prozeßbedingte Emissionen: Für das Membranverfahren konnten keine prozeßbedingte Emissionsdaten gefunden werden. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (450 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (24 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (709 kg), dem Prozeßwasser (1330 kg) und dem Kühlwasser (88652 kg) zusammen [aus #1, umgerechnet auf 1 t NaOH + 0,887 t Cl2]. Die oben aufgeführten Gesamtwassermengen wurden für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Zu Abwasserwerten konnten für das Membranverfahren keine Angaben gefunden werden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2030 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 132% Produkt: Grundstoffe-Chemie

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

Natronlauge-Herstellung (Membranverfahren). Natronlauge wird heute elektrochemisch dargestellt. In dieser Prozeßeinheit wird die Herstellung der Natronlauge durch Elektrolyse von Natriumchlorid (Chlor/Alkali-Elektrolyse) nach dem Membranverfahren bilanziert. Der Prozeß liefert neben Natronlauge stets Chlor und Wasserstoff. Ausgangsstoff des Verfahrens ist Steinsalz (NaCl). Der Elektrolyt (NaCl in Wasser gelöst) wird im Kreis geführt. 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. Heute wird Natronlauge industriell ausschließlich über die Chlor/Alkali-Elektrolyse hergestellt. Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren für NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. Die Verteilung der Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren können für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden (#3). 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) (Tötsch 1990). 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 (UBA 1991). Die Produktion an NaOH betrug 1990 in Europa ca. 8,67 Mio. Tonnen. Die Weltproduktion belief sich 1990 auf 38,43 Mio. Tonnen pro Jahr (#3). Die Kennziffern dieser Prozeßeinheit beziehen sich auf die Natronlaugeherstellung in Deutschland Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 Produktionskapazitäten 1990 in Prozent (nach #3) 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 Massen um, so enstehen pro Tonne NaOH (100 %ig) 0,887 Tonnen Cl2. Die Kennziffern werden für 100 %iges Natriumhydroxid berechnet. Das verkaufsfertige Produkt des Prozesses stellt 50 %ige Natronlauge (wässrige Lösung) dar. Um diesem Unterschied zwischen der Bilanzierung und dem tatsächlichen Produkt Rechnung zu tragen, wird der hier bilanzierten Prozeßeinheit der Natronlaugeherstellung eine fiktive Verdünnung der 100 %igen NaOH zu wässriger 50 %iger Natronlauge nachgeschaltet (Prozeßeinheit: Chem-Anorg\NaOH 50 %). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 24,8 kg Wasserstoff (H2)/t NaOH. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift berechnet (siehe „H2-Kessel-D“), die zu jeweils 50 % der Chlor- und der Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne NaOH (und gleichzeitig 0,887 t Cl2) werden als Rohstoff 1516 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektrolyten vor der Elektrolyse zu entfernen werden 39 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3, BaCO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (134 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 24,8 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS). [Aus #1, umgerechnet auf 1 t NaOH]. Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel der Natronlauge 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung von Chlor. Energiebedarf: Der Energiebedarf für den Gesamtprozeß der Herstellung einer Tonne Natriumhydroxid und 0,887 Tonnen Chlor für die verschiedenen Verfahren kann nach #3 der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Membranverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % des Mittelwerts der Werte aus Tabelle 2 - 1200 + 135 kWh/t NaOH - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t NaOH + 0,887 t Cl2 Energie [kWh]¤Amalgam¤Diaphragma¤Membran¤¤elektr. Energie¤2800-3200¤2500-2600¤2300-2500¤¤Dampf(äquivalent)¤0¤700-900¤90-180¤¤Summe¤2800-3200¤3200-3500¤2390-2680¤¤ Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf bei (Tötsch 1990) mit 2482 kWh/t NaOH + 0,887 t Cl2 elektrischer Energie - nach Allokation: 1241 kWh/t NaOH - angegeben (Werte wurden von der Chlorherstellung auf die Herstellung von NaOH umgerechnet). Da die Werte aus #3 besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Prozeßbedingte Emissionen: Für das Membranverfahren konnten keine prozeßbedingte Emissionsdaten gefunden werden. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (450 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (24 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (709 kg), dem Prozeßwasser (1330 kg) und dem Kühlwasser (88652 kg) zusammen [aus #1, umgerechnet auf 1 t NaOH + 0,887 t Cl2]. Die oben aufgeführten Gesamtwassermengen wurden für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Zu Abwasserwerten 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: 132% Produkt: Grundstoffe-Chemie

Chem-Anorg\NaOH(Membran)-DE-2020

Natronlauge-Herstellung (Membranverfahren). Natronlauge wird heute elektrochemisch dargestellt. In dieser Prozeßeinheit wird die Herstellung der Natronlauge durch Elektrolyse von Natriumchlorid (Chlor/Alkali-Elektrolyse) nach dem Membranverfahren bilanziert. Der Prozeß liefert neben Natronlauge stets Chlor und Wasserstoff. Ausgangsstoff des Verfahrens ist Steinsalz (NaCl). Der Elektrolyt (NaCl in Wasser gelöst) wird im Kreis geführt. 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. Heute wird Natronlauge industriell ausschließlich über die Chlor/Alkali-Elektrolyse hergestellt. Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren für NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. Die Verteilung der Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren können für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden (#3). 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) (Tötsch 1990). 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 (UBA 1991). Die Produktion an NaOH betrug 1990 in Europa ca. 8,67 Mio. Tonnen. Die Weltproduktion belief sich 1990 auf 38,43 Mio. Tonnen pro Jahr (#3). Die Kennziffern dieser Prozeßeinheit beziehen sich auf die Natronlaugeherstellung in Deutschland Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 Produktionskapazitäten 1990 in Prozent (nach #3) 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 Massen um, so enstehen pro Tonne NaOH (100 %ig) 0,887 Tonnen Cl2. Die Kennziffern werden für 100 %iges Natriumhydroxid berechnet. Das verkaufsfertige Produkt des Prozesses stellt 50 %ige Natronlauge (wässrige Lösung) dar. Um diesem Unterschied zwischen der Bilanzierung und dem tatsächlichen Produkt Rechnung zu tragen, wird der hier bilanzierten Prozeßeinheit der Natronlaugeherstellung eine fiktive Verdünnung der 100 %igen NaOH zu wässriger 50 %iger Natronlauge nachgeschaltet (Prozeßeinheit: Chem-Anorg\NaOH 50 %). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 24,8 kg Wasserstoff (H2)/t NaOH. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift berechnet (siehe „H2-Kessel-D“), die zu jeweils 50 % der Chlor- und der Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne NaOH (und gleichzeitig 0,887 t Cl2) werden als Rohstoff 1516 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektrolyten vor der Elektrolyse zu entfernen werden 39 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3, BaCO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (134 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 24,8 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS). [Aus #1, umgerechnet auf 1 t NaOH]. Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel der Natronlauge 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung von Chlor. Energiebedarf: Der Energiebedarf für den Gesamtprozeß der Herstellung einer Tonne Natriumhydroxid und 0,887 Tonnen Chlor für die verschiedenen Verfahren kann nach #3 der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Membranverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % des Mittelwerts der Werte aus Tabelle 2 - 1200 + 135 kWh/t NaOH - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t NaOH + 0,887 t Cl2 Energie [kWh]¤Amalgam¤Diaphragma¤Membran¤¤elektr. Energie¤2800-3200¤2500-2600¤2300-2500¤¤Dampf(äquivalent)¤0¤700-900¤90-180¤¤Summe¤2800-3200¤3200-3500¤2390-2680¤¤ Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf bei (Tötsch 1990) mit 2482 kWh/t NaOH + 0,887 t Cl2 elektrischer Energie - nach Allokation: 1241 kWh/t NaOH - angegeben (Werte wurden von der Chlorherstellung auf die Herstellung von NaOH umgerechnet). Da die Werte aus #3 besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Prozeßbedingte Emissionen: Für das Membranverfahren konnten keine prozeßbedingte Emissionsdaten gefunden werden. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (450 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (24 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (709 kg), dem Prozeßwasser (1330 kg) und dem Kühlwasser (88652 kg) zusammen [aus #1, umgerechnet auf 1 t NaOH + 0,887 t Cl2]. Die oben aufgeführten Gesamtwassermengen wurden für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Zu Abwasserwerten konnten für das Membranverfahren keine Angaben gefunden werden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2020 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 132% Produkt: Grundstoffe-Chemie

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