Description: Klinkerbrennen: Nach der Aufbereitung der Rohstoffe wird das Rohmehl in Drehrohröfen zu Klinker gebrannt. In den Kalzinierungsreaktionen findet die Zersetzung des Kalksteines bei ca. 900°C statt (Hantsche 1993). In der Praxis werden die Rohmaterialien bei ca. 1450°C zu Klinker gebrannt (ETH 1995). Dabei erfordert die Zersetzung des Kalksteins ca. 70 % des gesamten Wärmeaufwandes der Prozeßeinheit. Nach dem Brennen des Klinkers wird dieser abgekühlt, bevor er - wenn erwünscht - weiterverarbeitet werden kann. Mit der Abwärme können die Rohmaterialien vorgetrocknet werden (vgl. „Aufbereitung der Rohstoffe“). Ortsbezug: Die hier verwendeten Daten aus (Hantsche 1993), (ETH 1995), (WIKUE 1995a), (VDZ 1996) beziehen sich alle auf die Zementproduktion in Deutschland zu Beginn der 90er Jahre. Die Daten verschiedener Quellen zum Energiebedarf des Prozesses zeigen eine gute Übereinstimmung, so daß die Datenqualität als hinreichend gut zu bezeichnen ist. Genese der Daten - Massenbilanz: Im Brennprozeß wird dem Rohmaterial neben der eigentlichen Klinkerbildung das restliche Wasser (<2 %) und vor allen Dingen CO2 ausgetrieben. Daher müssen bezogen auf eine Tonne Klinker zwischen 1550 und 1600 kg Rohmehl in den Drehrohrofen eingebracht werden (Hantsche 1993), (WIKUE 1995a). In dieser Studie wird das arithmetische Mittel von 1575 kg/t Klinker angesetzt. Energiebedarf: Der aus der Stöchiometrie resultierende theoretische Wärmeaufwand beträgt ca. 2000 MJ/t Klinker. Für den realen Energiebedarf werden in der Literatur Werte angegeben, die gut übereinstimmen. Tab.: Energiebedarf zum Klinkerbrennnen in MJ/t Klinker. Literatur Energiebedarf [MJ/t] (Hantsche 1993) 3200 (WIKUE 1995) 3250 (VDZ 1996) 3000 GEMIS 3.0 3000 In GEMIS werden die Daten des Vereins Deutscher Zementwerke e.V. übernommen, der diese Angaben für das Jahr 1994 nach einer statistischen Erhebung noch einmal bestätigte. Demnach ergibt sich für die gesamte Bundesrepublik ein spezifischer Brennstoffenergieverbrauch von 3000 MJ/t. In den alten Bundesländern werden 2950 MJ/t Klinker eingesetzt, während in den neuen Bundesländern im Schnitt noch 3180 MJ/t benötigt werden (VDZ 1996). Der Brennstoffenergieverbrauch konnte im Jahr 1994 im Vergleich zu den Vorjahren und den anderen Literaturangaben noch einmal gesenkt werden, da die Auslastung der Drehrohrofenanlagen in diesem Jahr besonders hoch war. Für die darauffolgenden Jahre wird von einer stagnierenden Auslastung ausgegangen (VDZ 1996). Trotzdem soll der spezifische Brennstoffenergieverbrauch bis zum Jahre 2005 sowohl in den neuen als auch in den alten Bundesländern auf 2800 MJ/t gesenkt werden (VDZ 1996). Der größte Teil des Brennstoffenergieverbrauchs (ca. 96%) wird über Steinkohle, Braunkohlen, Sekundärbrennstoffen und Heizöl S gedeckt. Weitere Brennstoffe werden in GEMIS nicht berücksichtigt. Dabei sind die Anteile der einzelnen Energieträger folgendermaßen verteilt: Tab.: Relative Anteile der einzelnen Energieträger am spezifischen Brennstoffenergieverbrauch beim Klinkerbrennen (VDZ 1996). Brennstoff Rel. Anteil in Prozent Steinkohle 50 Braunkohlen (Brikett, rheinisch) 33 Sekundärbrennstoffe 11 Heizöl S (1,8 % S) 6 Prozessbedingte Luftemissionen: Da zu den prozessbedingten Luftemissionen keine repräsentativen validierten Meßwerte zur Verfügung stehen, wird auf Emissionsfaktoren des UBA zurückgegriffen. Die Luftemissionen des Prozesses setzen sich zusammen aus den Emissionen, die aus dem Einsatzmaterial resultieren und den brennstoffbedingten Emissionen. Durch die Entsäuerung des Rohstoffs Kalkstein werden beim Brand des Klinkers ca. 545 kg CO2 pro Tonne Zementklinker emittiert. Dieser Wert stimmt gut mit den Daten des UBA überein. Das UBA gibt einen Emissionsfaktor von 565 kg/t Zementklinker an (UBA 1996) Dieser Wert wird in GEMIS übernommen. Für die brennstoffbedingten Emissionen sind die Verbrennungsbedingungen sehr wichtig. Daher kann keine Verbrennungsrechnung zur Bereitstellung der Prozesswärme durchgeführt werden. Vielmehr müssen spezifische Emissionsfaktoren getrennt nach einzelnen Brennstoffen für die spezifischen Prozessbedingungen angenommen werden. Das UBA hat auch für den Prozess des Klinkerbrennens für die brennstoffspezifischen Prozessemissionen zusammengestellt (UBA 1996). Zur Berechnung der in GEMIS relevanten Emissionen werden die Emissionsfaktoren in kg Schadstoff pro TJ eingesetzte Energie für die einzelnen Brennstoffe für den oben angegebenen Brennstoffmix berechnet . Diese werden mit dem Brennstoffenergieverbrauch multipliziert. Man erhält somit die Emissionsfaktoren in kg Schadstoff pro Tonne Produkt, die in der folgenden Tabelle aufgeführt sind: Tab.: Brennstoffbedingte Emissionsfaktoren beim Klinkerbrennen bezogen auf den Brennstoffmix des VDZ von 1994 (Verändert nach UBA 1996). Schadstoff Emissionsfaktor in kg/t Klinker SO2 0,11 NOx 1,73 Staub 0 CO2 277,69 CO 0,19 CH4 0,04 NMVOC 0,04 N2O 0,01 Das UBA weist keinen Emissionsfaktor für Staub aus, obwohl dessen Emission bei der Klinkerherstellung wichtig erscheint. Hierfür werden nach Hantsche 0,3 kg/t Klinker angesetzt (Hantsche 1993). Wasserinanspruchnahme: Für das Klinkerbrennen wird weder Prozess- noch Kühlwasser benötigt. Das Abkühlen des Klinkers erfolgt durch Luftkühlung. Die abgeführte Wärme wird zur Vortrocknung der Rohmaterialien genutzt. Abwasserinhaltsstoffe: In dem betrachteten Prozess fällt kein Abwasser an. Reststoffe: Es fallen keine Reststoffe an, die nicht wieder in dem Prozess eingesetzt werden können. Aufgrund der Bilanzgrenzen werden daher keine Reststoffe bilanziert. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Sonstige gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 63,5% Produkt: Baustoffe
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Comment: Kurzinfo: Datensatz aus GEMIS. Negative Werte durch Gutschriftenrechnung. GEMIS steht für “Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme“; es ist ein Softwaretool des Öko-Instituts. GEMIS wurde 1987 erstmals angewendet und wird seitdem weiterentwickelt. Die GEMIS-Datensätze beruhen - je nach Anwendung - auf unterschiedlichen Methoden; auch der zeitliche und der örtliche Bezug der Datensätze sind verschieden. Methode bei Prozessen mit mehreren Outputs: Zur Modellierung der Datensätze zu Multi-Output Prozessen wird in GEMIS die Methode der Systemerweiterung verwendet. Hierbei werden Datensätze, in denen jeweils alle Inputs, alle Outputs und alle Umweltaspekte eines Multi-Output Prozesses ausgewiesen sind, als “Brutto“ bezeichnet. Durch Subtraktion von ‚Bonus’-Prozessen, die jeweils einen der Outputs auf herkömmliche Weise bereitstellen, entsteht ein Nettoprozess, in denen das substituierte Nebenprodukt als Gutschrift erscheint. Die Gutschrift ist dabei kein realer Output des Prozesses, sondern ein rechnerischer ‚Merker’. Beispiel: Multi-Output Prozess Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/brutto: Output ist 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ Wärme, der “Netto“-Datensatz soll sich aber nur auf die Elektrizität beziehen. Durch Subtraktion des Bonusprozesses Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020 mit dem Output Wärme(0,6 TJ) entsteht der “Netto“-Datensatz Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/Gas, für den als Output 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ ‚Gutschrift Wärme-Bonus-für-KWK (Bio)-2020 bei Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020’ angegeben werden; die Gutschrift stellt keinen Stoff- oder Energiefluss des Prozesses dar, sie ist allein rechnerisch begründet. Transport: Angaben zu den angesetzten Transportdistanzen werden nicht gegeben. Abschneidekriterien: Wasser wird in der Regel nur auf der Inputseite angegeben (etwa als Kühlwasser), auch wenn es den Prozess wieder verlässt als Abwasser. Weitere Angaben zu angewendeten Abschneidekriterien werden nicht gegeben. Besondere Nomenklatur: Zahlreiche Abkürzungen für Brennstoffe aus Biomasse und entsprechende Technologien. Besonderheiten auf Datensatzebene: Die Datensätze sind mit Vorketten-Datensätzen verknüpft, in denen die jeweils benötigten Vorprodukte, Energien und Transportleistungen erzeugt werden. Die Daten zu den Umweltaspekten werden erstens “direkt“ (d.h., nur aus dem jeweiligen Prozess, falls dieser direkt zu Umweltaspekten beiträgt) als auch “mit Vorkette“ (d.h., einschließlich aller vorausgehenden Prozesse) ausgewiesen. Negative Werte für Stoffflüsse kommen in GEMIS regelmäßig vor; sie entstehen durch die Anwendung von Systemerweiterung um Multi-Output Prozesse in Single Output Prozesse umzurechnen. Teilweise werden Aufwendungen für Produktionsmittel (Anlagen, Fahrzeuge etc.) aufgeführt (als Stoffflüsse im Input); diese sind jedoch nicht auf die funktionelle Einheit bezogen, sondern werden als absolute Werte angegeben; sie werden nur als Input und nicht als Output (Entsorgung der Betriebsmittel) angegeben. Die durch die Herstellung dieser Produktionsmittel verursachten Umweltaspekte sind dagegen über Leistung, jährliche Auslastung und Lebensdauer auf die funktionelle Einheit bezogen Weiterführende Hinweise und Literatur: #1: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.2, Handbuch, Darmstadt, August 2004. #2: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.1, Handbuch, Darmstadt, Darmstadt, Januar 2003. #3: Fritsche, U., et al.: Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse, Verbundprojekt gefördert vom BMU im Rahmen des ZIP, Projektträger: FZ Jülich, Mai 2004, Anhangband zum Endbericht. #4: Fritsche, U., et al.: Umweltanalyse von Energie-, Transport- und Stoffsystemen: Gesamt-Emissions-Modell integrierter Systeme (GEMIS) Version 2.1 - erweiterter und aktualisierter Endbericht, U. Fritsche u.a., i.A. des Hessischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Bundesangelegenheiten (HMUEB), veröffentlicht durch HMUEB, Wiesbaden 1995
Origin: /Bund/UBA/ProBas
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