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Quecksilber in Umwelt und Produkten

Das Quecksilber in Lampen macht in der EU gerade einmal 3 Prozent aller Anwendungen aus. Die größten Mengen an Quecksilber kommen in der Chlor-Alkali-Industrie und als Zahnamalgam zum Einsatz. Die Lampen stellen auch keine bedeutende Quelle für Emissionen in die Umwelt dar. In die Umwelt gelangt das Metall vielmehr durch Bergbau und bei der Energiegewinnung aus Kohle und Öl. Veröffentlicht in Hintergrundpapier.

Energiesparlampen: Bei Bruch ist Lüften das A&O

UBA empfiehlt Sicherheitsinfo auf der Verpackung Neue Messungen des Umweltbundesamtes (UBA) zeigen: Wer nach dem Zerbrechen einer Energiesparlampe sofort und gründlich lüftet, muss keine Gesundheitsrisiken durch Quecksilber befürchten. Diesen Sicherheitshinweis sollten die Hersteller allen Verpackungen beifügen, empfiehlt das UBA, dessen Präsident Jochen Flasbarth auch Nachholbedarf bei der Bruchsicherheit von Energiesparlampen sieht: „Splittergeschützte Modelle mit Plastik- oder Silikonmantel bieten schon heute Vorteile, da sie das sichere Aufräumen zerbrochener Lampen vereinfachen. Benötigt werden aber noch Lampen, aus denen das Quecksilber im Falle eines Bruches gar nicht erst austritt.“. Durch die neuen Messungen fand das UBA auch Hinweise, dass aus Energiesparlampen mit Amalgamtechnik deutlich weniger Quecksilber austritt, als aus solchen mit flüssigem Quecksilber. Den von der Europäischen Union (EU) beschlossenen Ausstieg aus der Glühbirnentechnik hält das UBA weiter für richtig, so Flasbarth: „Die bisherigen Glühlampen sind zu große Energiever­schwender.“ Ab dem 1. September 2011 dürfen unter anderem Standardglühbirnen über 40 Watt, also auch die weit verbreitete 60-Watt-Birne, nicht mehr in den Handel gebracht werden. Das ⁠ UBA ⁠ hat bei vier neuwertigen Lampentypen die gesundheitlichen Risiken des Quecksilberdampfes nach Zerbrechen der Energiesparlampe untersucht. Versuche in einem Büroraum bestätigten eindeutig, dass schnelles und gründliches Lüften von 15 Minuten im Falle eines Bruches ausreichenden Schutz bietet. Danach können die Bruchreste bei weiter geöffnetem Fenster sachgerecht entsorgt werden. Ohne Lüften jedoch können gesundheitlich relevante Konzentrationen im Innenraum über mehrere Stunden auftreten und im ungünstigsten Falle bis zu zwei Tage andauern. Die untersuchten Produkte enthielten Quecksilber mit jeweils unterschiedlichen Anteilen von 1,5 bis 2 Milligramm (mg), dosiert als Flüssigquecksilber, Quecksilber-Eisen-Pille oder als Amalgam gebunden. Neuwertige Energiesparlampen mit Amalgam dampften bei den Versuchen des UBA deutlich weniger Quecksilber aus als Lampentypen mit anderer Quecksilbertechnik. Eine Studie des Bayerischen Landesamtes für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit bestätigt das. Das UBA untersuchte die Energiesparlampen auch auf ihre Bruchsicherheit. Das Ergebnis: Bisher ist keine Lampe vollständig bruchsicher; die handelsüblichen Schutzhüllen verhindern nicht, dass Quecksilber austreten kann. Energiesparlampen mit Splitterschutz, die etwa einen Silikonüberzug besitzen, brechen allerdings nicht so schnell. Außerdem sind sie besser gegen Zerbersten geschützt, so dass sich der Scherbenbruch bei diesen Lampen einfacher beseitigen lässt. Allerdings ist das Angebot splittergeschützter Lampen noch sehr begrenzt. Flasbarth appelliert deshalb an die Industrie, das Angebot an bruchsicheren Lampen weiter zu erhöhen: „Zerbrechen die Lampen, darf grundsätzlich kein Quecksilber austreten. Mit bruchsicheren Hüllen und Splitterschutz lässt sich das zum Beispiel erreichen.“ Auf längere Sicht empfiehlt das UBA, Lampen zu entwickeln, die ganz ohne Quecksilber auskommen; etwa die bereits im Handel erhältliche LED-Technik. Energiesparlampen sind ein Ersatz für Glühlampen. Diese können die neuen EU-Effizienzvorschriften (EG 244/2009) vielfach nicht erfüllen und werden deshalb nach und nach vom Markt genommen. Ab dem 1. September 2011 dürfen Standardglühlampen mit mehr als 40 Watt nicht mehr auf den Markt gelangen. Ab dem Herbst 2012 gilt dies auch für Lampen mit mehr als 10 Watt; Lampen mit weniger Watt, wie bei Weihnachtsbeleuchtung, sind weiter erlaubt. Die Verordnung soll helfen, den erheblichen Stromverbrauch durch Haushaltslampen von rund 112 Milliarden Kilowattstunden in der EU im Jahre 2007 zu senken. Im günstigsten Falle kann der Stromverbrauch bis zum Jahr 2020 um 39 Milliarden Kilowattstunden gesenkt werden - das entspricht der Jahresleistung von rund 10 Großkraftwerken (mit je 800 Megawatt Leistung).

Entwicklung von Kriterien zur Beurteilung der Wirksamkeit der Minamata-Konvention zu Quecksilber

Nach der Verabschiedung der Quecksilberverordnung (EU) 2017/852 im Frühjahr 2017 durch Rat und Parlament fanden nunmehr die zweite (2018) und dritte (2019) Vertragsstaatenkonferenz der Minamata Konvention statt. Hier waren einige wichtige Festlegungen zu treffen, um das Übereinkommen mit Leben zu füllen und das Sekretariat arbeitsfähig zu machen. Besonderes Augenmerk galt dabei den Verabredungen hinsichtlich Wirksamkeitsüberprüfung und ⁠ Monitoring ⁠, der Ausfuhr bestimmter mit Quecksilber versetzter Produkte, der Leitfadenerstellung in Bezug auf die Freisetzung von Quecksilber, Entsorgung und Vermeidung bzw. Behandlung quecksilberhaltiger Abfälle, Leitfadenerstellung zum Management von Altlasten und die Überarbeitung der Anhänge A und B (Produkte und Prozesse). Für diese Themen wurden vor und während der Verhandlungen Optionen für ihre Ausgestaltung geprüft und Textvorschläge für die Gestaltung von Beschlussvorlagen entwickelt. Darüber hinaus wurde im Rahmen des Projekt auf nationaler Ebene ein Entwurf für einen Nationalen Aktionsplan der BReg zur schrittweisen Verringerung von Dentalamalgam vorgelegt, der von der BReg als Grundlage genutzt und im Juli 2019 durch den Bundestag angenommen wurde. Veröffentlicht in Texte | 110/2021.

Chem-Anorg\Chlor(Amalgam)-DE-2020

Chlorherstellung (Amalgamverfahren): Chlor in elementarer Form (Cl2) wird heute elektrochemisch dargestellt. In diesem Prozess wird die Herstellung von Cl2 durch Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl) nach dem Amalgamverfahren bilanziert. Der Prozess liefert neben Chlor stets Natronlauge und Wasserstoff. Ausgangsstoff des Verfahrens ist Natriumchlorid 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 Verbrauch an elektrischer Energie. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist die hochreine Natronlauge. Als Rohstoffe für die Elektrolyse dienen neben Natriumchlorid in geringem Umfang auch Salzsäure und Kaliumchlorid. 1987 wurden etwa 93 % des Chlors 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) (Tötsch 1990). Die Verteilung der weltweiten Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren nach (Ullmann 1993) 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 (UBA 1991). 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 (Ullmann 1993). 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 Elektrolyten für die Elektrolyse zu entfernen werden 54 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). (Tötsch 1990). 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 (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Amalgamverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % der Mittelwert der Werte aus Tabelle 2 - 1692 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 bei (Tötsch 1990) mit 3700 kWh/t Cl2 + 1,128 t NaOH elektrischer Energie - nach Allokation: 1850 kWh/t Cl2 - angegeben. Da die Werte aus (Ullmann 1993) 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 [(Tötsch 1990), siehe Tabelle 3]. In der letzten Zeile der Tabelle sind die anteiligen Emissionswerte (50 % der Gesamtemissionen) für die Chlorherstellung 1985 (2,2 Mio. t Amalgamchlor) 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 Cl2] 0,05 0,96 0,25 8,25 Die Quecksilberemissionen auf den Deponien setzen sich aus dem Filterschlamm, verbrauchten Katalysatoren, Rückständen aus der Produktreinigung und abgewrackten Anlagenteilen zusammen (Tötsch 1990). Aufgrund von gesetztlichen Auflagen und technischen Neuerungen kann derzeit vermutlich von geringeren Emissionen ausgegangen werden. Dies wird durch die neueren Daten von (BUWAL 1991), die auch für GEMIS verwendet werden, bestätigt. Dort werden für die Herstellung von 1 t Chlor (Anteil für Cl2 an den Gesamtemissionen) Hg-Emissionen von 0,47 g (Luft) und 0,028 g (Wasser) aufgeführt. Die Cl2-Emissionen werden bei BUWAL mit 0,25 g/t Cl2 beziffert. Weiterhin wird bei BUWAL für das Abwasser eine Fracht von 0,575 g an gelösten anorganischen Stoffen pro Tonne Chlor angegeben. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser (Gesamtwerte für 1 t Cl2 und gleichzeitig 1,128 t NaOH) 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 (250 kg), dem Prozeßwasser (1650 kg) und dem Kühlwasser (100000 kg) zusammen (Tötsch 1990). Die Abwassermenge wird bei (Tötsch 1990) mit 0,3 bis 1,0 m3 pro Tonne produziertem Chlor (und 1,128 t NaOH) angegeben. Der obige Wasserbedarf wurde für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozessen zur Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2020 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 117% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

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

Chlorherstellung (Amalgamverfahren): Chlor in elementarer Form (Cl2) wird heute elektrochemisch dargestellt. In diesem Prozess wird die Herstellung von Cl2 durch Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl) nach dem Amalgamverfahren bilanziert. Der Prozess liefert neben Chlor stets Natronlauge und Wasserstoff. Ausgangsstoff des Verfahrens ist Natriumchlorid 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 Verbrauch an elektrischer Energie. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist die hochreine Natronlauge. Als Rohstoffe für die Elektrolyse dienen neben Natriumchlorid in geringem Umfang auch Salzsäure und Kaliumchlorid. 1987 wurden etwa 93 % des Chlors 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) (Tötsch 1990). Die Verteilung der weltweiten Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren nach (Ullmann 1993) 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 (UBA 1991). 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 (Ullmann 1993). 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 Elektrolyten für die Elektrolyse zu entfernen werden 54 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). (Tötsch 1990). 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 (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Amalgamverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % der Mittelwert der Werte aus Tabelle 2 - 1692 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 bei (Tötsch 1990) mit 3700 kWh/t Cl2 + 1,128 t NaOH elektrischer Energie - nach Allokation: 1850 kWh/t Cl2 - angegeben. Da die Werte aus (Ullmann 1993) 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 [(Tötsch 1990), siehe Tabelle 3]. In der letzten Zeile der Tabelle sind die anteiligen Emissionswerte (50 % der Gesamtemissionen) für die Chlorherstellung 1985 (2,2 Mio. t Amalgamchlor) 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 Cl2] 0,05 0,96 0,25 8,25 Die Quecksilberemissionen auf den Deponien setzen sich aus dem Filterschlamm, verbrauchten Katalysatoren, Rückständen aus der Produktreinigung und abgewrackten Anlagenteilen zusammen (Tötsch 1990). Aufgrund von gesetztlichen Auflagen und technischen Neuerungen kann derzeit vermutlich von geringeren Emissionen ausgegangen werden. Dies wird durch die neueren Daten von (BUWAL 1991), die auch für GEMIS verwendet werden, bestätigt. Dort werden für die Herstellung von 1 t Chlor (Anteil für Cl2 an den Gesamtemissionen) Hg-Emissionen von 0,47 g (Luft) und 0,028 g (Wasser) aufgeführt. Die Cl2-Emissionen werden bei BUWAL mit 0,25 g/t Cl2 beziffert. Weiterhin wird bei BUWAL für das Abwasser eine Fracht von 0,575 g an gelösten anorganischen Stoffen pro Tonne Chlor angegeben. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser (Gesamtwerte für 1 t Cl2 und gleichzeitig 1,128 t NaOH) 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 (250 kg), dem Prozeßwasser (1650 kg) und dem Kühlwasser (100000 kg) zusammen (Tötsch 1990). Die Abwassermenge wird bei (Tötsch 1990) mit 0,3 bis 1,0 m3 pro Tonne produziertem Chlor (und 1,128 t NaOH) angegeben. Der obige Wasserbedarf wurde für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozessen zur Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 117% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

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

Chlorherstellung (Amalgamverfahren): Chlor in elementarer Form (Cl2) wird heute elektrochemisch dargestellt. In diesem Prozess wird die Herstellung von Cl2 durch Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl) nach dem Amalgamverfahren bilanziert. Der Prozess liefert neben Chlor stets Natronlauge und Wasserstoff. Ausgangsstoff des Verfahrens ist Natriumchlorid 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 Verbrauch an elektrischer Energie. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist die hochreine Natronlauge. Als Rohstoffe für die Elektrolyse dienen neben Natriumchlorid in geringem Umfang auch Salzsäure und Kaliumchlorid. 1987 wurden etwa 93 % des Chlors 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) (Tötsch 1990). Die Verteilung der weltweiten Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren nach (Ullmann 1993) 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 (UBA 1991). 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 (Ullmann 1993). 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 Elektrolyten für die Elektrolyse zu entfernen werden 54 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). (Tötsch 1990). 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 (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Amalgamverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % der Mittelwert der Werte aus Tabelle 2 - 1692 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 bei (Tötsch 1990) mit 3700 kWh/t Cl2 + 1,128 t NaOH elektrischer Energie - nach Allokation: 1850 kWh/t Cl2 - angegeben. Da die Werte aus (Ullmann 1993) 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 [(Tötsch 1990), siehe Tabelle 3]. In der letzten Zeile der Tabelle sind die anteiligen Emissionswerte (50 % der Gesamtemissionen) für die Chlorherstellung 1985 (2,2 Mio. t Amalgamchlor) 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 Cl2] 0,05 0,96 0,25 8,25 Die Quecksilberemissionen auf den Deponien setzen sich aus dem Filterschlamm, verbrauchten Katalysatoren, Rückständen aus der Produktreinigung und abgewrackten Anlagenteilen zusammen (Tötsch 1990). Aufgrund von gesetztlichen Auflagen und technischen Neuerungen kann derzeit vermutlich von geringeren Emissionen ausgegangen werden. Dies wird durch die neueren Daten von (BUWAL 1991), die auch für GEMIS verwendet werden, bestätigt. Dort werden für die Herstellung von 1 t Chlor (Anteil für Cl2 an den Gesamtemissionen) Hg-Emissionen von 0,47 g (Luft) und 0,028 g (Wasser) aufgeführt. Die Cl2-Emissionen werden bei BUWAL mit 0,25 g/t Cl2 beziffert. Weiterhin wird bei BUWAL für das Abwasser eine Fracht von 0,575 g an gelösten anorganischen Stoffen pro Tonne Chlor angegeben. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser (Gesamtwerte für 1 t Cl2 und gleichzeitig 1,128 t NaOH) 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 (250 kg), dem Prozeßwasser (1650 kg) und dem Kühlwasser (100000 kg) zusammen (Tötsch 1990). Die Abwassermenge wird bei (Tötsch 1990) mit 0,3 bis 1,0 m3 pro Tonne produziertem Chlor (und 1,128 t NaOH) angegeben. Der obige Wasserbedarf wurde für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozessen zur Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. 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(Amalgam)-DE-2010

Chlorherstellung (Amalgamverfahren): Chlor in elementarer Form (Cl2) wird heute elektrochemisch dargestellt. In diesem Prozess wird die Herstellung von Cl2 durch Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl) nach dem Amalgamverfahren bilanziert. Der Prozess liefert neben Chlor stets Natronlauge und Wasserstoff. Ausgangsstoff des Verfahrens ist Natriumchlorid 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 Verbrauch an elektrischer Energie. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist die hochreine Natronlauge. Als Rohstoffe für die Elektrolyse dienen neben Natriumchlorid in geringem Umfang auch Salzsäure und Kaliumchlorid. 1987 wurden etwa 93 % des Chlors 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) (Tötsch 1990). Die Verteilung der weltweiten Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren nach (Ullmann 1993) 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 (UBA 1991). 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 (Ullmann 1993). 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 Elektrolyten für die Elektrolyse zu entfernen werden 54 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). (Tötsch 1990). 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 (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Amalgamverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % der Mittelwert der Werte aus Tabelle 2 - 1692 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 bei (Tötsch 1990) mit 3700 kWh/t Cl2 + 1,128 t NaOH elektrischer Energie - nach Allokation: 1850 kWh/t Cl2 - angegeben. Da die Werte aus (Ullmann 1993) 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 [(Tötsch 1990), siehe Tabelle 3]. In der letzten Zeile der Tabelle sind die anteiligen Emissionswerte (50 % der Gesamtemissionen) für die Chlorherstellung 1985 (2,2 Mio. t Amalgamchlor) 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 Cl2] 0,05 0,96 0,25 8,25 Die Quecksilberemissionen auf den Deponien setzen sich aus dem Filterschlamm, verbrauchten Katalysatoren, Rückständen aus der Produktreinigung und abgewrackten Anlagenteilen zusammen (Tötsch 1990). Aufgrund von gesetztlichen Auflagen und technischen Neuerungen kann derzeit vermutlich von geringeren Emissionen ausgegangen werden. Dies wird durch die neueren Daten von (BUWAL 1991), die auch für GEMIS verwendet werden, bestätigt. Dort werden für die Herstellung von 1 t Chlor (Anteil für Cl2 an den Gesamtemissionen) Hg-Emissionen von 0,47 g (Luft) und 0,028 g (Wasser) aufgeführt. Die Cl2-Emissionen werden bei BUWAL mit 0,25 g/t Cl2 beziffert. Weiterhin wird bei BUWAL für das Abwasser eine Fracht von 0,575 g an gelösten anorganischen Stoffen pro Tonne Chlor angegeben. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser (Gesamtwerte für 1 t Cl2 und gleichzeitig 1,128 t NaOH) 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 (250 kg), dem Prozeßwasser (1650 kg) und dem Kühlwasser (100000 kg) zusammen (Tötsch 1990). Die Abwassermenge wird bei (Tötsch 1990) mit 0,3 bis 1,0 m3 pro Tonne produziertem Chlor (und 1,128 t NaOH) angegeben. Der obige Wasserbedarf wurde für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozessen zur Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2010 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 117% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

Chem-Anorg\Chlor(Amalgam)-DE-2005

Chlorherstellung (Amalgamverfahren): Chlor in elementarer Form (Cl2) wird heute elektrochemisch dargestellt. In diesem Prozess wird die Herstellung von Cl2 durch Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl) nach dem Amalgamverfahren bilanziert. Der Prozess liefert neben Chlor stets Natronlauge und Wasserstoff. Ausgangsstoff des Verfahrens ist Natriumchlorid 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 Verbrauch an elektrischer Energie. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist die hochreine Natronlauge. Als Rohstoffe für die Elektrolyse dienen neben Natriumchlorid in geringem Umfang auch Salzsäure und Kaliumchlorid. 1987 wurden etwa 93 % des Chlors 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) (Tötsch 1990). Die Verteilung der weltweiten Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren nach (Ullmann 1993) 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 (UBA 1991). 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 (Ullmann 1993). 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 Elektrolyten für die Elektrolyse zu entfernen werden 54 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). (Tötsch 1990). 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 (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Amalgamverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % der Mittelwert der Werte aus Tabelle 2 - 1692 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 bei (Tötsch 1990) mit 3700 kWh/t Cl2 + 1,128 t NaOH elektrischer Energie - nach Allokation: 1850 kWh/t Cl2 - angegeben. Da die Werte aus (Ullmann 1993) 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 [(Tötsch 1990), siehe Tabelle 3]. In der letzten Zeile der Tabelle sind die anteiligen Emissionswerte (50 % der Gesamtemissionen) für die Chlorherstellung 1985 (2,2 Mio. t Amalgamchlor) 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 Cl2] 0,05 0,96 0,25 8,25 Die Quecksilberemissionen auf den Deponien setzen sich aus dem Filterschlamm, verbrauchten Katalysatoren, Rückständen aus der Produktreinigung und abgewrackten Anlagenteilen zusammen (Tötsch 1990). Aufgrund von gesetztlichen Auflagen und technischen Neuerungen kann derzeit vermutlich von geringeren Emissionen ausgegangen werden. Dies wird durch die neueren Daten von (BUWAL 1991), die auch für GEMIS verwendet werden, bestätigt. Dort werden für die Herstellung von 1 t Chlor (Anteil für Cl2 an den Gesamtemissionen) Hg-Emissionen von 0,47 g (Luft) und 0,028 g (Wasser) aufgeführt. Die Cl2-Emissionen werden bei BUWAL mit 0,25 g/t Cl2 beziffert. Weiterhin wird bei BUWAL für das Abwasser eine Fracht von 0,575 g an gelösten anorganischen Stoffen pro Tonne Chlor angegeben. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser (Gesamtwerte für 1 t Cl2 und gleichzeitig 1,128 t NaOH) 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 (250 kg), dem Prozeßwasser (1650 kg) und dem Kühlwasser (100000 kg) zusammen (Tötsch 1990). Die Abwassermenge wird bei (Tötsch 1990) mit 0,3 bis 1,0 m3 pro Tonne produziertem Chlor (und 1,128 t NaOH) angegeben. Der obige Wasserbedarf wurde für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozessen zur Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2005 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 117% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

Chem-Anorg\Chlor(Amalgam)-DE-2030

Chlorherstellung (Amalgamverfahren): Chlor in elementarer Form (Cl2) wird heute elektrochemisch dargestellt. In dieser Prozeßeinheit wird die Herstellung von Cl2 durch Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl) nach dem Amalgamverfahren bilanziert. Der Prozeß liefert neben Chlor stets Natronlauge und Wasserstoff. Ausgangsstoff des Verfahrens ist Natriumchlorid 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 Verbrauch an elektrischer Energie. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist die hochreine Natronlauge. Als Rohstoffe für die Elektrolyse dienen neben Natriumchlorid in geringem Umfang auch Salzsäure und Kaliumchlorid. 1987 wurden etwa 93 % des Chlors 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) (Tötsch 1990). Die Verteilung der weltweiten Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren nach (Ullmann 1993) 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 (UBA 1991). 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 (Ullmann 1993). 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. Prozeßeinheit: Chem-Anorg\NaOH). Genese der Kennziffern Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne Cl2 (und gleichzeitig 1,128 t NaOH) werden als Rohstoff 1710 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektrolyten für die Elektrolyse zu entfernen werden 54 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). (Tötsch 1990). 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 (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Amalgamverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % der Mittelwert der Werte aus Tabelle 2 - 1692 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 bei (Tötsch 1990) mit 3700 kWh/t Cl2 + 1,128 t NaOH elektrischer Energie - nach Allokation: 1850 kWh/t Cl2 - angegeben. Da die Werte aus (Ullmann 1993) 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 [(Tötsch 1990), siehe Tabelle 3]. In der letzten Zeile der Tabelle sind die anteiligen Emissionswerte (50 % der Gesamtemissionen) für die Chlorherstellung 1985 (2,2 Mio. t Amalgamchlor) 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 Cl2] 0,05 0,96 0,25 8,25 Die Quecksilberemissionen auf den Deponien setzen sich aus dem Filterschlamm, verbrauchten Katalysatoren, Rückständen aus der Produktreinigung und abgewrackten Anlagenteilen zusammen (Tötsch 1990). Aufgrund von gesetztlichen Auflagen und technischen Neuerungen kann derzeit vermutlich von geringeren Emissionen ausgegangen werden. Dies wird durch die neueren Daten von (BUWAL 1991), die auch für GEMIS verwendet werden, bestätigt. Dort werden für die Herstellung von 1 t Chlor (Anteil für Cl2 an den Gesamtemissionen) Hg-Emissionen von 0,47 g (Luft) und 0,028 g (Wasser) aufgeführt. Die Cl2-Emissionen werden bei BUWAL mit 0,25 g/t Cl2 beziffert. Weiterhin wird bei BUWAL für das Abwasser eine Fracht von 0,575 g an gelösten anorganischen Stoffen pro Tonne Chlor angegeben. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser (Gesamtwerte für 1 t Cl2 und gleichzeitig 1,128 t NaOH) 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 (250 kg), dem Prozeßwasser (1650 kg) und dem Kühlwasser (100000 kg) zusammen (Tötsch 1990). Die Abwassermenge wird bei (Tötsch 1990) mit 0,3 bis 1,0 m3 pro Tonne produziertem Chlor (und 1,128 t NaOH) angegeben. Der obige Wasserbedarf wurde für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2030 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 117% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

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

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: 2020 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 117% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

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