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GcBÜK400 - Zink im Oberboden

Zink ist ein für Pflanze, Tier und Mensch essentielles Spurenelement, welches jedoch bei extrem hohen Gehalten auf Pflanzen und Mikroorganismen toxisch wirken kann. Die Zn-Konzentration in der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 52 mg/kg, sie kann aber in Abhängigkeit vom Gesteinstyp stark schwanken. Die mittleren Zn-Gehalte (Median) der sächsischen Hauptgesteinstypen liegen zwischen 11 bis 140 mg/kg, der regionale Clarke des Erzgebirges beträgt ca. 79 mg/kg. Sphalerit (Zinkblende) führende polymetallische La-gerstätten können lokal zu zusätzlichen geogenen Zn-Anreicherungen in den Böden führen. Anthropogene Zn-Einträge erfolgen vor allem durch die Eisen- und Buntmetallurgie bzw. durch die Zn-verarbeitenden Industrien (Farben, Legierungen, Galvanik) und durch Großfeuerungsanlagen. Im Bereich von Ballungsgebieten sind Zn-Anreicherungen relativ häufig zu beobachten. Anthropogene Zn-Einträge sind in der Landwirtschaft durch die Verwendung von organischen und mineralischen Düngemitteln möglich. Für unbelastete Böden gelten Zn-Gehalte von 10 bis 80 mg/kg als normal. Die regionale Verbreitung der Zn-Gehalte in den sächsischen Böden wird vor allem durch die geogene Prägung der Substrate bestimmt; niedrige bis mittlere Gehalte sind über den periglaziären Sanden und Lehmen im Norden und den Lössböden in Mittelsachsen (10 bis 50 mg/kg) sowie den Verwitterungsböden über den Festgesteinen des Erzgebirges/Vogtlandes (50 bis 150 mg/kg) zu erwarten. Innerhalb der Grundgebirgseinheiten treten über den polymetallischen Lagerstätten des Erzgebirges, in Abhängigkeit von der Intensität der Vererzung, deutliche positive Zn-Anomalien auf (Freiberg, Annaberg-Buchholz - Marienberg, Aue - Schwarzenberg). Böden über Substraten mit extrem niedrigen Zn-Gehalten (Granit von Eibenstock, Orthogneise der Erzgebirgs-Zentralzone, Osterzgebirgischer Eruptivkomplex, kretazische Sandsteine) treten als negative Zn-Anomalien im Kartenbild in Erscheinung. Verstärkte Zn-Akkumulationen sind in den Auenböden des Muldensystems festzustellen. Auf Grund der höheren geogenen Grundgehalte im Wassereinzugsgebiet, dem Auftreten Zn-führender polymetallischer Vererzungen und insbesondere der Bergbau- und Hüttentätigkeit im Freiberger Raum, kommt es vor allem in den Auenböden der Freiberger und Vereinigten Mulde zu hohen Zn-Konzentrationen (Mediangehalte 370 bzw. 240 mg/kg). Für die Wirkungspfade Boden-Mensch sowie Boden-Pflanze wurden keine Prüf- und Maßnahmenwerte für Gesamtgehalte in der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) festgeschrieben, da Zn bei der Gefahrenbeurteilung nur von geringer Bedeutung ist.

GcBÜK400 - Nickel im Oberboden

Nickel gilt für manche Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen als essentielles Spurenelement; für den Menschen ist dies nicht sicher nachgewiesen. Die Ni-Konzentration in der oberen kontinentalen Kruste (Totalgehalte) beträgt 19 mg/kg, kann aber in den unterschiedlichen Gesteinstypen stark schwanken. Die mittleren Ni-Gehalte (Median) der sächsischen Hauptgesteinstypen variieren von 1 bis 1 900 mg/kg, der regionale Clarke des Erzgebirges/Vogtlandes beträgt 23 mg/kg. Für unbelastete Böden gelten Ni-Gehalte von 5 bis 50 mg/kg als normal. Zusätzliche geogene Ni-Anreicherungen in Böden sind vor allem im Bereich der Ni-Verwitterungslagerstätten (Haupterzmineral Garnierit) über Serpentiniten im Granulitgebirge und dessen Schiefermantel anzutreffen, die jedoch nur geringe Flächen einnehmen. Bei den Ganglagerstätten besitzen die Vererzungen der Quarz-Arsenid-Assoziation ("Bi-Co-Ni-Ag-U-Formation") eine nur geringe umweltgeochemische Relevanz. Auch ein Einfluss der Ni-Mineralisation von Sohland/Spree ist im vorliegenden Maßstab nicht erkennbar. Anthropogene Ni-Einträge erfolgen vor allem durch die Eisenmetallurgie bzw. durch Ni-verarbeitende Industrien (Legierungen, Apparatebau, Lacke, Kunststoffe) und durch die Verbrennung fossiler Energieträger. Weitere nennenswerte Ni-Einträge sind vor allem mit den Abwässern in aquatische Ökosysteme möglich (z. B. Klärschlamm). Die regionale Verbreitung erhöhter Ni-Gehalte in den sächsischen Böden wird vor allem durch die geogene Spezialisierung der Substrate bestimmt. Aufgrund der erhöhten Ni-Gehalte der Serpentinite (1 900 mg/kg), der tertiären Basalte (120 mg/kg), Amphibolite und Gabbros (110 mg/kg) und der devonischen Diabase (80 mg/kg) kommt es entsprechend der Verbreitung dieser Substrate, teils zu flächenhaften, teils zu punktförmigen anomal hohen Ni-Gehalten im Oberboden. Durch Einschaltungen von Metabasiten in die Phyllit- und Glimmerschieferfolgen, sowie wegen der schwach erhöhten Ni-Gehalte in diesen Gesteinen selbst (30 bis 40 mg/kg), treten das Vogtland und das Westerzgebirge als Gebiete erhöhter Ni-Gehalte im Kartenbild deutlich in Erscheinung. Analog zum Cr, kommen über den Substraten der sauren Magmatite und Metamorphite, der Sandsteine der Elbtalkreide sowie der periglaziären Decksedimente die niedrigsten Ni-Gehalte in den Böden vor. Bei den Auenböden lassen sich hinsichtlich der Ni-Gehalte deutliche Beziehungen zum geologischen Bau der Gewässereinzugsgebiete erkennen. Während in den Auenböden der Weißen Elster, des Muldensystems und der Elbe (Einzugsgebiet Erzgebirge, Vogtland) mittlere und z. T. schwach erhöhte Gehalte auftreten, sind die Auenböden u. a. der Schwarzen Elster und Spree (Einzugsgebiet Lausitz) relativ Ni-arm. Dazu tragen sicher auch die geringere Besiedlungsdichte und die niedrigere Dichte von Industriestandorten in der Lau-sitz bei. Problematisch ist die Umrechnung von Ni-Totalgehalten in Ni-Königswassergehalte (KW). Praktische Erfahrungen bei den Bodenuntersuchungen zeigen, dass die KW-Gehalte gegenüber den Totalgehalten in Abhängigkeit von der Bindungsform in den Substraten um ca. 10 bis 30 % niedriger sind. Die in der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) festgelegten Prüfwerte für den Wirkungspfad Boden-Mensch (KW-Gehalte) werden in Sachsen nur z. T über den Diabasen und den kleinräumig auftretenden Serpentiniten überschritten. Gefährdungen können aber hier weitgehend ausgeschlossen werden, da das Ni silikatisch gebunden vorliegt und eine Freisetzung nicht zu befürchten ist. Der Ni-Transfer Boden-Pflanze auf Grünlandflächen ist unbedeutend; der Maßnahmenwert von 1 900 mg/kg wird nicht erreicht.

GcBÜK400 - Chrom im Oberboden

Chrom ist ein in der Erde weit verbreitetes, in vielen Mineralen vorkommendes Element, das für Mensch und Tier lebensnotwendig ist. Es existiert in mehreren Oxidationsstufen, doch nur die drei- und sechswertigen Verbindungen sind im Boden stabil. Unbelastete Böden haben Chromgehalte zwischen 5 und 100 mg/kg. Der regionale Clarke des Erzgebirges beträgt 52 mg/kg (Totalgehalte). Chrom wird über die Metallurgie und Cr-verarbeitenden Industrien (Farben, Legierungen, Katalysatoren, Beizen, Poliermittel, Bauindustrie) anthropogen in die Umweltmedien eingetragen. In den Böden kann es durch Düngung (Cr im Thomasphosphat) und Klärschlammaufbringung noch zu einer zusätzlichen Belastung mit Chrom kommen. Die regional unterschiedliche Verteilung des Chroms in den sächsischen Böden resultiert aus der geogenen Spezialisierung der Substrate. Bei der Bodenbildung kommt es i. d. R. zu keiner größeren An- bzw. Abreicherung von Chrom. Die Gehalte der Böden liegen in etwa in der Höhe der Ausgangsgesteine. In den nördlichen bzw. nordwestlichen Landesteilen dominieren in den Böden über weitgehend sandigen Lockergesteinen niedrige Chromgehalte unter 20 mg/kg. Die Böden über sauren Magmatiten und Metamorphiten sowie über den Sandsteinen der Elbtalkreide und den Granodioriten der Lausitz liegen ebenfalls im unteren Gehaltsbereich. Über den stärker lössbeeinflussten Lockersedimenten, den Rotliegend-Sedimenten sowie den Tonschiefern, Phylliten, Glimmerschiefern und Paragneisen des Erzgebirges steigen die Chromgehalte in den Böden auf etwa 30 - 40 mg/kg an. Die höchsten Gehalte ( 100 mg/kg) treten in Sachsen punktuell über basischen Vulkaniten (Basalte, Serpentinite, Gabbros), über den größere Flächen bildenden Diabasen des Vogtlandes und lokal über Cr-haltigen Mineralisationen und Verwitterungsbildungen auf (Ni-Hydrosilikate bei St. Egidien). Serpentinite z. B. können bis zu 2000 mg/kg Chrom (Totalgehalte) enthalten. In den Auenböden treten deutliche Beziehungen zwischen den Chromgehalten und den Gesteinen der jeweiligen Einzugsgebiete auf. Die Auenböden der Weißen Elster, der Mulde und der Elbe (Einzugsgebiet Erzgebirge /Vogtland) führen mittlere bis leicht erhöhte Gehalte. Die Gehalte in den Flussauen der Lausitz sind dagegen deutlich niedriger. Infolge der unterschiedlichen Bindungsformen des Chroms in den Primärsubstraten ist die Umrechnung von Cr-Totalgehalten in Cr-Königswassergehalte (KW) äußerst problematisch. Praktische Erfahrungen bei den Bodenuntersuchungen zeigen, dass die KW-Gehalte von basischen bis ultrabasischen Magmatiten und Metamorphiten gegenüber den Totalgehalten bis zu ca. 50 % niedriger sind. Die geochemische Spezialisierung der basischen Substrate tritt deshalb im Kartenbild nur in abgeschwächter Form in Erscheinung. Die in der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) festgelegten Prüfwerte für den Wirkungspfad Boden-Mensch (KW-Gehalte) werden in Sachsen nur punktuell über den o. g. basischen und ultrabasischen Gesteinen überschritten. Im Vogtland kommt es über den Diabasen z. T. flächenhaft zur Überschreitung der Cr-Vorsorgewerte, wobei auf Grund der natürlichen Bindungsform aber keine verstärkte Freisetzung im Boden zu erwarten ist.

Hocheffiziente Herstellung von edelmetallfreiem Legierungspulver für medizintechnische Anwendung

Die S&S Scheftner GmbH ist ein Hersteller von Dentallegierungen mit Sitz in Mainz. Das 1986 gegründete Unternehmen ist ein KMU und beschäftigt 20 Mitarbeiter. Das Unternehmen verkauft jährlich 60 Tonnen Legierungen für dentale Anwendungen weltweit. Bisher bezieht der Hersteller Legierungspulver von Vorlieferanten aus der Industrie, die das Pulver in einer breiten Korngrößenverteilung fertigen. Die maximale Korngröße liegt, je nach Produktionsverfahren, bei etwa 150 Mikrometer. Allerdings können bei der dentalen Anwendung mittels selektivem Laserschmelzverfahren nur Korngrößen bis 65 Mikrometer verarbeitet werden. Somit müssen die größeren Partikel aus einer Charge als nicht verwertbarer Materialauschuss eingestuft werden. Mit dem geplanten Vorhaben wird das Unternehmen bestimmte Legierungspulver zukünftig direkt in der für Dentallegierungen benötigten Pulverkorngröße erzeugen. Dafür soll ein neuartiges Pulverherstellungsverfahren eingesetzt werden, das sehr feine Körner in einer engen Verteilung erzeugen kann. Durch das neue Verfahren wird die nutzbare Pulverausbeute um etwa 50 Prozent gesteigert. Verbleibender Ausschuss kann wiederverwendet werden. Der Einsatz von Schutzgasen verringert sich auf ein Drittel des aktuellen Verbrauchs. Insgesamt soll so eine CO 2 -Reduzierung von fast 50 Prozent erreicht werden. Branche: Sonstiges verarbeitendes Gewerbe/Herstellung von Waren Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: S&S Scheftner GmbH Bundesland: Rheinland-Pfalz Laufzeit: seit 2020 Status: Laufend

Regierungen (Standorte)

Sitze der Regierungen.

Regierungen (Flächen)

Zuständigkeitsbereiche der Regierungen.

Arbeitshilfen: Umweltrisiken in globalen Lieferketten aufdecken

Arbeitshilfen: Umweltrisiken in globalen Lieferketten aufdecken Gerade für mittelständische Unternehmen ist die systematische Lieferkettenanalyse und Umweltrisikobewertung herausfordernd. Das Umweltbundesamt (UBA) ließ deshalb die globalen Lieferketten der deutschen Automobil-, der Elektronikindustrie und des Maschinenbaus untersuchen. Die Erkenntnisse bieten Orientierung und unterstützen bei der Umsetzung von Sorgfaltspflichten in der Lieferkette. Von Unternehmen wird erwartet, dass sie die Umweltauswirkungen in ihren Liefer- und Wertschöpfungsketten bewerten und angemessene Maßnahmen ergreifen, um diese gänzlich zu vermeiden, zu mindern oder wiedergutzumachen. Häufig ist in der Praxis aber unklar, auf welchen Lieferkettenstufen und in welchen Ländern relevante Umweltauswirkungen auftreten. Das ⁠ UBA ⁠ lässt vor diesem Hintergrund die Umwelthotspots in den globalen Lieferketten ausgewählter deutscher Branchen untersuchen. Dirk Messner, Präsident des UBA: „Wir können den dringend notwendigen Umwelt- und ⁠ Klimaschutz ⁠ in globalen Lieferketten nicht als lästige Bürokratie abtun, sondern müssen stärker ins Handeln kommen. Die nun erschienen Studien unterstützen Unternehmen dabei.“ In einem ersten Projektabschnitt wurden drei deutsche Branchen untersucht: Automobilindustrie Maschinenbau Elektronikindustrie . Die Studien beruhen auf einer modellbasierten Analyse der Lieferketten der jeweiligen Branche. Betrachtet wurden die Umweltthemen Treibhausgase, Wasser, Fläche, Luftschadstoffe, wassergefährdende Stoffe und Abfälle. Auch die Querbeziehungen zu Menschenrechtsverletzungen, die sich aus den Umweltauswirkungen ergeben können, wurden in den Blick genommen. In Fokuskapiteln werden die Lieferketten spezieller Komponenten und Rohstoffe beschrieben. Für die Automobilindustrie wurden beispielsweise Traktionsbatterien und die für die Herstellung nötigen Rohstoffe (zum Beispiel Kobalt, Kupfer, Lithium und Nickel), die Karosserie (Eisten/Stahl) und Reifen (Kautschuk) genauer betrachtet. Beim Maschinenbau lag ein zusätzlicher Fokus auf den Rostoffen Aluminium und Vanadium sowie auf der Galvanisierung und Legierung von Metallen. Für die Elektronikindustrie wurden die Produktion von Halbleiterchips untersucht und die Rohstoffe Gold, Zinn und Kupfer näher betrachtet. Über diese drei Branchen hinweg zeigt sich, dass ein Großteil der Umweltauswirkungen in tieferen Lieferkettenstufen liegt, während die Wertschöpfung vornehmlich in der Branche selbst und bei den direkten Lieferanten entsteht. Oft sind schädliche Emissionen mit der Nutzung fossiler Energieträger verbunden, so dass die Umstellung auf eine Strom- und Wärmeversorgung aus erneuerbaren Energien wesentlich zum Umwelt- und Klimaschutz in den Lieferketten beiträgt. Mit Blick auf den Flächenverbrauch und damit zusammenhängend auch die Auswirkungen auf Ökosysteme, sind vorrangig die Landwirtschaft und auch der Bergbau am Anfang der Lieferketten relevant. Die Studien zeigen, dass Unternehmen die gesamten Lieferketten bis zur Rohstoffgewinnung in den Blick nehmen und Maßnahmen dort konzentrieren sollten, wo die größten Umwelt- und Klimaschutzpotenziale liegen. Neben direkter Kooperation mit den Akteuren in der Lieferkette, haben Unternehmen wesentliche Hebel zur Reduzierung von Umweltrisiken im Produktdesign und der Beschaffung. Die Studien formulieren vor diesem Hintergrund entsprechende Maßnahmenvorschläge, z.B. zur Einrichtung eines nachhaltigen Lieferkettenmanagements im Unternehmen, zur Durchführung von Pilotprojekten in die Lieferkette oder zur Unterstützung von Lieferanten bei der Einführung von Umweltstandards. Im kommenden Jahr werden Studien zu weiteren Branchen erscheinen, unter anderem zur chemisch-pharmazeutischen und zur lebensmittelverarbeitenden Industrie. Die Projektergebnisse mit weiteren Studien, u.a. zur chemisch-pharmazeutischen und lebensmittelverarbeitenden Industrie sowie dem Bausektor finden Sie im UBA-Websiteartikel zum Thema.

Kartierung des anthropogenen Lagers III (KartAL III)

Mittels Urban Mining, der Gewinnung von Sekundärrohstoffen aus langlebigen Gütern wie Infrastrukturen, Bauwerken, Industriegütern und Haushaltsgeräten, werden Primärrohstoffe eingespart und Umweltbelastungen über die gesamte Wertschöpfungskette robust reduziert. Das im Auftrag von Umweltbundesamt und ⁠ BMUV ⁠ durchgeführte Vorhaben „KartAL III - Kartierung des Anthropogenen Lagers III“ fokussiert die Verwertungswege und erwarteten Stoffströme von sieben Metallen bzw. ihren Legierungen und neun mineralischen Baustoffen. Für beide Materialgruppen werden wachsende Potenziale und Stellgrößen aufgezeigt, um die Kreislaufwirtschaft durch Urban Mining in Deutschland nennenswert zu verbessern. Die wesentlichen Ergebnisse und Handlungsansätze des Projekts sind in Leitfäden zusammengestellt. Veröffentlicht in Texte | 47/2022.

Ressourcenschonende Beschickung von Aluminiumschmelzöfen über ein automatisiertes Batch Intelligence System (BIS)

Die Aluminium Norf GmbH („Alunorf“) ist ein Joint Venture der Novelis Deutschland GmbH und der Speira GmbH. Mit einer Produktionskapazität von ca. 1,5 Mio. Tonnen kalt- und warmgewalzter Aluminiumbänder im Jahr ist es das größte Aluminiumschmelz- und walzwerk der Welt. Zur Herstellung der Aluminiumprodukte der Alunorf werden Schrotte unterschiedlichster Legierungen sowie Primärmaterialien eingesetzt. Die Materialien wurden nach dem bisherigen Stand der Technik manuell gelagert und bestimmten Ofenchargen zugeordnet. Die so zusammengestellten Chargen waren daher meist nicht optimal auf die erforderlichen Produktqualitäten eingestellt. Dies führte zu einem Ausbeuteverlust beim Recycling der Schrotte sowie zum dissipativen Verlust von Legierungselementen. Diese Verluste mussten durch eine erhöhte Zugabe von Primäraluminium ausgeglichen werden, was bilanziell zu höherer Umweltbelastung, insbesondere in den Vorketten beitrug. Ziel des Projektes war eine Steigerung der Energie- und Materialeffizienz sowie die Einsparung von Primäraluminium und Legierungselementen durch die Implementierung eines intelligenten Chargenstellungssystems zur Materialzulieferung, -sortierung, -lagerung sowie zur Chargenvorbereitung und Beschickung der Schmelzöfen. Weiteres Ziel war die Steigerung der Arbeitssicherheit durch automatisierte Transport- und Lagerprozesse. Die Idee hinter dem „Batch Intelligence System“ (BIS) ist eine weitgehende Automatisierung der Anlagen sowie eine Digitalisierung aller Prozessstufen mithilfe einer intelligenten Software. Alle erforderlichen Daten, wie Gewicht und Legierungszusammensetzung, werden über RFID-Chips auf den Schrottboxen digital erfasst, ausgewertet und zur zentralen Steuerung der Prozesse verwendet. Die Schrottboxen werden über ein automatisches Fördersystem transportiert sowie be- und entladen. Die Software ist dabei in der Lage, Entscheidungen über die Verwendung der Materialien in Echtzeit zu treffen. So wird automatisch die jeweils effizienteste Chargenzusammenstellung realisiert. Durch das „Batch Intelligence System“ (BIS) können nun große Mengen Primäraluminium durch hochwertig recyceltes Sekundäraluminium ersetzt werden. Beim Ausschöpfen der vollen Produktionsmenge sowie unter Berücksichtigung des variierenden Produktionsmixes können jährlich mindestens 45.000 Tonnen Primäraluminium sowie unterschiedliche Legierungselemente eingespart werden. Dies entspricht einer CO 2 -Reduzierung von ca. 600.000 Tonnen CO 2 -Äquivalente. Das Vorhaben hat einen sehr guten Modellcharakter und ist prinzipiell auf viele Betriebe der Metallbranche, sei es im Aluminium-, sonstigem NE-Metall- oder Stahlbereich, übertragbar. In der gesamten Metallbranche besteht ein großes Interesse daran, Schrotte ihren Eigenschaften entsprechend hochwertiger zu recyclen, um ressourcenintensives Primärmaterial einzusparen. Branche: Metallverarbeitung Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: Aluminium Norf GmbH Bundesland: Nordrhein-Westfalen Laufzeit: 2017 - 2022 Status: Abgeschlossen

City Gold – Metal Stocks with a Future

The project "KartAL III - Mapping of the Anthropogenic Stock III", commissioned by the Federal Environment Agency, focuses on the recovery options and expected material flows of seven metals and its alloys. In order to significantly improve the circular economy through urban mining in Germany, the potentials, approaches and success factors of relevant stakeholders identified in the project were compiled in a guide. Veröffentlicht in Leitfäden und Handbücher.

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