Ammoniak-Emissionen aus der Landwirtschaft weiter zu hoch Die Emissionen von Luftschadstoffen in Deutschland sind weiter leicht rückläufig. Das zeigt der jährliche Bericht des Umweltbundesamtes (UBA) an die Europäische Kommission. Bei Schwefelverbindungen (SO2) wurde 2018 ein Rückgang von knapp -4,2 Prozent gegenüber 2017 registriert; gegenüber 1990 sind es 95 Prozent weniger. Die Stickoxid-Emissionen sind zwischen 1990 und 2018 um 59 Prozent gesunken, dennoch ist die Luftbelastung in etlichen deutschen Städten noch immer zu hoch. Die direkten Feinstaub-Emissionen gingen im gleichen Zeitraum um 55 Prozent zurück. Die Emissionen von Schwermetallen und persistenten organischen Schadstoffen (POP) bleiben 2018 relativ unverändert auf sehr niedrigem Niveau. Die Ammoniakemissionen gingen mit minus 16 Prozent gegenüber 1990 nur geringfügig zurück und verharren auch seit zehn Jahren auf mehr oder weniger gleichem Niveau. UBA -Präsident Dirk Messner drängt deshalb zu weiteren Anstrengungen: „Die Ammoniak-Emissionen sind nach wie vor deutlich zu hoch. Wir brauchen hier tiefgreifende Reformen, vor allem in der landwirtschaftlichen Praxis. Wir müssen Güllelager besser abdecken, die Fütterung optimieren und die Mineraldüngergabe anpassen. Sollte Deutschland seine Emissionen so nicht genügend senken können, müssten wir auch über Maßnahmen in der Struktur der Landwirtschaft diskutieren wie die Reduzierung der Tierbestände.“ Ammoniak entsteht vor allem in der Landwirtschaft bei der Zersetzung abgestorbener Pflanzen und tierischer Exkremente. Es trägt als Vorläuferstoff wesentlich zum Entstehen des sog. sekundären Feinstaub bei und ist in hohem Maße für die Hintergrundbelastung mit Feinstaub verantwortlich. Besonders hohe Konzentrationen in der Umgebung von großen Tierhaltungsanlagen können die Vegetation direkt schädigen. Deutschland ist nach EU-Vorgaben verpflichtet, den jährlichen Ausstoß von Ammoniak um mindestens 5 Prozent gegenüber 2005 zu mindern. Die tatsächlichen Emissionen liegen aber regelmäßig über dem historischen Niveau und nähern sich dem Zielwert kaum. Die Emissionen schädlicher Schwermetalle wie Blei, Cadmium und Quecksilber sind mit 89, 58 und 76 Prozent Minderung gegenüber 1990 deutlich rückläufig, auch wenn in den letzten Jahren kaum noch Fortschritte gemacht wurden. Der Trend für persistente organische Schadstoffe zeichnet ein ähnliches Bild: Die Bandbreite reicht hier von minus 85 Prozent für Dioxine bis zu minus 53 Prozent bei den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, die etwa bei der unvollständige Verbrennung von Holz oder Kohle entstehen. Historisch betrachtet lagen die großen Erfolge der Luftreinhaltung in den 1990er Jahren nach der Wiedervereinigung. Derzeit sind für viele Schadstoffe kaum noch Minderungen zu beobachten. Allerdings werden zur weiteren Minderung von Luftschadstoffemissionen bis 2030 eine Reihe von bereits beschlossenen Änderungen und Neuregelungen beitragen, darunter die 44. Bundesimmissionsschutzverordnung zur Minderung der Emissionen aus mittelgroßen Feuerungsanlagen, die Revision der Technischen Anleitung Luft, neue Vorgaben für die Abgasregulierung von Pkw im Rahmen des RDE-Verfahrens (=Real Driving Emissions) sowie zusätzliche Maßnahmen im Anlagen- und Düngerecht. Auch der bis 2038 beschlossene Kohleausstieg wird die Luftqualität verbessern. Das UBA aktualisiert und ergänzt jedes Jahr seine Berechnungen zu den Emissionen von Luftschadstoffen. Hintergrund ist die Berichterstattung im Rahmen der Genfer Luftreinhaltekonvention, mit der 1979 das Problem der grenzüberschreitenden Luftverschmutzung international angegangen wurde.
Schwefelemissionen am stärksten gesunken - Feinstaub bleibt das Sorgenkind Die Emissionen von Luftschadstoffen in Deutschland sind seit 1990 teilweise drastisch gesunken: Bei Schwefelverbindungen (SO2) war 2010 ein Rückgang von 91,5 Prozent gegenüber 1990 zu verzeichnen, beim Staub 85,6 Prozent und beim Kohlenmonoxid 73,1 Prozent (jeweils im gleichen Zeitraum). Auch Schwermetalle und persistente organische Schadstoffe gelangen deutlich weniger in die Umwelt. Dies zeigt eine neue Erhebung des Umweltbundesamtes (UBA). Der gesundheitsschädliche Feinstaub und weitere Problemschadstoffe trüben aber weiter das insgesamt positive Gesamtbild: Die Feinstaubemissionen sinken zwar deutschlandweit, allerdings ist der Rückgang mit nur 30 Prozent gegenüber 1990 deutlich geringer als bei anderen Luftschadstoffen. Immer noch zu hoch sind auch die Emissionen der Stickstoffoxide und des Ammoniaks (minus 54,2 Prozent beziehungsweise minus 20,8 Prozent). UBA-Präsident Jochen Flasbarth drängt deshalb zu weiteren Anstrengungen: „Die Luftreinhaltung in Deutschland kennt zahlreiche Erfolgsgeschichten. Was uns beispielsweise beim Schwefeldioxid an großartigen Minderungen gelungen ist, müssen wir nun bei Feinstaub, Stickoxiden und Ammoniak fortsetzen.“ Den Grundstein für gesunde Luft in Europa legte die Genfer Luftreinhalte-Konvention, ein internationales Abkommen, das sich bereits 1979 über den „Eisernen Vorhang“ hinweg grenzüberschreitend wirkenden Luftschadstoffen annahm. Die EU-weite Festlegung nationaler Emissionshöchstmengen und der Umbau des Wirtschaftssystems in Osteuropa nach 1990 waren weitere Meilensteine. Zunehmend wurde auch die schwefelhaltige Braunkohle durch emissionsärmere Brennstoffe wie Steinkohle und Erdgas ersetzt - Kraftwerke wurden mit einer Abgasreinigung ausgestattet. Strengere Grenzwerte gab es auch für die Emissionen aus Industrieanlagen. Beim Straßenverkehr konnte die Festlegung sogenannter Euro-Normen (1 bis 5 für Pkw und I bis V für Lkw) die Emissionen aus Fahrzeugabgasen deutlich verringern. Für die Zukunft sind hier weitere Maßnahmen vorgesehen - etwa die Euro 6/VI-Norm für Personen- und Lastkraftwagen - die die Stickstoffoxidemissionen zusätzlich senken werden. Der Verkehr spielte auch bei der Abnahme der Schwermetallemissionen eine entscheidende Rolle. War 1990 verbleites Benzin noch an jeder Tankstelle zu haben, so ist seit dem Verbot des Verkaufs 1998 eine signifikante Reduktion der Emissionsmengen zu beobachten; zwischen 1990 und 2010 sanken die Bleiemissionen in Deutschland um nahezu 91 Prozent. Damit die Ammoniakemissionen aus der Landwirtschaft sinken, ist eine konsequente Anwendung der guten fachlichen Praxis nötig, also Einhaltung der Ausbringungsvorschriften für Düngemittel, sowie bei der Lagerung von Wirtschaftsdünger. Helfen können auch die Verbraucher, indem sie weniger Fleisch konsumieren. Die Emission schädlicher Schwermetalle wie Cadmium und Quecksilber ist mit minus 69 Prozent und minus 67 Prozent stark rückläufig. Die Trendverläufe für persistente organische Schadstoffe zeichnen ein ähnlich erfreuliches Bild - die Bandbreite reicht hier von ebenfalls minus 91 Prozent für Dioxine über minus 78 Prozent bei Benzo-a-Pyren (das durch unvollständige Verbrennung organischer Stoffe wie Holz oder Kohle entsteht) bis zu minus 35 Prozent für Hexachlorbenzol (dieses entsteht als unerwünschtes Nebenprodukt bei der Verbrennung organischer Materialien in Gegenwart von Chlorverbindungen). Das UBA aktualisiert seine Emissionsinventare für Luftschadstoffe jährlich. In diesem Jahr liegen erstmals Informationen für die gesamten zwei Dekaden seit der Wiedervereinigung vor. Hintergrund ist die Berichterstattung im Rahmen der Genfer Luftreinhaltekonvention. In diesem Rahmen werden die Emissionsfreisetzungen berechnet und an die internationalen Organisationen berichtet. Diese beinhalten dabei für den Zeitraum von 21 Jahren über 20 verschiedene Schadstoffe aus allen relevanten Emissionsquellen - von großen Kraftwerken über den Verkehr, Konsumprodukten bis hin zur Viehhaltung und Abfallwirtschaft.
Quecksilber (Hg) ist ein persistenter toxischer Schadstoff, der über die Atmosphäre in Ökosysteme eingetragen wird ( Deposition ) und sich dort anreichern kann. Die Publikation zeigt erstmalige Messungen der nassen Hg-Deposition unter dem Kronendach von Wäldern über den Zeitraum eines Jahres in Deutschland. Die erhobenen Daten zur nassen Deposition werden genutzt, um die Prozesse und Dynamiken des Hg-Eintrages in Waldökosystemen besser zu verstehen. Ziel ist es, den Einfluss der Hg-Deposition auf Ökosysteme besser bewerten und ggf. Empfehlungen zur Minderung von Hg-Emissionen ableiten zu können. Veröffentlicht in Texte | 135/2024.
Zur Erfüllung von Berichtspflichten zum Stockholmer Übereinkommen zur Begrenzung persistenter organischer Schadstoffe (POPs) und um zur EU- POP -Verordnung beizutragen, sollen die Emissionen an POPs (z.B. PCDD/F, PCB , PAK , u. a.) aus Anlagen der Abfallwirtschaft und Krematorien ermittelt werden. Die Erhebung der Emissionsdaten wird in diesem Rahmen sowohl auf Basis von Literaturrecherchen als auch durch Emissionsmessungen an Praxisanlagen durchgeführt. Die Untersuchungen sollen jeweils an mindestens vier Abfallverbrennungsanlagen, Klärschlammverbrennungsanlagen, Altholzverbrennungsanlagen und Krematorien mit repräsentativen Messungen erfolgen. Bei der Auswahl der Anlagen wurde darauf geachtet, dass die Anlagen mit unterschiedlicher Abgasreinigung arbeiten, sodass die Ergebnisse möglichst repräsentativ für den gesamten Anlagenpark in Deutschland sind. Veröffentlicht in Texte | 38/2016.
Das Forschungsprojekt erfasst die in Deutschland betriebenen Humankrematorien und die dort eingesetzten technologischen Baugruppen und bewertet diese hinsichtlich des Standes der Technik gemäß der 27. Bundes-Immissionsschutz-Verordnung (27. BImSchV ) und VDI-Richtlinie 3891. Darauf aufbauend wurden an sechs Kremationslinien mit unterschiedlichen Ofen- und Abgasreinigungssystemen umfassende Emissionsmessungen durchgeführt. Die aus den gewonnenen Erkenntnissen abgeleiteten Handlungsempfehlungen stellen insbesondere auf eine Fortschreibung der Anforderungen der 27. BImSchV und eine weitere Minderung von Quecksilberemissionen ab. Veröffentlicht in Texte | 26/2020.
Quecksilber kann zu akuten Vergiftungen führen, gefährdet den Menschen und die Umwelt jedoch vor allem durch Methylquecksilber, das in der Nahrungskette akkumuliert. Im vorliegenden Abschlussbericht werden die Ein- und Austräge von Quecksilber in rund 30 Industriesektoren analysiert, Minderungsmaßnahmen für Quecksilber und deren Übertragbarkeit beschrieben sowie mögliche Elemente für eine nationale Quecksilberminderungsstragegie benannt. Veröffentlicht in Texte | 67/2021.
Quecksilber kann zu akuten Vergiftungen führen, gefährdet den Menschen und die Umwelt jedoch vor allem durch Methylquecksilber, das in der Nahrungskette akkumuliert. Im vorliegenden Abschlussbericht werden die Ein- und Austräge von Quecksilber in rund 30 Industriesektoren analysiert, Minderungsmaßnahmen für Quecksilber und deren Übertragbarkeit beschrieben sowie mögliche Elemente für eine nationale Quecksilberminderungsstragegie benannt. Veröffentlicht in Texte | 68/2021.
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
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
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
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