Prozessdetails: MetallKupfer-DE-sekundär-2000

1.1 Beschreibung

Verhüttung und Raffination Sekundärkupfer; Als Sekundärkupfer wird das Reinmetall verstanden, das aus Sekundärrohstoffen gewonnen wird. Diese können metallischer Art sein (Kupfer, Messing-, Bronze- und Rotgußschrotte) oder aus kupferhaltigen Zwischen- und Abprodukten wie Schlämmen, Krätzen und Schlacken bestehen. Eine mittlere Zusammensetzung der Materialien kann aufgrund der enormen Heterogenität nicht angegeben werden (#1). In GEMIS wird die Sekundärkupfer-Herstellung auf pyrometallurgischem Wege bilanziert. Überwiegend wird dazu das sogenannte Schachtofen-Konverter-Verfahren angewendet (#1). Metallisches Einsatzmaterial wird dabei im Konverter oder Anodenofen eingesetzt, die sonstigen sekundären Rohstoffe werden zusammen mit den Schlacken im Schachtofen oder Elektroofen unter reduzierenden Bedingungen eingeschmolzen. Die Weiterverarbeitung läuft dann wie auch beim Primärkupfer. Die bilanzierte Prozesskette sowie die daraus generierten Daten gelten für Deutschland im Bilanzzeitraum von 1992-1994. Es werden ca. 40 % des in Deutschland verbrauchten Kupfers aus Sekundärmaterialien gewonnen (#1). Im internationalen Vergleich weisen die Daten einen sehr geringen Energiebedarf, sehr geringe Emissionswerte durch die hohen bundesdeutschen Emissionsstandards und auch geringe Reststoffmengen auf. Verglichen mit Daten anderer Konvenienz muß mit erheblichen Unterschieden gerechnet werden, die aber in der vorliegenden Studie nicht berücksichtigt werden können. Ergänzend zu der hier vorliegenden Bilanz sei auf die Arbeiten der Bundesanstalten für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) verwiesen („Stoffmengenflüsse und Energiebedarf bei der Gewinnung ausgewählter mineralischer Rohstoffe, Maßnahmeempfehlungen für eine umweltschonende nachhaltige Entwicklung“) in deren Rahmen auch die weltweite Kupfererzeugung bilanziert wird. Weiterhin wird auf die Arbeiten der ETH-Zürich verwiesen, die eine Abschätzung mit geringerem lokalen Bezug vorgenommen haben (ETH 1995). Ein direkter Vergleich der Arbeit der RWTH Aachen, die dieser Bilanzierung zugrundeliegt mit anderen Arbeiten ist im Rahmen von GEMIS nicht durchführbar. Die RWTH Aachen behält sich einen Vergleich zu einem späteren Zeitpunkt vor (Bruch 1995).
In Deutschland sind drei Schmelz- und Raffinierhüttenbetriebe an der Verarbeitung beteiligt (#1).
Allokation: Als Kuppelprodukte dieser Prozeß-Einheit entstehen Schwefelsäure und Anodenschlämme sowie Nickelsulfat. Für die Schwefelsäure wird dem Prozeß eine massenbezogene Gutschrift über die Primärherstellung der Schwefelsäure gewährt. Für die Anodenschlämme, die andere NE-Metalle und auch Edelmetalle enthalten wird im Rahmen dieser Studie keine Gutschrift vergeben, da über die Zusammensetzung des Anodenschlamms keine Informationen vorliegen. Auch für Nickelsulfat wird weitergehender Informationen keine Allokation vorgenommen. Daher werden sowohl die Anodenschlämme als auch das Nickelsulfat als Reststoffe mitgeführt.
Die Schlacke wird im Rahmen von GEMIS nicht als Kuppelprodukt sondern als Reststoff bilanziert. Eine Allokation wird daher nicht vorgenommen.
Sowohl für die Schrotte, deren Herkunft und Zusammensetzung anhand der vorliegenden Daten nicht zu beurteilen ist, als auch für die weiteren Sekundärmaterialien werden zur Bereitstellung für den Prozeß die Transportaufwendungen bilanziert. Eine weitergehende Aufbereitung wird ihnen nicht angelastet.
Genese der Kennziffern: Massenbilanz: Bezogen auf eine Tonne Reinmetall aus der Verarbeitung sekundärer Rohstoffe müssen nach #1 rund 1040 kg Schrotte und 580 kg sonstige Sekundärrohstoffe eingesetzt werden (Schrotte und weitere Sekundärrohstoffe werden in GEMIS summarisch betrachtet). Als Kuppelprodukte entstehen nach #1 pro Tonne Kathodenkupfer 10 kg Anodenschlamm und 20 kg Nickelsulfat. Sie werden wie oben beschrieben in GEMIS als Reststoffe mitbilanziert. Eine nachgeschaltete Schwefelsäureproduktion ist nicht notwendig. Durch diese fehlende Stufe in der Rauchgasreinigung werden aber höhere Anforderungen an den Input hinsichtlich des Quecksilber- und Schwefelgehaltes gestellt. Wie bei der Primärkupfererzeugung wird auch hier die Schlackenmenge von 530 kg/t Reinmetall als Reststoff bilanziert.
Energiebedarf: Disaggregierte Daten für die einzelnen Prozeßschritte innerhalb der Prozeßeinheit liegen nicht vor. Der Energiebedarf ist über den gesamten Prozess aggregiert. Er setzt sich zusammen aus dem Brennstoffbedarf und dem elektrischen Energiebedarf. Als Brennstoff im Prozess wird Steinkohlenkoks angenommen (#1). Summarisch müssen nach #1 damit 9,2 GJ/t bereitgestellt werden. Diese werden direkt in den Prozessen und nicht in Kesseln in Prozesswärme umgesetzt. Neben dem Brennstoffbedarf besteht ein Strombedarf von 3,8 GJ/t. Der Strombedarf wird über das elektrische Netz (Grundlast) bereitgestellt.
Prozessbedingte Luftemissionen: Für die Darstellung der prozessbedingten Luftemissionen ist wichtig, daß die Brennstoffe unter prozessspezifischen Bedingungen direkt in den Prozess eingesetzt werden. Daher können die Emissionen in GEMIS nicht über eine Verbrennungsrechnung bestimmt werden. Daher werden die Daten aus #1 und #2 übernommen, die über Messungen in den Betrieben ermittelt wurden . Die einzelnen Werte sind in der folgenden Tabelle dargestellt:
Tab.: Emission von Luftschadstoffen bei der Verhüttung und der Raffination von Sekundärkupfer durch den Einsatz von Brennstoffen (#1).
Schadstoff Menge in kg/t Reinmetall
NOx 1,96
SO2 3,92
Staub 0,21
CO2 1230
CO 3,08
HC 0

Wasserinanspruchnahme: Zur Wasserinanspruchnahme dieses Prozesses liegen keine Informationen vor. Eine fehlende Angabe ist hier allerdings nicht als nicht existierende Wasserinanspruchnahme zu werten.
Abwasserinhaltsstoffe: Wie zur Wasserinanspruchnahme liegen auch zur Abwasserbilanz nur unzureichende Werte vor. Es wird eine Abwassermenge von <1 m³/t Produkt bilanziert (#1). Angaben zu den Abwasserinhaltstoffen wurden wegen der als gering abgeschätzten Relevanz nicht erhoben (#2).
Reststoffe: Zusätzlich zu den bereits im Rahmen der Massenbilanz erwähnten Reststoffen fallen weiterhin 120 kg/t Reinmetall Flugstäube an (#1). Damit wird insgesamt eine Reststoffmenge von 680 kg/t Reinmetall bilanziert.

1.2 Referenzen

  1. RWTH-IME (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Institut für Metallhüttenwesen und Elektrometallurgie) 1995: Sachbilanz einer Ökobilanz der Kupfererzeugung aus primären und sekundären Vorstoffen, sowie der Verarbeitung von Kupfer und Kupferlegierungen zu Halbzeug und ausgewählten Produkten, Aachen
  2. RWTH-IME (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Institut für Metallhüttenwesen und Elektrometallurgie) 1995: Persönliche Mitteilung zur Sachbilanz einer Ökobilanz der Kupfererzeugung und -verarbeitung vom 18. Juni 1996
  3. ESU (Gruppe Energie-Stoffe-Umwelt ETH Zürich)/PSI (Paul-Scherrer-Institut)/BEW (Bundesamt für Energiewirtschaft) 1996: Ökoinventare von Energiesystemen, R. Frischknecht u.a., /PSE/BEW, Zürich (3. Auflage mit CDROM)
  4. Originaldokumentation von 'MetallKupfer-DE-sekundär-2000'

1.3 ProBas-Anmerkungen

Kurzinfo: Datensatz aus GEMIS. Negative Werte durch Gutschriftenrechnung. Werte des Prozesses in Spalte ‚Prozess direkt’, Werte des Prozesses einschließlich Vorkette in Spalte ‚Prozess inkl. Vorkette’. Weiter…

GEMIS steht für „Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme&“; es ist ein Softwaretool des Öko-Instituts. GEMIS wurde 1987 erstmals angewendet und wird seitdem weiterentwickelt.

Die GEMIS-Datensätze beruhen - je nach Anwendung - auf unterschiedlichen Methoden; auch der zeitliche und der örtliche Bezug der Datensätze sind verschieden.

Methode bei Prozessen mit mehreren Outputs:

Zur Modellierung der Datensätze zu Multi-Output Prozessen wird in GEMIS die Methode der Systemerweiterung verwendet. Hierbei werden Datensätze, in denen jeweils alle Inputs, alle Outputs und alle Umweltaspekte eines Multi-Output Prozesses ausgewiesen sind, als „Brutto&“ bezeichnet. Durch Subtraktion von ‚Bonus’-Prozessen, die jeweils einen der Outputs auf herkömmliche Weise bereitstellen, entsteht ein Nettoprozess, in denen das substituierte Nebenprodukt als Gutschrift erscheint. Die Gutschrift ist dabei kein realer Output des Prozesses, sondern ein rechnerischer ‚Merker’.

Beispiel (s.a. Bild 1):

Multi-Output Prozess Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/brutto: Output ist 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ Wärme, der „Netto&“-Datensatz soll sich aber nur auf die Elektrizität beziehen. Durch Subtraktion des Bonusprozesses Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020 mit dem Output Wärme(0,6 TJ) entsteht der „Netto&“-Datensatz Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/Gas, für den als Output 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ ‚Gutschrift Wärme-Bonus-für-KWK (Bio)-2020 bei Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020’ angegeben werden; die Gutschrift stellt keinen Stoff- oder Energiefluss des Prozesses dar, sie ist allein rechnerisch begründet.

Bild 1: Beispiel zur GEMIS-Methode der Gutschriftsrechnung / Systemerweiterung

Transport:

Angaben zu den angesetzten Transportdistanzen werden nicht gegeben.

Abschneidekriterien:

Wasser wird in der Regel nur auf der Inputseite angegeben (etwa als Kühlwasser), auch wenn es den Prozess wieder verlässt als Abwasser.
Weitere Angaben zu angewendeten Abschneidekriterien werden nicht gegeben.

Besondere Nomenklatur:

Zahlreiche Abkürzungen für Brennstoffe aus Biomasse und entsprechende Technologien, siehe Glossar #link#.

Besonderheiten auf Datensatzebene:

Die Datensätze sind mit Vorketten-Datensätzen verknüpft, in denen die jeweils benötigten Vorprodukte, Energien und Transportleistungen erzeugt werden. Die Daten zu den Umweltaspekten werden erstens „direkt&“ (d.h., nur aus dem jeweiligen Prozess, falls dieser direkt zu Umweltaspekten beiträgt) als auch „mit Vorkette&“ (d.h., einschließlich aller vorausgehenden Prozesse) ausgewiesen.
Negative Werte für Stoffflüsse kommen in GEMIS regelmäßig vor; sie entstehen durch die Anwendung von Systemerweiterung (#link auf Systemerweiterung oben) um Multi-Output Prozesse in Single Output Prozesse umzurechnen.
Teilweise werden Aufwendungen für Produktionsmittel (Anlagen, Fahrzeuge etc.) aufgeführt (als Stoffflüsse im Input); diese sind jedoch nicht auf die funktionelle Einheit bezogen, sondern werden als absolute Werte angegeben; sie werden nur als Input und nicht als Output (Entsorgung der Betriebsmittel) angegeben.
Die durch die Herstellung dieser Produktionsmittel verursachten Umweltaspekte sind dagegen über Leistung, jährliche Auslastung und Lebensdauer auf die funktionelle Einheit bezogen

Weiterführende Hinweise und Literatur:

#1: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.2, Handbuch, Darmstadt, August 2004.
#2: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.1, Handbuch, Darmstadt, Darmstadt, Januar 2003.
#3: Fritsche, U., et al.: Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse, Verbundprojekt gefördert vom BMU im Rahmen des ZIP, Projektträger: FZ Jülich, Mai 2004, Anhangband zum Endbericht.
#4: Fritsche, U., et al.: Umweltanalyse von Energie-, Transport- und Stoffsystemen: Gesamt-Emissions-Modell integrierter Systeme (GEMIS) Version 2.1 - erweiterter und aktualisierter Endbericht, U. Fritsche u.a., i.A. des Hessischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Bundesangelegenheiten (HMUEB), veröffentlicht durch HMUEB, Wiesbaden 1995

Website: http://www.gemis.de

1.4 Weitere Metadaten

Quelle Öko-Institut
Projekte -
Bearbeitet durch Öko-Institut
Datensatzprüfung nein
Ortsbezug Deutschland
Zeitbezug 2000

1.5 Technische Kennwerte

Funktionelle Einheit 1 kg Kupfer
Auslastung 5000 h/a
Brenn-/Einsatzstoff Recyclate
gesicherte Leistung 100 %
Jahr 2000
Lebensdauer 20 a
Leistung 1 t/h
Nutzungsgrad 61,7 %
Produkt Metalle - NE

Funktionelle Einheit ist »1 kg Kupfer«.

Inputs - Aufwendungen für den Prozess

Input Aus Vorprozess Menge Einheit
Elektrizität Netz-el-DE-2000-Grundlast 3,8*10-6 TJ
Kupferschrott Xtra-RestKupferschrott 1,62 kg
Steinkohle-DE-Koks FabrikSteinkohle-Koks-DE-2000 9,2*10-6 TJ

Transportaufwendungen

Transport Menge Einheit
Transport von Kupferschrott mit Lkw-Diesel-DE-2005 0,3 tkm
Transport von Steinkohle-DE-Koks mit Zug-el-Güter-DE-2000 9007 tkm

Outputs

Output Menge Einheit
Kupfer 1 kg
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Funktionelle Einheit ist »1 kg Kupfer«.

Ressourcen

Ressource inkl. Vorkette Einheit
Atomkraft 4,47*10-6 TJ
Biomasse-Anbau -53,8*10-12 TJ
Biomasse-Anbau -1,67*10-9 kg
Biomasse-Reststoffe 985*10-12 TJ
Biomasse-Reststoffe -31,3*10-9 kg
Braunkohle 3,84*10-6 TJ
Eisen-Schrott 0,000902 kg
Erdgas -899*10-9 TJ
Erdgas 0,000196 kg
Erdöl 667*10-9 TJ
Erdöl 0,000317 kg
Erze 0,00305 kg
Geothermie 12,6*10-12 TJ
Luft 0,000136 kg
Mineralien 0,0169 kg
Müll 1,47*10-6 TJ
NE-Schrott 1,62 kg
Sekundärrohstoffe 85,2*10-6 kg
Sekundärrohstoffe 2,88*10-6 TJ
Sonne -10,6*10-12 TJ
Steinkohle 15,1*10-6 TJ
Wasser 5,66 kg
Wasserkraft 210*10-9 TJ
Wind 1,08*10-9 TJ

Ressourcen (Aggregierte Werte, KEA, KEV, KRA)

Ressource inkl. Vorkette Einheit
KEA-andere 4,35*10-6 TJ
KEA-erneuerbar 212*10-9 TJ
KEA-nichterneuerbar 23,2*10-6 TJ
KEV-andere 4,35*10-6 TJ
KEV-erneuerbar 212*10-9 TJ
KEV-nichterneuerbar 23,1*10-6 TJ

Luftemissionen

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
As (Luft) k.A. 9,99*10-9 kg
Cd (Luft) k.A. 5,36*10-9 kg
CH4 0 0,00779 kg
CO 0,00308 0,00409 kg
CO2 1,23 1,92 kg
Cr (Luft) k.A. 12,3*10-9 kg
H2S 0 -563*10-12 kg
HCl 0 24,1*10-6 kg
HF 0 1,57*10-6 kg
HFC-125 0 0 kg
HFC-134 0 0 kg
HFC-134a 0 0 kg
HFC-143 0 0 kg
HFC-143a 0 0 kg
HFC-152a 0 0 kg
HFC-227 0 0 kg
HFC-23 0 0 kg
HFC-236 0 0 kg
HFC-245 0 0 kg
HFC-32 0 0 kg
HFC-43-10mee 0 0 kg
Hg (Luft) k.A. 12*10-9 kg
N2O 0 22,3*10-6 kg
NH3 0 4,18*10-6 kg
Ni (Luft) k.A. 28,4*10-9 kg
NMVOC 0 54,8*10-6 kg
NOx 0,00196 0,0035 kg
PAH (Luft) k.A. 1,29*10-12 kg
Pb (Luft) k.A. 32,3*10-9 kg
PCDD/F (Luft) k.A. 26,1*10-15 kg
Perfluoraethan 0 10,1*10-9 kg
Perfluorbutan 0 0 kg
Perfluorcyclobutan 0 0 kg
Perfluorhexan 0 0 kg
Perfluormethan 0 80,5*10-9 kg
Perfluorpentan 0 0 kg
Perfluorpropan 0 0 kg
SF6 0 0 kg
SO2 0,00392 0,00499 kg
Staub 0,00021 0,000316 kg

Luftemissionen (Aggregierte Werte, TOPP-Äquivalent, SO2-Äquivalent, , direkt, inkl. Vorkette)

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
CO2-Äquivalent 1,23 2,12 kg
SO2-Äquivalent 0,00528 0,00745 kg
TOPP-Äquivalent 0,00273 0,00488 kg

Gewässereinleitungen

Gewässereinleitung inkl. Vorkette Einheit
anorg. Salze 5,23*10-6 kg
AOX 154*10-12 kg
As (Abwasser) 65,2*10-18 kg
BSB5 0,00083 kg
Cd (Abwasser) 159*10-18 kg
Cr (Abwasser) 158*10-18 kg
CSB 0,0295 kg
Hg (Abwasser) 79,7*10-18 kg
Müll-atomar (hochaktiv) 1,64*10-6 kg
N 110*10-9 kg
P 1,87*10-9 kg
Pb (Abwasser) 1,04*10-15 kg

Abfälle

Abfall direkt inkl. Vorkette Einheit
Abraum 0 5,51 kg
Klärschlamm 0 9,75*10-6 kg
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