Prozessdetails: MetallKupfer-DE-primär-2020

1.1 Beschreibung

Verhüttung und Raffination von Primärkupfer; umfaßt die Verarbeitung vom Erzkonzentrat zum Reinmetall nach der Elektrolyse. Im ersten Schritt werden die Konzentrate im Schwebeschmelzverfahren (Outokumpu-Verfahren) pyrometallurgisch behandelt. Dem Schmelzen ist eine Schwefelsäureanlage und ein Schlackearmschmelzen angeschlossen. Anschließend erfolgt die Konverterarbeit und das Raffinieren des Rohmetalls (Blisterkupfer). Nach nochmaligem Aufschmelzen in Anoden- bzw. Anodenschachtöfen erfolgt die Raffinationselektrolyse zum Reinmetall (RWTH-IME 1995). Zur Raffination wird nicht nur verhüttetes Rohmaterial eingesetzt, sondern auch Schrotte, die jedoch nicht weiter spezifiziert worden sind.
Die bilanzierte Prozeßkette sowie die daraus generierten Daten gelten für Deutschland im Bilanzzeitraum von 1992-1994. Daraus ergeben sich im internationalen Vergleich ein sehr geringer Energiebedarf (hauptsächlich verursacht durch den Einsatz von Schrott beim Raffinieren und dem damit vermiedenen Aufwendungen bei der Verhüttung), geringere Emissionswerte durch die hohen bundesdeutschen Emissionsstandards und geringere Reststoffmengen. Wenn die Verfahrenskette auch typisch für eine Hütte im Ausland ist (#1), so muß doch 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 wird lediglich eine Kupferhütte betrieben.
Allokation: Als Kuppelprodukte dieser Prozeß-Einheit entstehen Schwefelsäure, Anodenschlämme und 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.
Für die Schrotte, deren Herkunft und Zusammensetzung anhand der vorliegenden Daten nicht zu beurteilen ist, werden zur Bereitstellung für den Prozeß die Transportaufwendungen bilanziert. Eine weitergehende Aufbereitung wird ihnen nicht angelastet.
Genese der Daten: Massenbilanz: Als Input für die beschriebene Prozeßeinheit werden 1870 kg wasserfreies Konzentrat und 570 kg Schrotte (ab Raffination) eingesetzt (#1). In Anlehnung an #2 wird für das Konzentrat ein Überseetransport per Schiff von 7600 km angenommen. Für die Schrotte wird eine durchschnittliche Transportlänge von 300 km per LKW innerhalb Deutschlands angesetzt. Als Kuppelprodukt werden 1,88 t Schwefelsäure pro t Reinmetall bilanziert (#1). Die weiteren von #1 als Kuppelprodukte bilanzierte Stoffe, wie 10 kg/t Anodenschlämme, 10kg/t Nickelsulfat und 1120 kg/t Reinmetall Schlacke werden in GEMIS als Reststoffe bilanziert.
Energiebedarf: Disaggregierte Daten für die einzelnen Prozeßschritte innerhalb der Prozeßeinheit liegen nicht vor. Der Energiebedarf ist über die gesamte Prozeßeinheit aggregiert. Er setzt sich zusammen aus dem Brennstoffbedarf und dem elektrischen Energiebedarf. Als Brennstoff in der Prozeßeinheit wird Erdgas angenommen (#2). Summarisch müssen 6,3 GJ/t Erdgas bereitgestellt werden (#1). Diese werden direkt in den Prozessen und nicht in Kesseln in Prozeßwärme umgesetzt. Neben dem Brennstoffbedarf besteht ein Strombedarf von 4,4 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. Die Daten werden von #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 Primärkupfer durch den Einsatz von Brennstoffen (#1).
Schadstoff Menge in kg/t Reinmetall
NOx 0,34
SO2 4,06
Staub 0,043
CO2 460
CO 0,09
HC 0,01

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 werden weiterhin 2 kg/t Reinmetall Arsenfällprodukt und maximal 1kg/t Säureschlamm bilanziert (#1). Damit wird insgesamt eine Reststoffmenge von 1143 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. Dobner, R.F., Schwill, M. 1995: Kupferraffination: Erweiterung und Modernisierung einer konventionellen Elektrolyse, in: Erzmetall, 48. Jahrgang, Nr. 4/95, S. 272-276
  4. Originaldokumentation von 'MetallKupfer-DE-primär-2020'

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 2020

1.5 Technische Kennwerte

Funktionelle Einheit 1 kg Kupfer
Auslastung 5000 h/a
Brenn-/Einsatzstoff Metalle - NE
gesicherte Leistung 100 %
Jahr 2020
Lebensdauer 20 a
Leistung 1 t/h
Nutzungsgrad 53,5 %
Produkt Metalle - NE
Verwendete Allokation Allokation durch Gutschriften

Funktionelle Einheit ist »1 kg Kupfer«.

Inputs - Aufwendungen für den Prozess

Input Aus Vorprozess Menge Einheit
Elektrizität Netz-el-DE-Verbund-HS-2020 4,4*10-6 TJ
Erdgas-DE-KW-2020 PipelineGas-DE-2020-mix 6,3*10-6 TJ
Kupfer-Erz (Konz.) Xtra-AbbauKupfer-Erz(Konz.)-generisch 1,87 kg
Kupferschrott Xtra-RestKupferschrott 0,57 kg

Transportaufwendungen

Transport Menge Einheit
Transport von Kupfer-Erz (Konz.) mit Überseeschiff-2020 (Öltanker - Suezmax) 7,6 tkm
Transport von Kupferschrott mit Lkw-Diesel-DE-2020 0,3 tkm

Outputs

Output Menge Einheit
Kupfer 1 kg
Gutschrift Schwefelsäure bei Chem-AnorgSchwefelsäure-2020 1,88 kg/kg
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Funktionelle Einheit ist »1 kg Kupfer«.

Ressourcen

Ressource inkl. Vorkette Einheit
Abwärme -1,96*10-15 TJ
Atomkraft 1,55*10-6 TJ
Biomasse-Anbau 262*10-9 TJ
Biomasse-Anbau 49,7*10-6 kg
Biomasse-Reststoffe 0,000139 kg
Biomasse-Reststoffe 1,17*10-6 TJ
Braunkohle 1,45*10-6 TJ
Eisen-Schrott 0,0088 kg
Erdgas 8,69*10-6 TJ
Erdgas 0,00708 kg
Erdöl 21,6*10-6 TJ
Erdöl 0,000277 kg
Erze 1,92 kg
Fe-Schrott 3,92*10-9 kg
Geothermie 12,5*10-9 TJ
Luft 0,0026 kg
Mineralien 0,301 kg
Müll 293*10-9 TJ
NE-Schrott 0,57 kg
Sekundärrohstoffe -0,62 kg
Sekundärrohstoffe 126*10-9 TJ
Sonne 307*10-9 TJ
Steinkohle 21,4*10-6 TJ
Wasser -69,1 kg
Wasserkraft 287*10-9 TJ
Wind 835*10-9 TJ

Ressourcen (Aggregierte Werte, KEA, KEV, KRA)

Ressource inkl. Vorkette Einheit
KEA-andere 419*10-9 TJ
KEA-erneuerbar 2,87*10-6 TJ
KEA-nichterneuerbar 54,9*10-6 TJ
KEV-andere 419*10-9 TJ
KEV-erneuerbar 2,87*10-6 TJ
KEV-nichterneuerbar 54,6*10-6 TJ

Luftemissionen

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
As (Luft) k.A. 6,77*10-9 kg
Cd (Luft) k.A. 5,3*10-9 kg
CH4 0 0,00991 kg
CO 90*10-6 0,0122 kg
CO2 0,46 4,52 kg
Cr (Luft) k.A. 20,2*10-9 kg
H2S 0 54,9*10-9 kg
HCl 0 0,000769 kg
HF 0 79,3*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. 8,65*10-9 kg
N2O 0 0,000319 kg
NH3 0 55,1*10-6 kg
Ni (Luft) k.A. 48,4*10-9 kg
NMVOC 0 0,00063 kg
NOx 0,00034 0,0281 kg
PAH (Luft) k.A. 2,05*10-12 kg
Pb (Luft) k.A. 126*10-9 kg
PCDD/F (Luft) k.A. 159*10-15 kg
Perfluoraethan 0 48,7*10-9 kg
Perfluorbutan 0 0 kg
Perfluorcyclobutan 0 0 kg
Perfluorhexan 0 0 kg
Perfluormethan 0 386*10-9 kg
Perfluorpentan 0 0 kg
Perfluorpropan 0 0 kg
SF6 0 0 kg
SO2 0,00406 0,0177 kg
Staub 43*10-6 0,00355 kg

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

Luftemission inkl. Vorkette Einheit
CO2-Äquivalent 4,87 kg
SO2-Äquivalent 0,0382 kg
TOPP-Äquivalent 0,0363 kg

Gewässereinleitungen

Gewässereinleitung inkl. Vorkette Einheit
anorg. Salze 0,000825 kg
AOX 475*10-12 kg
As (Abwasser) 188*10-15 kg
BSB5 46,1*10-6 kg
Cd (Abwasser) 460*10-15 kg
Cr (Abwasser) 455*10-15 kg
CSB 0,00163 kg
Hg (Abwasser) 230*10-15 kg
Müll-atomar (hochaktiv) 569*10-9 kg
N 79,2*10-9 kg
P 7,49*10-9 kg
Pb (Abwasser) 3*10-12 kg

Abfälle

Abfall direkt inkl. Vorkette Einheit
Abraum 0 111 kg
Klärschlamm 0 30,5*10-6 kg
Produktionsabfall 1,14 57,3 kg
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