Prozessdetails: MetallAluminium-DE-2000

1.1 Beschreibung

BRD -Schmelzflusselektrolyse (Primär- bzw. Hüttenaluminium) aus Tonerde mittels Schmelzflußelektrolyse (Hall-Heroult-Prozeß). Werte für CF4- und C2F6-Emissionen aktualisiert nach Ref. Öko-Recherche 1996. Allgemeines Verfahren ist die Elekrolyse der Tonerde (Al2O3) in Kryolithschmelzen (Na3AlF6). Kryolith wird im Prozeß zur Schmelzpunkterniedrigung (auf ca. 950 oC) benötigt. Kryolithverluste werden durch Zugabe von Aluminiumfluorid (AlF3) ausgeglichen (WIKUE 1995b). Das elektrolytisch gebildete Aluminium setzt sich am kathodischen Boden der Elektrolysezelle ab. Der Sauerstoffanteil der eingesetzten Tonerde verbindet sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Durch den Schwefelgehalt des eingesetzten Anodenmaterials werden weiterhin Schwefeldioxidemissionen freigesetzt. Weitere wichtige Emissionen bei der Schmelzflußelektrolyse sind Staub sowie Fluorwasserstoff. Das Ausmaß der Emissionen ist von der konkreten Technik der Anlage und der Effizienz der Abgasreinigung abhängig. Schließlich werden bei der Schmelzflußelektrolyse Tetrafluormethan (CF4) und Hexafluorethan (C2F6) emittiert (#2), die als langlebige und extrem potente Treibhausgase bekannt sind. Die einzelnen Anlagen unterscheiden sich vor allem durch die eingesetzte Technologie der Elektrolysezellen. Es wird unterschieden in pre-bake- und Söderberg-Zellen, von welchen wiederum diverse Untervarianten existieren (Huglen 1990).
Genese der Daten: Die Daten (pro t Alu) für die Einsatzstoffe Tonerde (1900 kg), Anoden (430 kg) und Aluminiumfluorid (18 kg) sowie der Hilfsenergie Heizöl EL (3825 MJ) sind #1 entnommen. Der Wert für den Stromverbrauch der bundesdeutschen Schmelzelektrolysen (13400 kWh = 48240 MJ/t) geht auf #3 zurück und trägt den vergleichsweise modernen Elektrolyseöfen in der Bundesrepublik Rechnung (vgl. z.B. GUS -Schmelzflußelektrolyse). Die Emissionsfaktoren für Schwefeldioxid (10 kg), Kohlenmonoxid (110 kg) und Fluorwasserstoff (0,04 kg) gehen auf Messungen nach #2 an einer deutschen Primäraluminiumhütte mit moderner prebake-Technologie zurück, die einen bedeutenden Anteil der inländischen Produktionskapazität abdeckt. Die Meßwerte werden als repräsentativ für die bundesdeutsche Produktion erachtet und daher für GEMIS übernommen. Weiterhin werden basierend auf #2 die Daten für Kohlendioxid auf 1400 kg/t gesetzt. Die Emissionen für Tetrafluormethan (0,25 kg) und Hexafluorethan (0,025 kg) beruhen auf (WiMe 1999) und spiegeln die Fortschritte der Emissionsminderung dieser Treibhausgase in der Aluminiumindustrie wieder. Der Emissionswert für Staub (1,36 kg) aus #1 wird auf die deutsche Produktion übertragen. Die Kennziffer für die Gesamtabfallmenge (35,7 kg) stammt aus #3. Nicht abgebrannte Anodenreste sind dabei nicht berücksichtigt, da sie bei der Anodenherstellung wieder eingesetzt werden.
Tetrafluormethan (0,75 kg) und Hexafluorethan (0,11 kg)

1.2 Referenzen

  1. Bundesamt für Umwelt, Waldwirtschaft, Agrarwesen und Landwirtschaft (BUWAL) 1991: Ökobilanz von Packstoffen, Stand 1990, K. Habersatter, Schriftenreihe Umwelt Nr. 132, Bern
  2. Harnisch, J. et al: COS, CS2 and SO2 in Aluminium Smelter Exhaust, in: ESPR-Environ. Sci. & Pollut. Res. 2 (4), S. 229
  3. Krone, K. et al 1990: Ökologische Aspekte der Primär- und Sekundäraluminiumerzeugung der Bundesrepublik Deutschland, in: Metall, 44. Jahrgang, Heft 6, S. 559
  4. Originaldokumentation von 'MetallAluminium-DE-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 Aluminium
Auslastung 5000 h/a
Brenn-/Einsatzstoff Rohstoffe
gesicherte Leistung 100 %
Jahr 2000
Lebensdauer 20 a
Leistung 1 t/h
Nutzungsgrad 52,6 %
Produkt Metalle - NE

Funktionelle Einheit ist »1 kg Aluminium«.

Inputs - Aufwendungen für den Prozess

Input Aus Vorprozess Menge Einheit
Aluminiumfluorid Chem-AnorgAluminiumfluorid-generisch-2000 0,018 kg
Anoden-C FabrikAnoden-C-DE-2000 0,43 kg
Bauxit Chem-anorgTonerde-mix-DE-2000 1,9 kg
Elektrizität Netz-el-DE-2000-Grundlast 48,2*10-6 TJ
Prozesswärme Öl-leicht-Kessel-DE-2000 3,83*10-6 TJ

Outputs

Output Menge Einheit
Aluminium 1 kg
Zum Seitenanfang

Funktionelle Einheit ist »1 kg Aluminium«.

Ressourcen

Ressource inkl. Vorkette Einheit
Atomkraft 58,4*10-6 TJ
Biomasse-Anbau -1*10-9 TJ
Biomasse-Anbau -39,7*10-9 kg
Biomasse-Reststoffe -565*10-9 kg
Biomasse-Reststoffe 24,5*10-9 TJ
Braunkohle 50,3*10-6 TJ
Eisen-Schrott 0,0115 kg
Erdgas 23,5*10-6 TJ
Erdgas 0,00204 kg
Erdöl 24,8*10-6 TJ
Erdöl 11,3*10-6 kg
Erze 4,05 kg
Geothermie 163*10-12 TJ
Luft 0,00177 kg
Mineralien 0,458 kg
Müll 19*10-6 TJ
NE-Schrott 37,8*10-6 kg
Sekundärrohstoffe 0,445 kg
Sekundärrohstoffe -124*10-9 TJ
Sonne -249*10-12 TJ
Steinkohle 18,6*10-6 TJ
Wasser 68 kg
Wasserkraft 2,65*10-6 TJ
Wind 31,1*10-9 TJ

Ressourcen (Aggregierte Werte, KEA, KEV, KRA)

Ressource inkl. Vorkette Einheit
KEA-andere 18,8*10-6 TJ
KEA-erneuerbar 2,7*10-6 TJ
KEA-nichterneuerbar 0,000176 TJ
KEV-andere 18,8*10-6 TJ
KEV-erneuerbar 2,7*10-6 TJ
KEV-nichterneuerbar 0,000176 TJ

Luftemissionen

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
As (Luft) k.A. 106*10-9 kg
Cd (Luft) k.A. 63,4*10-9 kg
CH4 0 0,0146 kg
CO 0,11 0,118 kg
CO2 1,4 13,1 kg
Cr (Luft) k.A. 146*10-9 kg
H2S 0 15,1*10-9 kg
HCl 0 0,000288 kg
HF 40*10-6 62,4*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. 133*10-9 kg
N2O 0 0,000306 kg
NH3 0 54*10-6 kg
Ni (Luft) k.A. 264*10-9 kg
NMVOC 0 0,00107 kg
NOx 0 0,0224 kg
PAH (Luft) k.A. 11,2*10-12 kg
Pb (Luft) k.A. 344*10-9 kg
PCDD/F (Luft) k.A. 312*10-15 kg
Perfluoraethan 25*10-6 25*10-6 kg
Perfluorbutan 0 0 kg
Perfluorcyclobutan 0 0 kg
Perfluorhexan 0 0 kg
Perfluormethan 0,00025 0,00025 kg
Perfluorpentan 0 0 kg
Perfluorpropan 0 0 kg
SF6 0 0 kg
SO2 0,01 0,0398 kg
Staub 0,00136 0,0243 kg

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

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
CO2-Äquivalent 3,55 15,7 kg
SO2-Äquivalent 0,0101 0,0558 kg
TOPP-Äquivalent 0,0121 0,0416 kg

Gewässereinleitungen

Gewässereinleitung inkl. Vorkette Einheit
anorg. Salze 0,00296 kg
AOX 1,35*10-9 kg
As (Abwasser) 777*10-18 kg
BSB5 0,000783 kg
Cd (Abwasser) 1,9*10-15 kg
Cr (Abwasser) 1,88*10-15 kg
CSB 0,0198 kg
Hg (Abwasser) 949*10-18 kg
Müll-atomar (hochaktiv) 21,4*10-6 kg
N 901*10-9 kg
P 15,3*10-9 kg
Pb (Abwasser) 12,4*10-15 kg

Abfälle

Abfall direkt inkl. Vorkette Einheit
Abraum 0 64,5 kg
Asche 0 1,07 kg
Produktionsabfall 0,0357 1,09 kg
Zum Seitenanfang