Prozessdetails: Steine-ErdenGlas-flach-DE-2000

1.1 Beschreibung

Herstellung von Flachglas; Flachglas gehört neben Behälterglas zu den Massengläsern. Alle in großen Mengen hergestellten Gläser gehören zur Gruppe der Alkali-Erdalkali-Silikatgläser (AES-Gläser). Die Zusammensetzung der AES-Gläser ist vom Verfahren und dem Produkt der Herstellung abhängig. Zur Flachglasherstellung befinden sich vier Verfahren im Einsatz (Float-, Fourcault-, Libbey-Owens- und Pittsburgh-Verfahren). Als leistungsfähiges Verfahren zur Herstellung hochwertiger Gläser hat sich das Float-Verfahren durchgesetzt. Die Herstellung des Flachglases nach dem Float-Verfahren läßt sich grundsätzlich in drei Verfahrensabschnitte unterteilen: die Gemengeherstellung, die Glasschmelze und die Formgebung. Bei der Gemengeherstellung werden die Rohstoffe dosiert, getrocknet und gemischt. Die Rohstoffzusammensetzung beim Flachglas muß sehr genau und konstant sein, da das Verfahren gegen Abweichungen sehr empfindlich ist. Dadurch kann auch kein Recycling-Glas eingesetzt werden. Lediglich ein geringer Anteil des im Werk anfallenden Glasbruches und der Reststoffe kann wieder in den Prozeß eingebracht werden. Der anschließende Glasschmelzprozeß kann in die Abschnitte der Silikatbildung, der Glasbildung, der Läuterung und der Konditionierung unterteilt werden. Die Schmelztemperaturen der Glasherstellung liegen bei ca. 1450-1550°C. Aufgrund der hohen Anforderungen an Flachgläser wird bei Temperaturen um 1600°C geschmolzen. Der Schmelzprozeß wird in kontinuierlich betriebenen Wannenöfen durchgeführt. Bei den Glasschmelzwannen der Floatanlagen handelt es sich in der Regel um Querflammöfen mit regenerativer Wärmerückgewinnung und Verbrennungsluftvorwärmung. Die Schmelzaggregate werden mit fossilen Brennstoffen (vorwiegend Erdgas) und häufig mit elektrischer Zusatzheizung betrieben. Der Einsatz elektrischer Zusatzheizungen in großen Schmelzwannen kann zur Steigerung der Durchsatzmengen und zur Verbesserung der Glasqualität eingesetzt werden (Hantsche 1992). Vom Wannenofen fließt das Glas in ein nachgeschaltetes Zinnbad (Floatbad). Die Glasmasse breitet sich auf dem im Floatbad unter Schutzatmosphäre stehenden flüssigen Zinn aus. Als endloses Band wird das Glas durch Spezialwalzen geführt und in einem nachgeschalteten Kühlkanal auf 200°C abgekühlt (#3).
Nach dem Abkühlen wird das Glas mechanisch und chemisch weiterverarbeitet und veredelt. Diese Prozesse können in dieser Bilanzierung nicht berücksichtigt werden.
Für die vorliegende Bilanzierung wurden die Quellen #1 sowie (ETH 1995) und (UBA 1996) untersucht. Der daraus resultierende Datensatz ist hinsichtlich der Massenbilanzierung als vollständig und zufriedenstellend anzusehen. Ein besserer Datensatz ist derzeit nicht verfügbar. Der zusammengestellte Datensatz repräsentiert auf einem hohen Aggregationsniveau die Glasproduktion in Deutschland Ende der 80er, Anfang der 90er Jahre. Es ist wünschenswert, die Datenlage bezüglich der prozeßbedingten Luftemissionen und der Wasserinanspruchnahme zu verbessern.

Genese der Kennziffern
Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne Flachglas (Floatglas) müssen insgesamt 1210 kg Roh- und Hilfsstoffe eingesetzt werden. Im Einzelnen sind dies:
Tab. Roh- und Hilfsstoffbedarf zur Herstellung einer Tonne Flachglas (nach #1)
Roh- und Hilfsstoffe Masse in kg/t Flachglas
Quarzsand 600
Soda 190
Kalk 187
Glasbruch 90
Feldspat 77
Dolomit 56
Natriumsulfat 10
Summe 1210
Zusätzlich ist nach #1 ein Schutzgasbedarf von 15 m³ pro Tonne Flachglas zu bilanzieren. Weiterhin gibt #1 an, daß für die Erneuerung der Ausmauerungen durchschnittlich 13 kg Feuerfestmaterial pro Tonne Flachglas eingesetzt werden muß.
Der Glasbruch taucht in der Bilanz nicht auf, da er innerhalb der Systemgrenzen recycliert wird. Natriumsulfat wird in GEMIS aufgrund der als gering eingschätzten Relevanz und der fehlenden Vorkette nicht mitgeführt.

Energiebedarf: Das Schmelzen von Glas ist ein ausgesprochen energieaufwendiger Prozeß. Dabei geht der wesentlichste Teil der zugeführten Energie in Form von heißen Abgasen verloren. Die Nutzung der Abwärme ist nur unter bestimmten Voraussetzungen und nur bedingt möglich. Eine Aufteilung des Energiebedarfs nach Prozessen ist in der folgenden Tabelle vorgenommen worden.
Tab.: Energieaufwand zur Herstellung einer Tonne Flachglas (nach #1)
Prozeßstufe Energieaufwand in GJ/t Flachglas
Schmelze (thermisch)Formgebung (elektr.)Kühlung (elektr.)) 6,750,040,04
Antrieb Glaswanne und Kühlofen (elektr.) 0,11
Gemengeherstellung und Transport (elektr., geschätzt) 0,04
Summe 6,98

Es wird ein Energiebedarf von 6,98 GJ/t Flachglas bilanziert. ETH nimmt einen um 20 % höher liegenden Energiebedarf für Flachglas an, wobei er davon ausgeht, daß kein Glasbruch verwendet wird (ETH 1995) . Diese Annahme wird in dieser Studie nicht übernommen. Nach Herstellerangaben (#2) wird der thermische Energiebedarf zu 90 % von Erdgas und zu 10 % von Heizöl S gedeckt. ETH nimmt in seiner Bilanzierung an, daß der gesamte thermische Energiebedarf über Erdgas gedeckt wird (ETH 1995). Hantsche gibt ein gängiges Verhältnis von zwei Dritteln Erdgas und einem Drittel Heizöl S an (#1). Nach Auskunft deutscher Hersteller wird zur Herstellung von Flachglas nach dem Float-Verfahren nur noch Gas als Brennstoff eingesetzt. Diese Annahme wird in GEMIS übernommen. Eine elektrische Zusatzheizung wird in dieser Bilanz nicht berücksichtigt. Hantsche gibt an, daß der Energiebedarf dadurch von 6,98 auf 5,23 GJ/t Flachglas gesenkt werden könnte.

Prozeßbedingte Luftemissionen: Die prozeßbedingten Luftemissionen lassen sich nicht über eine Verbrennungsrechnung zur Bereitstellung von Prozeßwärme berechnen, da der Brennstoff direkt im Prozeß eingesetzt wird bzw. spezifische Verbrennungsbedingungen vorherrschen. Diese sind bei der Berchnung der Emissionen zu berücksichtigen. Dabei können formal die Emissionen, die durch die Rohmaterialien verursacht werden und die aus dem Brennstoff resultieren, getrennt werden. Das Umweltbundesamt (UBA) gibt für die Emissionen aus dem Rohmaterial Kennziffern für Schwefeldioxid, Stickoxide, Staub und Kohlendioxid an. Diese sind in der folgenden Tabelle dargestellt (UBA 1996).
Tab.: Materialbedingte Luftemissionsfaktoren bei der Glasherstellung (UBA 1996).
Schadstoff Masse in kg/t Flachglas
CO2 200
NOx 0,8
SO2 2
Staub 0,4
Nicht berücksichtigt sind dabei die Chlorid- und Fluorid-Emissionen. Diese werden von ETH und Hantsche übernommen. Hantsche nimmt Chlorid-Emissionen in Höhe von 0,02 kg/t an (Hantsche 1993). Da für die Fluorid-Emissionen keine weiteren Informationen vorliegen werden in dieser Studie wie bei ETH 50 % des Grenzwertes angesetzt. Damit ergibt sich ein Emissionsfaktor in Höhe von 0,025 kg/t Produkt (ETH 1995).
Zusätzlich zu den materialbedingten Emissionen, sind die Emissionen zu berücksichtigen, die durch die Verbrennung des Brennstoffs unter den prozeßspezifischen Bedingungen zustande kommen. Auch hierfür hat das UBA Kennziffern generiert. Die Emissionsfaktoren unterscheiden sich natürlich für verschiedene Brennstoffe. Für das Floatglasverfahren wird, wie oben erwähnt, angenommen, daß die gesamte Energie über Erdgas bereitgestellt wird. Somit ergeben sich folgende Emissionsfaktoren:
Tab.: Brennstoffbedingte Luftemissionsfaktoren bei der Gasherstellung (UBA 1996).
Schadstoff Erdgas in kg/TJ Emissionen in kg/tfür 6,75 GJ/t
CO2 56000 378
CO 10 0,068
CH4 2,5 0,017
NMVOC 2,5 0,017
SO2 0,5 0,003
NOx 410 2,768
N2O 1,5 0,010
Staub 0 0
Die gesamten Luftemissionen ergeben sich durch Addition der materialbedingten und brennstoffbedingten Emissionsfaktoren.
Wasserinanspruchnahme
Wasser wird bei der Flachglas-Herstellung zu Kühlzwecken eingesetzt. ETH bilanziert für unbeschichtetes Flachglas 0,7 m³/t Flachglas (ETH 1995). Die Angabe von Hantzsche mit 7,5 m³/t ist nicht eindeutig identifizierbar und wird in der vorliegenden Untersuchung nicht berücksichtigt (Hantsche 1992).
Abwasserinhaltsstoffe
Von einer Belastung des Kühlwassers mit den in GEMIS berücksichtigten Abwasserinhaltsstoffen ist nicht auszugehen.
Reststoffe
In dem betrachteten System fallen keine festen Reststoffe an, die nicht wieder in den Prozeß eingebracht werden könnten.

1.2 Referenzen

  1. Hantsche, U. 1992: Prozeßkettenanalysen für Bau- und Werkstoffe, in: Fleischer, G. (Hrsg.): Vermeidung und Verwertung von Abfällen 3, Berlin, S. 261-294
  2. BGM (Bundesverband Glasindustrie und Mineralfaserindustrie e.V.) 1996: Persönliche Mitteilung über die relativen Anteile der bei der Flachglasherstellung eingesetzten Energieträger vom 17.03.1996
  3. ATV (Abwassertechnische Vereinigung e.V.) 1995: Abwasser, das in der Industrie anfällt, Merkblatt M763 des Regelwerks, Hennef
  4. Originaldokumentation von 'Steine-ErdenGlas-flach-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 ja
Ortsbezug Deutschland
Zeitbezug 2000

1.5 Technische Kennwerte

Funktionelle Einheit 1 kg Glas-flach
Auslastung 5000 h/a
Brenn-/Einsatzstoff Baustoffe
gesicherte Leistung 100 %
Jahr 2000
Lebensdauer 20 a
Leistung 1 t/h
Nutzungsgrad 167 %
Produkt Baustoffe

Funktionelle Einheit ist »1 kg Glas-flach«.

Inputs - Aufwendungen für den Prozess

Input Aus Vorprozess Menge Einheit
Dolomit Xtra-AbbauDolomit-DE-2000 0,133 kg
Elektrizität Netz-el-DE-Verteilung-NS-2000 230*10-9 TJ
Feinkalk Steine-ErdenCaO-fein-DE-2000 0,187 kg
N2 (gasförmig) Xtra-generischN2 (gasförmig) 0,018 kg
Prozesswärme Wärme-Prozess-Glas-DE-2000-Erdgas (Endenergie) 6,75*10-6 TJ
Refraktär-Keramik Steine-ErdenRefraktär-Keramik-DE-2000 0,013 kg
Sand Xtra-AbbauSand-DE-2000 0,6 kg
Soda Chem-AnorgSoda-DE-2000 0,19 kg
Wasser (Stoff) Xtra-generischWasser 0,7 kg

Outputs

Output Menge Einheit
Glas-flach 1 kg
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Funktionelle Einheit ist »1 kg Glas-flach«.

Ressourcen

Ressource inkl. Vorkette Einheit
Atomkraft 302*10-9 TJ
Biomasse-Anbau -43,8*10-12 TJ
Biomasse-Anbau -1,93*10-9 kg
Biomasse-Reststoffe -25,5*10-9 kg
Biomasse-Reststoffe 28,5*10-9 TJ
Braunkohle 245*10-9 TJ
Eisen-Schrott 0,000681 kg
Erdgas 8,35*10-6 TJ
Erdgas 41,8*10-6 kg
Erdöl 167*10-9 TJ
Erdöl 900*10-9 kg
Erze 0,0017 kg
Geothermie 719*10-15 TJ
Luft 0,0181 kg
Mineralien 1,63 kg
Müll 21,5*10-9 TJ
NE-Schrott 1,15*10-6 kg
Sekundärrohstoffe 1,51*10-6 kg
Sekundärrohstoffe 137*10-9 TJ
Sonne -12,1*10-12 TJ
Steinkohle 2,61*10-6 TJ
Wasser 13,9 kg
Wasserkraft 21,9*10-9 TJ
Wind 5,19*10-9 TJ

Ressourcen (Aggregierte Werte, KEA, KEV, KRA)

Ressource inkl. Vorkette Einheit
KEA-andere 158*10-9 TJ
KEA-erneuerbar 55,6*10-9 TJ
KEA-nichterneuerbar 11,7*10-6 TJ
KEV-andere 158*10-9 TJ
KEV-erneuerbar 55,6*10-9 TJ
KEV-nichterneuerbar 11,7*10-6 TJ

Luftemissionen

Luftemission inkl. Vorkette Einheit
As (Luft) 1,37*10-9 kg
Cd (Luft) 432*10-12 kg
CH4 0,00238 kg
CO 0,00596 kg
CO2 1,06 kg
Cr (Luft) 1,41*10-9 kg
H2S 5,38*10-9 kg
HCl 2,96*10-6 kg
HF 279*10-9 kg
HFC-125 0 kg
HFC-134 0 kg
HFC-134a 0 kg
HFC-143 0 kg
HFC-143a 0 kg
HFC-152a 0 kg
HFC-227 0 kg
HFC-23 0 kg
HFC-236 0 kg
HFC-245 0 kg
HFC-32 0 kg
HFC-43-10mee 0 kg
Hg (Luft) 1,28*10-9 kg
N2O 16,1*10-6 kg
NH3 64*10-9 kg
Ni (Luft) 7,83*10-9 kg
NMVOC 45,4*10-6 kg
NOx 0,00437 kg
PAH (Luft) 437*10-15 kg
Pb (Luft) 7,45*10-9 kg
PCDD/F (Luft) 7,35*10-15 kg
Perfluoraethan 311*10-12 kg
Perfluorbutan 0 kg
Perfluorcyclobutan 0 kg
Perfluorhexan 0 kg
Perfluormethan 2,47*10-9 kg
Perfluorpentan 0 kg
Perfluorpropan 0 kg
SF6 0 kg
SO2 0,00248 kg
Staub 0,000505 kg

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

Luftemission inkl. Vorkette Einheit
CO2-Äquivalent 1,13 kg
SO2-Äquivalent 0,00553 kg
TOPP-Äquivalent 0,00607 kg

Gewässereinleitungen

Gewässereinleitung inkl. Vorkette Einheit
anorg. Salze 0,181 kg
AOX 45,9*10-12 kg
As (Abwasser) 176*10-18 kg
BSB5 39,4*10-6 kg
Cd (Abwasser) 430*10-18 kg
Cr (Abwasser) 426*10-18 kg
CSB 0,0014 kg
Hg (Abwasser) 215*10-18 kg
Müll-atomar (hochaktiv) 111*10-9 kg
N 26,4*10-9 kg
P 450*10-12 kg
Pb (Abwasser) 2,81*10-15 kg

Abfälle

Abfall direkt inkl. Vorkette Einheit
Klärschlamm 0 2,38*10-6 kg
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