Prozessdetails: Steine-ErdenZiegel-Mauer-DE-2000

1.1 Beschreibung

Eingabe Porosierungsmittel als Sägespäne; Korrektur CO2-Emissionen von 180 auf 148 kg/t (Sägespäneanteil:32 kg/t)
Herstellung von Mauerziegeln (Ziegelwerk). Die im Ziegelwerk angelieferten tonhaltigen Rohstoffe werden vor dem Brennen aufbereitet. Dabei werden sie mit Wasser konditioniert und ins Walzwerk gegeben. Heute werden meist ein grobes und ein feines Walzwerk betrieben. Nach den Walzwerken werden die Mineralien durch Strangpresse und Abschneider geformt. Derartig vorbehandelt werden sie in die Trocknungskammer eingebracht, die mit der Abwärme des Brennofens beheizt wird. Im Anschluß werden die Ziegel gebrannt. Häufig wird die Trocknung und der Vorbrand in einem Prozeß mit dem keramischen Brand realisiert. Der Brand erfolgt in den meisten Fällen in kontinuierlich betriebenen Tunnelöfen bei Temperaturen zwischen 1000 und 1200°C. Die gebrannten Ziegel werden luftgekühlt. Die Datenbasis für den Prozeß der Ziegelherstellung in GEMIS bildet die Ökobilanz von Mauerziegeln der deutschen, österreichischen und schweizerischen Ziegelverbände (#1). Sie stützt sich auf die Primärdaten von 12 einzelnen Ziegelwerken. Die Daten wurden im Zeitraum von 1992 bis 1993 ermittelt.
Genese der Kennziffern
Massenbilanz: Für die Herstellung einer Tonne Ziegel müssen im Mittel ca. 1350 kg Tone in den Prozeß eingebracht werden. Dabei reicht die Spanne in der betrachteten Studie von 1055 kg bis 1725 kg Tonmineralien pro Tonne Ziegel (DACH 1996). Die enormen Differenzen sind auf Schwankungen des Wassergehalts und die Art der Ziegel zurückzuführen. Je nach Wassergehalt werden den Tonen Sand und Natursteinmehl beigemengt. Diese Mengen werden in GEMIS allerdings nicht berücksichtigt.
Neben den Tonmineralien werden eine Reihe von Zuschlagsstoffen und Porosierungsmittel eingesetzt. Als Porosierungsmittel werden häufig Sägemehl und Polystyrol verwendet. Ein großer Anteil der Porosierungsstoffe wird über Reststoffe gedeckt. Da die Massenanteile der Porosierungsmittel gering sind, der Anteil von Ziegel zu Ziegel sehr unterschiedlich ist und Reststoffe in der Prozeßkettenanalyse ohne Vorkette bilanziert werden, werden die Porosierungsmittel an dieser Stelle nicht aufgeführt. Die über die Porosierungsmittel bereitgestellte Energie ist jedoch beim Energiebedarf des Prozesses zu berücksichtigen (s.u.)
Energiebedarf: Der Energiebedarf der in #1 bilanzierten Werke wird größtenteils über Erdgas und Strom gedeckt. Vereinzelt werden auch Heizöle und Propan als Energieträger eingesetzt. Diese werden in GEMIS nicht bilanziert. Der arithmetisch gemittelte Energiebedarf der bilanzierten Ziegelwerke aufgeteilt nach Energieträgern ist in der folgenden Tabelle dargestellt.
Tab.: Energiebedarf zur Herstellung einer Tonne Ziegel getrennt nach Energieträgern (DACH 1996, arithmetisch gemittelt).
Energieträger Menge in MJ/t
Erdgas 1310
elektr. Strom 150
Die Zuschlagsstoffe, die als Porosierungsmittel dienen, sind ebenfalls als Energieträger zu werten, da sie beim Brennen der Ziegel praktisch vollständig verbrennen., wobei den jeweiligen Heizwerten entsprechende Wärmemengen freigesetzt werden. Die Deckung des Energiebedarfs über Porosierungsmittel schwankt stark von Ziegelwerk zu Ziegelwerk. Arithmetisch gemittelt für die bilanzierten Werke ergibt sich ein Anteil an Endenergie von 620 MJ/t. Die Porosierungsmittel werden in GEMIS ohne Vorkette bilanziert.
Prozeßbedingte Luftemissionen: Die prozeßbedingten Luftemissionen wurden für die 12 bilanzierten Werke durch Messungen erfaßt . In GEMIS wird das arithmetische Mittel der einzelnen Werke angesetzt. Die Emissionsfaktoren sind in der folgenden Tabelle dargestellt:
Tab.: Emissionsfaktoren der einzelnen Luftschadstoffe pro Tonne gebrannter Ziegel (DACH 1996, arithmetisch gemittelt).
Schadstoff Masse in kg/t Ziegel
SO2 0,100
NOx 0,260
Staub 0,019
CO2 180,417
CO 0,391
HF 0,003
HCl 0,012
organische Stoffe (gesamt C) 0,063
Die Emissionen, die aus der Bereitstellung des Stromes resultieren, sind dabei noch nicht berücksichtigt.
Wasserinanspruchnahme: Der Wasserbedarf beim Mischen und Formen der Rohmaterialien im Prozeß der Ziegelherstellung ist wie der Rohstoffbedarf selbst sehr stark von der Grubenfeuchte der Tone abhängig. Daher kann die eingesetzte Wassermenge stark variieren (#3). Das arithmetische Mittel der für die Ziegelverbände erstellten Ökobilanz ergibt einen Wasserbedarf von 0,1 m³/t Ziegel. Dieser Wert wird in GEMIS übernommen.
Abwasserinhaltsstoffe: Bei allen bilanzierten Werken ist der Abwasseranfall zu vernachlässigen (#1). Das eingesetzte Prozeßwasser und die Grubenfeuchte der Tone verdampfen während des Trocknungs- und Brennprozesses (#2).
Reststoffe: Bei allen in #1 untersuchten Werken ist die aus der Entsorgung fester Abfälle resultierende Umweltbelastung gering. Daten hierzu wurden daher nicht aufgeführt.
Der bei der Ziegelherstellung anfallende Trocken- und Brennbruch wird werksintern wiederverwertet (Beimengen zum Rohton) oder nach einer Weiterverarbeitung verkauft (Tennismehl). Die daraus resultierenden Produkte werden in GEMIS nicht berücksichtigt (s. Allokation).

1.2 Referenzen

  1. DACH (Projektteam, Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie e.V., Verband Österreichischer Ziegelwerke, Verband Schweizerische Ziegelindustrie) 1996: Ökobilanz Ziegel - Ökologische Bewertung von Mauerziegeln sowie ökologische und betriebswirtschaftliche Bewertung von Ziegel-Außenwandkonstruktionen, Kanzlei Dr. Bruck, Wien
  2. IfZ (Institut für Ziegelforschung) 1995: Persönliche Mitteilung des Instituts für Ziegelforschung Essen e.V. vom 06.11.1995
  3. Öko-Institut (Institut für angewandte Ökologie e.V.) 1996: Emittentenstruktur der Umweltökonomischen Gesamtrechnung (UGR) - Material- und Energieflußrechnung, M. Buchert u.a., i.A. des Statistischen Bundesamtes, Darmstadt
  4. Originaldokumentation von 'Steine-ErdenZiegel-Mauer-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 Ziegel
Auslastung 5000 h/a
Brenn-/Einsatzstoff Rohstoffe
gesicherte Leistung 100 %
Jahr 2000
Lebensdauer 20 a
Leistung 1 t/h
Nutzungsgrad 74,1 %
Produkt Baustoffe

Funktionelle Einheit ist »1 kg Ziegel«.

Inputs - Aufwendungen für den Prozess

Input Aus Vorprozess Menge Einheit
Elektrizität Netz-el-DE-2000-Grundlast 150*10-9 TJ
Erdgas-DE-KW-2000 PipelineGas-DE-2000-mix 1,31*10-6 TJ
Holz-DE-Wald-2000 Xtra-RestHolz-DE-Wald-2000 620*10-9 TJ
Tonmineralien Xtra-AbbauTon-DE-2000 1,35 kg
Wasser (Stoff) Xtra-generischWasser 0,1 kg

Outputs

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

Ressourcen

Ressource inkl. Vorkette Einheit
Atomkraft 176*10-9 TJ
Biomasse-Anbau -356*10-12 kg
Biomasse-Reststoffe 620*10-9 TJ
Biomasse-Reststoffe -54,9*10-12 kg
Braunkohle 152*10-9 TJ
Eisen-Schrott 0,000131 kg
Erdgas 1,46*10-6 TJ
Erdgas 6,13*10-6 kg
Erdöl 212*10-9 kg
Erdöl 154*10-9 TJ
Erze 0,000324 kg
Geothermie 525*10-15 TJ
Luft 20,2*10-6 kg
Mineralien 1,35 kg
Müll 58,2*10-9 TJ
NE-Schrott 122*10-9 kg
Sekundärrohstoffe 343*10-9 kg
Sekundärrohstoffe 876*10-12 TJ
Sonne -2,41*10-12 TJ
Steinkohle 57,7*10-9 TJ
Wasser 0,268 kg
Wasserkraft 8,57*10-9 TJ
Wind 39,1*10-12 TJ

Ressourcen (Aggregierte Werte, KEA, KEV, KRA)

Ressource inkl. Vorkette Einheit
KEA-andere 59*10-9 TJ
KEA-erneuerbar 629*10-9 TJ
KEA-nichterneuerbar 1,99*10-6 TJ
KEV-andere 59*10-9 TJ
KEV-erneuerbar 629*10-9 TJ
KEV-nichterneuerbar 1,99*10-6 TJ

Luftemissionen

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
As (Luft) k.A. 395*10-12 kg
Cd (Luft) k.A. 370*10-12 kg
CH4 0 0,000224 kg
CO 0,000391 0,000448 kg
CO2 0,149 0,192 kg
Cr (Luft) k.A. 606*10-12 kg
H2S 0 930*10-12 kg
HCl 12*10-6 13*10-6 kg
HF 3*10-6 3,06*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. 431*10-12 kg
N2O 0 1,41*10-6 kg
NH3 0 166*10-9 kg
Ni (Luft) k.A. 4,19*10-9 kg
NMVOC 0 7,05*10-6 kg
NOx 0,00026 0,00045 kg
PAH (Luft) k.A. 296*10-15 kg
Pb (Luft) k.A. 1,82*10-9 kg
PCDD/F (Luft) k.A. 2,04*10-15 kg
Perfluoraethan 0 52,7*10-12 kg
Perfluorbutan 0 0 kg
Perfluorcyclobutan 0 0 kg
Perfluorhexan 0 0 kg
Perfluormethan 0 419*10-12 kg
Perfluorpentan 0 0 kg
Perfluorpropan 0 0 kg
SF6 0 0 kg
SO2 0,0001 0,000145 kg
Staub 19*10-6 34,7*10-6 kg

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

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
CO2-Äquivalent 0,149 0,199 kg
SO2-Äquivalent 0,000296 0,000474 kg
TOPP-Äquivalent 0,00036 0,000608 kg

Gewässereinleitungen

Gewässereinleitung inkl. Vorkette Einheit
anorg. Salze 595*10-9 kg
AOX 34,8*10-12 kg
As (Abwasser) 1,23*10-18 kg
BSB5 258*10-9 kg
Cd (Abwasser) 3,01*10-18 kg
Cr (Abwasser) 2,97*10-18 kg
CSB 9,04*10-6 kg
Hg (Abwasser) 1,5*10-18 kg
Müll-atomar (hochaktiv) 64,7*10-9 kg
N 25,9*10-9 kg
P 441*10-12 kg
Pb (Abwasser) 19,6*10-18 kg

Abfälle

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