Prozessdetails: MetallFe-roh-DE-2020

1.1 Beschreibung

Im Hochofen wird das Eisenerz aus Sinter, Pellets oder Stückerz mit Koks zu Eisen reduziert und dabei geschmolzen. Die mineralischen Begleiter aus Eisenerz und Koks bilden zusammen mit den Zuschlägen die Schlacke. Zusätzliche Prozeßwärme wird durch partielle Oxidation des Kokses mit erhitzter Luft (Wind) erzeugt, der dem Hochofen im unteren Teil zugeführt wird. Ein Teil des Kokses kann dabei durch andere Energieträger wie Kohle oder Schweröl ersetzt werden. Alle Daten sind auf Deutschland bezogen.
Allokation: Der Hochofen „produziert" Gichtgas aus der partiellen Oxidation der fossilen Energieträger. Das gereinigte Gichtgas wird zu einem Drittel verbraucht, um den Wind vorzuwärmen. Aus dem restlichen Gichtgas wird Strom produziert.
Genese der Daten: Material- und Energiebilanz wurden aus #1 und #2 zusammengestellt und in #3 diskutiert. Es wird angenommen, daß 33% des intern entstandenen Gichtgases von insgesamt 6 GJ/t RE zur Erhitzung des Windes verbrannt wird, die restlichen 66% werden zur Stromerzeugung genutzt. Da auf einen Austausch der Energieträger Kokereigas und Gichtgas verzichtet wird, folgt die Bilanzierung damit weitgehend dem Energieverteilungsplan nach (Ullmann 1989). Aus Ullmann wird ebenfalls der elektrische Wirkungsgrad von 0,374 übernommen. Es werden somit 1,5 GJ/t RE Strom erzeugt. Die Emissionsfaktoren sind aus (UBA 1995) sowie aus eigenen Berechnungen gewonnen worden. Die Tabelle gibt einen Überblick über die Zusammensetzung der Emissionen.
Emission prozessbedingte Feuerung Feuerung
kg/t RE Winderhitzer Kraftwerk
CO2 1419
CO 1,18 0,095 0,38 1,655
CH4 -
NMVOC -
SO2 0,06 0,0066 0,013 0,08
NOx 0,133 0,76 0,893
Staub 1,0 1
Die Daten für prozessbedingte Emissionen sind aus (UBA 1995) entnommen worden. Die Emissionen werden durch Undichtigkeiten des Gichtgassystems und Emissionen aus der Gießhalle verursacht. Da es sich um keine gefaßten Emissionen handelt, sind die Emissionen vom UBA geschätzt bzw. aus Einzelmessungen hochgerechnet. Für Stickoxide sind keine Emissionsfaktoren erhoben worden, obwohl beim Abstich Stickoxide entstehen können.
Emissionsfaktoren zur Feuerung der Gichtgase liegen vom UBA (UBA 1989) vor und wurden für SO2 übernommen. Die Emissionsfaktoren für Stickoxide sind aufgrund der Aufspaltung der Gichtgasnutzung in Winderhitzer und Kraftwerk nicht anwendbar. Zur Berechnung der Stickoxide sind für den Winderhitzer 50 mg Nox/ Nm3 und für das Kraftwerk 200 mg NOx/Nm3 bei 6 Vol-% Restsauerstoff angesetzt worden. Für CO werden 50 mg CO/Nm3 beim Winderhitzer und 100 mg CO/Nm3 beim Kraftwerk berechnet.
CO2 ist aus dem Kohlenstoffinput direkt berechnet worden, ohne Abzug des im Roheisen verbleibenden Kohlenstoff.
Die Wasserinanspruchnahme von 3,24 m3/t Prozeßwasser wird nach #2 zur Kühlung der Gicht, zur Granulierung der Schlacke und zur Naßwäsche eingesetzt. Zur Kühlung der Außenhaut wird 2 m3/t Kühlwasser nach #2 gebraucht.
Als Produktionsabfall entsteht Schlacke (235 kg/t) sowie Gichtgasstaub (5 kg/t) und Gichtgasschlamm (5 kg/t). Gichtgasstaub wird rezykliert und daher nicht bilanziert.

1.2 Referenzen

  1. Jahrbuch Stahl 1993, Band I, Verlag Stahleisen, Düsseldorf
  2. Primärdaten eines deutschen Herstellers
  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 'MetallFe-roh-DE-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 IINAS - International Institute for Sustainability Analysis
Datensatzprüfung nein
Ortsbezug Deutschland
Zeitbezug 2020

1.5 Technische Kennwerte

Funktionelle Einheit 1 kg Eisen
Auslastung 5000 h/a
Brenn-/Einsatzstoff Grundstoffe-Sonstige
gesicherte Leistung 100 %
Jahr 2020
Lebensdauer 20 a
Leistung 1 t/h
Nutzungsgrad 98 %
Produkt Metalle - Eisen/Stahl
Verwendete Allokation Allokation durch Gutschriften

Funktionelle Einheit ist »1 kg Eisen«.

Inputs - Aufwendungen für den Prozess

Input Aus Vorprozess Menge Einheit
Branntkalk (CaO) Steine-ErdenCaO-mix-DE-2020 0,03 kg
Eisen-Erz MetallFe-Erz-Import-mix-DE-2020 0,13 kg
Eisen-Pellets MetallFe-Pellets-Import-mix-DE-2020 0,465 kg
Mineralstoffe Xtra-AbbauMineralien-DE-2020 0,03 kg
Öl-schwer-DE-2020 RaffinerieÖl-schwer-DE-2020 966*10-9 TJ
Sinter AufbereitungSinter-DE-2020 1,02 kg
Steinkohle-DE-Koks FabrikSteinkohle-Koks-DE-2020 11,4*10-6 TJ
Steinkohle-DE-Vollwert-subv-2020 Kohle-Subvention-DE-2020 1,74*10-6 TJ
Wasser (Stoff) Xtra-generischWasser 5,24 kg

Transportaufwendungen

Transport Menge Einheit
Transport von Öl-schwer-DE-2020 mit Zug-el-Güter-DE-2020 2475 tkm
Transport von Steinkohle-DE-Koks mit Zug-el-Güter-DE-2010 9007 tkm
Transport von Steinkohle-DE-Vollwert-subv-2020 mit Zug-el-Güter-DE-2020 8532 tkm

Outputs

Output Menge Einheit
Eisen 1 kg
Gutschrift Strom-Bonus-für-KWK-DE-2020 bei Strom-Bonus-el-mix-DE-2020 1,5*10-6 TJ/kg
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Funktionelle Einheit ist »1 kg Eisen«.

Ressourcen

Ressource inkl. Vorkette Einheit
Abwärme -168*10-15 TJ
Atomkraft -409*10-9 TJ
Biomasse-Anbau -77*10-9 TJ
Biomasse-Anbau -16,4*10-6 kg
Biomasse-Reststoffe -45,2*10-6 kg
Biomasse-Reststoffe -383*10-9 TJ
Braunkohle -458*10-9 TJ
Eisen-Schrott 0,000673 kg
Erdgas -1,47*10-6 TJ
Erdgas 0,000211 kg
Erdöl 2,59*10-6 TJ
Erdöl -71,3*10-6 kg
Erze 1,44 kg
Fe-Schrott 161*10-12 kg
Geothermie -3,98*10-9 TJ
Luft 0,0001 kg
Mineralien 0,321 kg
Müll -72,6*10-9 TJ
NE-Schrott -12,1*10-6 kg
Sekundärrohstoffe -9,33*10-6 kg
Sekundärrohstoffe 3,95*10-6 TJ
Sonne -101*10-9 TJ
Steinkohle 20,1*10-6 TJ
Wasser 11,8 kg
Wasserkraft 109*10-9 TJ
Wind -275*10-9 TJ

Ressourcen (Aggregierte Werte, KEA, KEV, KRA)

Ressource inkl. Vorkette Einheit
KEA-andere 3,87*10-6 TJ
KEA-erneuerbar -731*10-9 TJ
KEA-nichterneuerbar 20,4*10-6 TJ
KEV-andere 3,87*10-6 TJ
KEV-erneuerbar -731*10-9 TJ
KEV-nichterneuerbar 20,4*10-6 TJ

Luftemissionen

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
As (Luft) k.A. -651*10-12 kg
Cd (Luft) k.A. 205*10-12 kg
CH4 0 0,00705 kg
CO 0,00165 0,0171 kg
CO2 1,42 1,63 kg
Cr (Luft) k.A. -491*10-12 kg
H2S 0 -17,1*10-9 kg
HCl 0 1,33*10-6 kg
HF 0 -179*10-9 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. -1,76*10-9 kg
N2O 0 5,84*10-6 kg
NH3 0 -15,9*10-6 kg
Ni (Luft) k.A. 13,4*10-9 kg
NMVOC 0 0,000179 kg
NOx 0,000893 0,00376 kg
PAH (Luft) k.A. 1,28*10-12 kg
Pb (Luft) k.A. -1,75*10-9 kg
PCDD/F (Luft) k.A. 5,99*10-15 kg
Perfluoraethan 0 -1,28*10-9 kg
Perfluorbutan 0 0 kg
Perfluorcyclobutan 0 0 kg
Perfluorhexan 0 0 kg
Perfluormethan 0 -9,97*10-9 kg
Perfluorpentan 0 0 kg
Perfluorpropan 0 0 kg
SF6 0 0 kg
SO2 80*10-6 0,00253 kg
Staub 0,001 0,00209 kg

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

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
CO2-Äquivalent 1,42 1,81 kg
SO2-Äquivalent 0,000702 0,00512 kg
TOPP-Äquivalent 0,00127 0,00674 kg

Gewässereinleitungen

Gewässereinleitung direkt inkl. Vorkette Einheit
anorg. Salze 0 -0,000223 kg
AOX 6*10-9 6,24*10-9 kg
As (Abwasser) k.A. -61,8*10-15 kg
BSB5 0 0,00113 kg
Cd (Abwasser) k.A. -151*10-15 kg
Cr (Abwasser) k.A. -149*10-15 kg
CSB 60*10-6 0,0403 kg
Hg (Abwasser) k.A. -75,5*10-15 kg
Müll-atomar (hochaktiv) k.A. -150*10-9 kg
N 0 179*10-9 kg
P 0 1,03*10-9 kg
Pb (Abwasser) k.A. -984*10-15 kg

Abfälle

Abfall direkt inkl. Vorkette Einheit
Abraum 0 3,43 kg
Klärschlamm 0 35,8*10-6 kg
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