Prozessdetails: MetallAluminium-RU-2010

1.1 Beschreibung

GUS -Schmelzflusselektrolyse: Primäraluminium (Hüttenaluminium) wird aus Tonerde mittels Schmelzflusselektrolyse (Hall-Heroult-Prozeß) gewonnen. 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 (Harnisch 1995), 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).
Allokation: keine
Genese der Daten: Die Daten für die Einsatzstoffe Tonerde (1900 kg) und Aluminiumfluorid (18 kg) sowie der Hilfsenergie Heizöl EL (3825 MJ) sind aus BUWAL (1991) entnommen. Da aufgrund der veralteten Technologie (überwiegend alte Söderberg-Zellen) in der GUS der Anodenverbrauch höher als im Westen ist (Manaktala 1993b), wird nicht die Kennziffer der BUWAL-Studie übernommen, sondern für die GUS-Schmelzflußelektrolyse ein höherer Verbrauch von 500 kg Anodenmaterial abgeschätzt.
Die Kennziffer für den Stromverbrauch der GUS-Schmelzflußelektrolyse (16800 kWh = 60450 MJ) geht auf eine Auswertung der Quelle (Manaktala 1993c) zurück, in welcher der Stromverbrauch der Schmelzflußelektrolysen in der GUS dezidiert aufgeführt wird. Der im internationalen Maßstab hohe spezifische Stromverbrauch ist auf die veraltete Anlagentechnik in der GUS zurückzuführen.
Die Emissionsfaktoren für Schwefeldioxid (18 kg), Kohlenmonoxid (150 kg) Kohlendioxid (1400 kg) gehen auf (Harnisch 1995) bzw. fürTetrafluormethan (0,5 kg) und Hexafluorethan (0,066 kg) gehen auf (Harnisch 1998 und Harnisch 1999) zurück und entsprechen globalen Durchschnittswerten (Anmerkung: die Kennziffern für die fluorierten Treibhausgase schwanken von Anlage zu Anlage, daher werden hierzu für alle in GEMIS aufgenommenen Schmelzflußelektrolyseprozesse wie z.B. GUS -Schmelzflußelektrolyse etc. die gleichen globalen Durchschnittswerte angesetzt). Für die Prozeßemissionen von Fluorwasserstoff (2,5 kg) und Staub (17,5 kg) werden in (Jones 1992) Kennziffern für die Söderberzellen in der GUS aufgeführt. Da Söderbergzellen den weitaus größten Teil der Primäraluminiumkapazität in der GUS abdecken (Manaktala 1993c), werden diese Werte als Kennziffern für die GUS-Schmelzflußelektrolyse in GEMIS eingesetzt. Die Kennziffer für die Gesamtabfallmenge (35,7 kg) stammt von (Krone 1990) und wird auf die GUS übertragen. Nicht abgebrannte Anodenreste sind dabei nicht berücksichtigt, da sie bei der Anodenherstellung wieder eingesetzt werden.

1.2 Referenzen

  1. Harnisch, J. et al: COS, CS2 and SO2 in Aluminium Smelter Exhaust, in: ESPR-Environ. Sci. & Pollut. Res. 2 (4), S. 229
  2. Manaktala, S.C. 1993: The Primary Aluminium Industry in the Commonwealth of Independent States - Part III, in: JOM Nr. 5, S. 22
  3. Jones, P. 1992: CIS Al and the Environment. Opportunity or Threat?, in: JOM Nr. 6, S. 6
  4. Originaldokumentation von 'MetallAluminium-RU-2010'

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 Russische Föderation
Zeitbezug 2010

1.5 Technische Kennwerte

Funktionelle Einheit 1 kg Aluminium
Auslastung 5000 h/a
Brenn-/Einsatzstoff Rohstoffe
gesicherte Leistung 100 %
Jahr 2010
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 0,5 kg
Bauxit Chem-anorgTonerde-mix-RU-2010 1,9 kg
Elektrizität El-KW-Park-RU-2010 60,5*10-6 TJ
Prozesswärme Öl-schwer-Kessel-RU-2010 3,82*10-6 TJ

Outputs

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

Ressourcen

Ressource inkl. Vorkette Einheit
Atomkraft 34,1*10-6 TJ
Biomasse-Anbau 837*10-9 kg
Biomasse-Anbau 10,7*10-12 TJ
Biomasse-Reststoffe 4,23*10-9 kg
Biomasse-Reststoffe 6,92*10-9 TJ
Braunkohle 1,73*10-6 TJ
Eisen-Schrott 0,0144 kg
Erdgas 0,000107 TJ
Erdgas 0,000165 kg
Erdöl 19,9*10-6 TJ
Erdöl 3,65*10-6 kg
Erze 4,85 kg
Geothermie 32,7*10-9 TJ
Luft 0,00223 kg
Mineralien 0,656 kg
Müll 504*10-9 TJ
NE-Schrott 1,51*10-6 kg
Sekundärrohstoffe 0,515 kg
Sekundärrohstoffe -218*10-9 TJ
Sonne 8,78*10-9 TJ
Steinkohle 57,4*10-6 TJ
Wasser 58,3 kg
Wasserkraft 11,5*10-6 TJ
Wind 9,71*10-9 TJ

Ressourcen (Aggregierte Werte, KEA, KEV, KRA)

Ressource inkl. Vorkette Einheit
KEA-andere 286*10-9 TJ
KEA-erneuerbar 11,5*10-6 TJ
KEA-nichterneuerbar 0,00022 TJ
KEV-andere 286*10-9 TJ
KEV-erneuerbar 11,5*10-6 TJ
KEV-nichterneuerbar 0,00022 TJ

Luftemissionen

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
As (Luft) k.A. 7,12*10-9 kg
Cd (Luft) k.A. 3,29*10-9 kg
CH4 0 0,0319 kg
CO 0,15 0,167 kg
CO2 1,4 14,7 kg
Cr (Luft) k.A. 17*10-9 kg
H2S 0 38,8*10-9 kg
HCl 0 0,00523 kg
HF 0,0025 0,00293 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. 8,81*10-9 kg
N2O 0 0,000444 kg
NH3 0 1,35*10-6 kg
Ni (Luft) k.A. 22,9*10-9 kg
NMVOC 0 0,00139 kg
NOx 0 0,0364 kg
PAH (Luft) k.A. 744*10-15 kg
Pb (Luft) k.A. 92,3*10-9 kg
PCDD/F (Luft) k.A. 133*10-15 kg
Perfluoraethan 66*10-6 66*10-6 kg
Perfluorbutan 0 0 kg
Perfluorcyclobutan 0 0 kg
Perfluorhexan 0 0 kg
Perfluormethan 0,0005 0,0005 kg
Perfluorpentan 0 0 kg
Perfluorpropan 0 0 kg
SF6 0 0 kg
SO2 0,018 0,0764 kg
Staub 0,0175 0,0547 kg

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

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
CO2-Äquivalent 5,9 20,1 kg
SO2-Äquivalent 0,022 0,111 kg
TOPP-Äquivalent 0,0165 0,0646 kg

Gewässereinleitungen

Gewässereinleitung inkl. Vorkette Einheit
anorg. Salze 0,00465 kg
AOX 329*10-12 kg
As (Abwasser) 217*10-18 kg
BSB5 0,00079 kg
Cd (Abwasser) 529*10-18 kg
Cr (Abwasser) 524*10-18 kg
CSB 0,02 kg
Hg (Abwasser) 265*10-18 kg
Müll-atomar (hochaktiv) 15,5*10-6 kg
N 39,1*10-9 kg
P 651*10-12 kg
Pb (Abwasser) 3,45*10-15 kg

Abfälle

Abfall direkt inkl. Vorkette Einheit
Abraum 0 15,6 kg
Produktionsabfall 0,0357 1,2 kg
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