Prozessdetails: MetallStahl-Oxygen-DE-2020

1.1 Beschreibung

Oxygen- bzw. Sauerstoff- bzw. Blasstahlwerk: Als Blasstahlverfahren werden das LD- oder das OBM-Verfahren eingesetzt. In beiden wird Roheisen unter Zusatz von Schrott durch Sauerstoff in Stahl umgewandelt. Der Sauerstoff oxidiert die Roheisenbegleiter Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor und Mangan unter Wärmeentwicklung. Die festen Oxide werden in die Schlacke eingebunden. Die genannten Verfahren unterscheiden sich durch die Technik der Einbringung von Sauerstoff in das flüssige Eisenbad. Beim LD-Verfahren wird der Sauerstoff von oben aufgeblasen, beim OBM-Verfahren wird der Sauerstoff über den Boden eingedüst. Alle Daten beziehen sich auf Deutschland.
Allokation: keine
Genese der Daten: Aus veröffentlichen ökobilanziellen Studien konnten folgende Daten zur Materialbilanz zusammengetragen werden
Tabelle01 Materialbilanz Aufblasstahl verschiedene Studien.
Klöckner 1980 KFA 1989 WIKUE 1993 BUWAL 1990 GEMIS
Input
Roheisen 820 1080 961 863 934
Schrott 280 60 172 162 180
Kalk 60 90 50 81 50
Sauerstoff 70 74 81 k.A. 70
Summe 1230 1303 1264 1106 1234
Output
Stahl 1000 1000 1000 1000 1000
Schlacke 115 144 136 97 110
Konvertergas 100 111 97 k.A. 100
Stäube 15 14 31 k.A. 15
Summe 1230 1270 1264 1097 1225
Aus der Aufstellung wird deutlich, daß unterschiedliche Angaben zum Input vorliegen. Besonders relevant ist die eingesetzte Roheisen- und Schrottmenge. Hier zeichnen sich Differenzen ab.
In GEMIS ist die Einsatzmenge von Roheisen und Schrott aus #1 ermittelt worden. Dabei erreicht der Schrotteinsatz mit ca. 180 kg/t Stahl nicht die anlagentechnischen Angaben von 200 kg/t Stahl. Die Stoffe aus der Oxidation mit 70 kg Sauerstoff /tP bilden das Konvertergas. Kalk wird nach #1 mit 50 kg/t Stahl eingesetzt. Die Daten entsprechen den Angaben anderer Bilanzen.
Es werden keine Energieträger eingesetzt. Der Wärmegewinn resultiert aus der Oxidation der Eisenbegleiter Kohlenstoff, Schwefel, Mangan etc..
Emissionen:
Die gasförmigen Emissionen über das Koverterabgas von 0,08 kg NO2 / t Stahl, 0,175 kg Staub / t und 11,5 kg CO /t werden aus #2 übernommen
Der Prozesswasserverbrauch beträgt nach #3 rund 2 m3/ t und der Kühlwasserverbrauch 1 m3/t. Die Emissionen an CSB werden nach #3 auf 0,05 kg/t und an AOX auf 0,005 g/t abgeschätzt.
Achtung: Die Schwermetall und Dioxin/Furan-Emissionsdaten sind ein Aggregat über die gesamte vorgelagerte Prozesskette, d.h nicht nur die des Oxygenstahlwerks ! (Daten nach ÖKO 2001)

1.2 Referenzen

  1. Jahrbuch Stahl 1993, Band I, Verlag Stahleisen, Düsseldorf
  2. Umweltbundesamt (UBA) 1995: persönl. Mitteilung, Berlin
  3. Primärdaten eines deutschen Herstellers
  4. Originaldokumentation von 'MetallStahl-Oxygen-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 Stahl
Auslastung 5000 h/a
Brenn-/Einsatzstoff Metalle - Eisen/Stahl
gesicherte Leistung 100 %
Jahr 2020
Lebensdauer 20 a
Leistung 1 t/h
Nutzungsgrad 107 %
Produkt Metalle - Eisen/Stahl

Funktionelle Einheit ist »1 kg Stahl«.

Inputs - Aufwendungen für den Prozess

Input Aus Vorprozess Menge Einheit
Branntkalk (CaO) Steine-ErdenCaO-mix-DE-2020 0,05 kg
Eisen MetallFe-roh-DE-2020 0,934 kg
Elektrizität Netz-el-DE-Verbund-HS-2020 50*10-9 TJ
O2 (gasförmig) Xtra-generischO2 (gasförmig) 0,07 kg
Refraktär-Keramik Steine-ErdenRefraktär-Keramik-DE-2000 0,015 kg
Stahlschrott Xtra-RestSchrott 0,18 kg
Wasser (Stoff) Xtra-generischWasser 3 kg

Outputs

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

Ressourcen

Ressource inkl. Vorkette Einheit
Abwärme -158*10-15 TJ
Atomkraft -327*10-9 TJ
Biomasse-Anbau -68,6*10-9 TJ
Biomasse-Anbau -14,6*10-6 kg
Biomasse-Reststoffe -40,2*10-6 kg
Biomasse-Reststoffe -313*10-9 TJ
Braunkohle -380*10-9 TJ
Eisen-Schrott 0,181 kg
Erdgas -1,11*10-6 TJ
Erdgas 0,000201 kg
Erdöl -63,5*10-6 kg
Erdöl 2,44*10-6 TJ
Erze 1,34 kg
Fe-Schrott 213*10-12 kg
Geothermie -3,54*10-9 TJ
Luft 0,0701 kg
Mineralien 0,449 kg
Müll -59,6*10-9 TJ
NE-Schrott -10,7*10-6 kg
Sekundärrohstoffe -7,82*10-6 kg
Sekundärrohstoffe 3,69*10-6 TJ
Sonne -90,5*10-9 TJ
Steinkohle 18,9*10-6 TJ
Wasser 14,2 kg
Wasserkraft 106*10-9 TJ
Wind -245*10-9 TJ

Ressourcen (Aggregierte Werte, KEA, KEV, KRA)

Ressource inkl. Vorkette Einheit
KEA-andere 3,63*10-6 TJ
KEA-erneuerbar -614*10-9 TJ
KEA-nichterneuerbar 19,5*10-6 TJ
KEV-andere 3,63*10-6 TJ
KEV-erneuerbar -614*10-9 TJ
KEV-nichterneuerbar 19,5*10-6 TJ

Luftemissionen

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
As (Luft) 79*10-9 78,5*10-9 kg
Cd (Luft) 54*10-9 54,3*10-9 kg
CH4 0 0,00664 kg
CO 0,0115 0,0287 kg
CO2 0 1,6 kg
Cr (Luft) 410*10-9 410*10-9 kg
H2S 0 -15,1*10-9 kg
HCl 0 2,07*10-6 kg
HF 0 -7,31*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) 53*10-9 51,5*10-9 kg
N2O 0 6,68*10-6 kg
NH3 0 -14,2*10-6 kg
Ni (Luft) 340*10-9 354*10-9 kg
NMVOC 0 0,000169 kg
NOx 80*10-6 0,00365 kg
PAH (Luft) k.A. 1,26*10-12 kg
Pb (Luft) 2,88*10-6 2,88*10-6 kg
PCDD/F (Luft) 4,2*10-12 4,21*10-12 kg
Perfluoraethan 0 -1,07*10-9 kg
Perfluorbutan 0 0 kg
Perfluorcyclobutan 0 0 kg
Perfluorhexan 0 0 kg
Perfluormethan 0 -8,32*10-9 kg
Perfluorpentan 0 0 kg
Perfluorpropan 0 0 kg
SF6 0 0 kg
SO2 0 0,00238 kg
Staub 0,000175 0,00214 kg

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

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
CO2-Äquivalent 0 1,76 kg
SO2-Äquivalent 55,7*10-6 0,0049 kg
TOPP-Äquivalent 0,00136 0,00787 kg

Gewässereinleitungen

Gewässereinleitung direkt inkl. Vorkette Einheit
anorg. Salze 0 -0,000198 kg
AOX 5*10-9 10,8*10-9 kg
As (Abwasser) k.A. -55,1*10-15 kg
BSB5 0 0,00106 kg
Cd (Abwasser) k.A. -135*10-15 kg
Cr (Abwasser) k.A. -133*10-15 kg
CSB 50*10-6 0,0377 kg
Hg (Abwasser) k.A. -67,3*10-15 kg
Müll-atomar (hochaktiv) k.A. -120*10-9 kg
N 0 170*10-9 kg
P 0 1,1*10-9 kg
Pb (Abwasser) k.A. -877*10-15 kg

Abfälle

Abfall direkt inkl. Vorkette Einheit
Abraum 0 3,3 kg
Klärschlamm 0 33,8*10-6 kg
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