Wissenstransfer zur (ökobilanziellen) Steuerung von
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Wissenstransfer zur (ökobilanziellen) Steuerung von Klimaschutzmaßnahmen an Beispielen aus der Stoff- und Abfallwirtschaft Konrad Soyez, Matthias Koller, Herbert Markert 1. Einleitung Die Arbeitsgruppe Ökotechnologie bearbeitet am Zentrum für Umweltwissenschaften der Universität Potsdam grundlegende Fragestellungen der Gestaltung von technologischen Prozessen unter der Prämisse der Nachhaltigkeit. Die Arbeitsgruppe ist gleichzeitig an der Universität Potsdam Transfer GmbH für die direkte Umsetzung derartiger Überlegungen in die Praxis als Wissenstransfer Universität/Praxis tätig. Sie berät Wirtschaftsunternehmen, Verwaltungen und Dienstleister dabei, technologische und andere Prozesse unter der Zielstellung Nachhaltigkeit durch Einführung von ökologischen Optionen zu optimieren. Im folgenden sind die dabei anzuwendenden Grundüberlegungen dargestellt, die Arbeitsmethodik erläutert und einige Beispiele aus den Bereichen Stoff- und Energiewirtschaft ausgeführt. Festzuhalten ist einführend, daß die von uns angebotenen Leistungen derzeit noch ein schmales Segment der Beratung darstellen, weil die Unternehmen etc. überwiegend auf die wirtschaftliche Wertschöpfung hin ausgerichtet sind und ökologische oder Nachhaltigkeitsüberlegungen allenfalls flankierend anstellen. Das trifft um so mehr zu, je kleiner die Unternehmen sind. Gerade dort ist aber auch der größte Bedarf von unmittelbarem Wissenstransfer abzusehen, weil sich kleine Unternehmen kein eigenständiges Umweltmanagement leisten können, wie das bei Großunternehmen bereits derzeit der Fall ist. 2. Grundpositionen zur Bewertung Für die Erfüllung der Forderungen der Nachhaltigkeit muß eine Ökologisierung sämtlicher Bereiche der Volkswirtschaft. erfolgen. In der Produktion betrifft das die Technologie einschließlich der Stoff- und Energieströme. Ökologisch ist eine Technologie, wenn jegliche technologische Aktivität in die Biosphäre eingebettet ist. Dabei ist die gesamte Breite der natürlichen Diversität einschließlich der Biodiversität zu berücksichtigen, und zwar in ganzheitlicher Weise, unter möglichst geringer Beanspruchung der Ressourcen, bei geringer Invasivität (v. Gleich, 1993) und unter hoher Umkehrbarkeit. Ziel ist die Erhöhung der menschlichen Wohlfahrt unter Beachtung ökologischer Prinzipien (Moser et al., 1993). Das berücksichtigt auch, daß Technologien immer mit Umweltwirkungen verbunden sind, da sie aus der Natur Stoffe entnehmen, Energie umsetzen und Produkte (nach Ablauf der Lebensdauer) sowie Abprodukte in die Umwelt freisetzen. Das ist zulässig unter den gegebenen Prämissen. Bei der Ausrichtung der technologischen Aufgaben auf diese Ziele gibt es zwei grundsätzliche Schwierigkeiten. Zum einen bedarf es einer entsprechenden, ausreichend operationalisierten Zielgröße, die insbesondere auch die Komplexität des Geschehens und die wirtschaflichen, ökologischen und sozialen Wechselwirkungen ausreichend genau widerspiegelt. Zumindest derzeit liegen an der Nachhaltigkeitsforderung orientierte Zielgrößen nicht vor. Zum anderen schließen die anzuwendenden ökologischen Prinzipien einander teilweise aus. So wird beispielsweise eine Minderung von Emissionen i.a. durch einen höheren Energieaufwand und komplexere Technik erkauft. Natürlich ist auch die Entwicklung neuer Technologien, die mit geringerem Aufwand auskommen, denkbar. Allerdings sind dann die Forschungsaufwendungen in die Betrachtungen einzubeziehen (Soyez, 1995). Hierfür sind entsprechende Kompromisse zu finden. Vereinfachungen sind notwendig. Dafür bietet es sich an, die in der ökologischen Bilanzierung ausgearbeitete Methodik anzuwenden 1. Sie beinhaltet die Zusammenstellung und Beurteilung der Input- und Outputflüsse und der potentiellen Umweltwirkungen eines Produktsystems im Verlaufe seines Lebensweges, gemessen an den Beiträgen zu sogenannten Wirkungskategorien, standardisiert als Äquivalante entsprechender Schadstoffe - siehe Tab. 1. Tab. 1: Ökobilanzielle Wirkungskategorien Wirkungskategorie Globale Erwärmung (Treibhauseffekt) Ozonabbau Versauerung Eutrophierung Sommersmog kurz- und langfristiges kanzerogenes Potential ausgedrückt als [g] Äquivalent CO2 [g] Äquivalent CFC-11 [g] Äquivalent H+ [g] Äquivalent PO43+ [g] Äquivalent Ethylen [g] Äquivalent 1,4 Dichlorbenzol Diese werden von der Qualität der Emissionen bestimmt und können ihrerseits Schutzzielen zugeordnet werden (siehe Abb. 1). Hinzuweisen ist bereits hier darauf, daß verschiedene Substanzen auf mehrere Schutzziele wirken. So besteht Einfluß von Methan auf das Treibhauspotential und auf die Photooxidantienbildung (Photosmog). Analog wirkt sich z.B. Benzol auf drei Kategorien aus, einschließlich der klimarelevanten Photooxidantienbildung. Schutzziele: Globale ökologische Funktionsfähigkeit Regionale ökologische Funktionsfähigkeit Menschliche Gesundheit Umweltwirkungen (Indikatoren): Globale Erwärmung (Global Warming Potential) Stratosphärischer Ozonabbau (Ozone Depletion Pot.) Versauerung von Böden und Gewässern (Acidification Potent.) Eutrophierung von Böden und Gewässern (Nutrification Pot.) Bildung von Photooxidantien (Photoch. Ozone Creation Pot.) Kanzerogenität (short and longterm Cancerogene Potential) Humantoxizität (Human Toxicity Potential) Einwirkende Schadstoffe (Auswahl): Kohlendioxid Trichlorethan Schwefeldioxid Trichlorfluormethan (R11) Tetrachlormethan Ammoniak NMVOC Dichlordifluormethan (R12) Halon 1301 HCl, HF Toluol Vinylchlorid Stickoxide Styrol Trichlormethan Dichlormethan Tetrachlormethan Xylol Tetrachlorethen Distickstoffoxid Methan Ammonium Aceton Cr-VI , Cd, As Hg, Pb PCDD/PCDF Benzol Abb. 1: Verknüpfung von Emissionen und Schutzzielen 1 Unter Ökobilanz (engl. LCA) wird im folgenden die Zusammenstellung und Beurteilung der Input- und Outputflüsse und der potentiellen Umweltwirkungen eines Produktsystems im Verlaufe seines Lebensweges verstanden (ISO 14040). Komplex angewendet ergeben sie eine tendenziell richtige Aussage zum Beitrag eines bestimmten Prozesses zur Nachhaltigkeit, weil sie neben ökologischen Schutzzielen wie der globalen und der regionalen Funktionsfähigkeit der ökologischen Systeme auch sozial determinierte Schutzziele wie die menschliche Gesundheit direkt betreffen und diese Effekte zusammenzuführen gestatten. Für sich allein betrachtet kommt dem Treibhauspotential im Globalgeschehen die größte Bedeutung zu. Hierbei wiederum dominiert der Einfluß des Kohlendioxids (siehe Tab. 2). Tab. 2: Gesamtemissionen von Treibhausgasen in CO 2-Äquivalenten (UBA, 1998) Gesamtemissionen 1996 Anteile einzelner Stoffe CO2 CH4 N2O H-FKW FKW SF6 1.090.033.000 CO2-Äquivalente in Mg 83,5 9,1 6,5 0,2 0,1 0,5 % % % % % % Anteile einzelner Wirtschaftszweige Energiebedingte Emissionen Industrieprozesse Landwirtschaft Abfallwirtschaft 85,0 5,7 5,4 3,8 % % % % Hieraus leitet sich ab, daß die Berücksichtigung von CO2 für Betrachtungen des Klimaeffektes eine notwendige Bedingung für richtige Aussagen ist. Doch eine Verkürzung der Betrachtung ausschließlich auf das Kohlendioxid ist nicht hinreichend. Hinreichende Bedingung für die Betrachtung von Treibhauseffekten ist zunächst, das Treibhauspotential insgesamt in Rechnung zu stellen, also alle (wesentlichen) klimawirksamen Emissionen in die Betrachtung einzubeziehen, wie sie Tab. 2 beispielhaft ausweist. Doch damit ist nur der Treibhauseffekt hinreichend beschrieben; nicht der Klimaeffekt. Zum Klimaeffekt tragen bekanntermaßen auch weitere Wirkungskategorien wie der Ozonabbau und die Ozonneubildung (Sommersmog ) bei. Eine richtige Beschreibung aller Effekte setzt daher ihre Berücksichtigung voraus. Abb. 2 zeigt den Zusammenhang von notwendiger und hinreichender Betrachtungsebene. Ozonabbau CO2 Treibhauspotential Sommersmog Sommersmog Treibhauspotential Treibhauspotential Ozonabbau Versauerung Eutrophierung Cancerogene Potentiale CO 2-Effekte Treibhauseffekte Klimaeffekte Abb. 2: Betrachtungsebenen für Klima- und Nachhaltigkeitseffekte Nachhaltigkeitseffekte Bei unserer Beratungstätigkeit orientieren wir daher auf das im folgenden dargestellte Vorgehen: Die Bewertung ist immer nach allen verfügbaren Wirkungskategorien gleicherweise und gemeinsam anzustellen, wobei je nach den konkreten Aufgabenstellung gewichtet werden kann. Das erlaubt eine differenzierte Würdigung möglicher Effekte. Nicht ausreichend ist es, lediglich den Verlauf einzelner Stoffe oder einzelner Wirkungskategorien zu erfassen. Nichtsdestoweniger leitet sich aus der Dominanz von CO 2 für den Klimaschutz die Notwendigkeit ab, spezielle Effekte auf das CO 2 besonders zu würdigen. In unseren Beratungen stellen wir u.a. folgende Aspekte in den Vordergrund: 1. Die dominierende Position von CO2 ist überwiegend auf den Energiebereich zurückzuführen, der an den Gesamt-Emissionen von Treibhausgasen zu 85 % beteiligt ist. Einen erheblichen Anteil hieran machen die Verkehrsaufwendungen aus. Hier sind größte Effekte durch Verkehrsverminderungen zu erwarten. Daher sind bei technologischen Optimierungen auch immer verkehrsbedingte Aufwendungen mit zu berücksichtigen. Eine alleinige Betrachtung der Produktion ohne die infrastrukturellen Gegebenheiten wie Marktentfernungen etc. ist nicht ausreichend. In jedem Falls sind Losgrößen der Produktion, dezentrale versus zentrale Varianten etc. zu beachten. Gleichzeitig sind auch verbrauchssparende bzw. alternative Transporttechniken in die Überlegungen einzubeziehen. 2. Reduzierungen im energiebedingten CO2-Ausstoß sind durch Ersatz von fossilen Energieträgern hin zur Solaroption am besten zu realisieren. Dabei sollten neben der direkten Sonnenenergienutzung über Photovoltaik und Photothermie besonders auch der klimaneutrale Einsatz von Biomasse beachtet werden. Zu denken ist insbesondere an die Verwertung der in Abfällen enthaltenen Organik. Hier lassen sich ggf. durch die Verwertung von Abprodukten wie organischen Abfällen über Biogasproduktion oder direkte Verbrennung doppelte Effekte in Richtung Abfallvermeidung und Energieeinsparung erzielen. 3. Der besonders drastische Beitrag des Energiebereichs, vor allem beim Einsatz von fossiler Energie für Heizzwecke, sollte sich auch in den Steuergrößen für die Beeinflussung des Energieeinsatzes ausdrücken. Gegenwärtig ist hier aber noch der eher vordergründige Bezug auf die Energieträger an sich dominierend, z.B. in der gültigen Wärmeschutzverordnung 1995 bzw. auch in der geplanten Energiesparverordnung 2000 für beheizte Gebäude. Dieser Einfluß sollte flankierend CO 2-bezogen beschrieben werden (Markert, 2000). 4. Trotz dieser Dominanz des CO2 am Treibhauspotential sind die anderen Treibhausgase vor allem bei Industrieprozessen zu berücksichtigen. Denn während die CO 2-Emissionen häufig lediglich über den Energieeinsatz zu beeinflussen sind, lassen sich Emissionen anderer Treibhausgase auch direkt durch Umstellungen in der Technologie, den eingesetzten Materialien, der Qualität der Endprodukte, den Stoffflüssen etc. reduzieren, wirken also direkt als Steuergröße für eine ökologische Produktion. Als weitere methodische Grundposition haben wir festzuhalten, daß derartige Beratungen nicht formal und schematisch durch Übergabe und Übernahme von Daten ablaufen dürfen, sondern ein intensives Gespräch mit dem zu beratenden Unternehmen bedingen. Nur dann lassen sich richtige Aussagen ableiten, und nur dann werden die abgeleiteten Aussagen auch in der betrieblichen Praxis umsetzbar sein. Üblicherweise stehen wir auch nach Abschluß der Leistung für Konsultationen zur Verfügung. Derartige Konsultationen werden insbesondere beansprucht, um Produktionsumstellungen auf ihre Wirkungen hin zu betrachten und bei Vorliegen neuer Informationen aus dem Prozeß die Konsequenzen des Geschehens durchzurechnen. Hier hat es sich bewährt, direkt mit dem Auftraggeber Variantenrechnungen und Empfindlichkeitsanalysen anzustellen. Ein derzeit speziell für abfallwirtschaftliche Prozesse optimiertes, für generelle Bewertungen nutzbares Rechenprogramm CUBIS (Koller, 2000) wurde von uns erarbeitet und steht für die Beratung zur Verfügung. 3. Ökobilanzieller Wissenstransfer an Beispielen der Stoff- und Abfallwirtschaft 3.1. Energierelevante Vorgaben für den Klimaschutz an Gebäuden Dieses Beratungsbeispiel bezieht sich zunächst darauf, daß die Betrachtung von CO 2 eine notwendige Bedingung für richtige Aussagen zum Klimaschutz ist. Das wird u.a. in den gesetzlichen Vorgaben noch nicht ausreichend gefordert. So müssen die Vorgaben der Wärmeschutzverordnung CO 2-bezogen weiter weiter ausgestaltet werden, damit Bauherren und Architekten den Intentionen des Klimaschutzes besser gerecht werden können. Das nachfolgende Beispiel stammt aus der Ausschreibung für den Umbau eines größeren öffentlichen Gebäudes (Markert, 2000), der beispielgebend möglichst in Niedrigenergiebauweise mit sehr geringen klimarelevanten Emissionen erfolgen sollte. Gemäß der Wärmeschutzverordnung von 1995 und der Forderungen eines rationellen Energieeinsatzes werden für Bauwerke Vorgaben zu den Energieaufwendungen gemacht, die der Architekt umzusetzen hat. Im Rahmen der Erarbeitung von Vorgaben für den Bau eines öffentlichen Gebäudes wurden von uns Überlegungen angestellt, wie der rationelle Energieeinsatz mit Effekten für die CO 2-Minderung besser gekoppelt werden kann. Denn trotz der an sich richtigen Orientierung des Baugeschehens auf niedrige Energiekennwerte greift dieser Zugang zu kurz, hat man die eigentliche Grundzielstellung der Verordnung im Auge, einen Beitrag zur Reduzierung der Treibhauseffekte zu leisten. Kenngröße dafür sind die durch den Betrieb des Gebäudes emittierten CO2-Äquivalente, nicht allein der Energieeinsatz. Um gezielt hierzu einen Beitrag zu leisten, muß die CO 2-Bruttolast als Zielgröße verwendet werden. Das stellt eine Erweiterung des Zielrahmens auf die interessantere Größe da und erweitert gleichzeitig auch den Freiheitsgrad der Baugestaltung. Denn unterschiedliche Maßnahmen können zu den gleichen energetischen Effekten führen, aber mit unterschiedlichen CO2-(Gesamt-)Lasten verbunden sein - und umgekehrt. Beispiele sind der Einsatz von unterschiedlichen Brennstoffen (Gas, Kohle, Holz) oder Dämmaterialien (Polystyrol, Schilf, Kork etc.), d.h. aus fossiler oder nachwachsender (d.h. CO2-neutraler) Herkunft. Mit der Steuerung über die CO2-Effizienz ist daher gleichzeitig eine Steuerung in Richtung nachhaltigen Wirtschaftens gegeben. Die Effekte verschiedener technologischer Varianten (Niveau, Wärmedämmung, Art der Wärmeerzeugung) zeigt Tab. 3. Tab. 3: Energieverbrauch und CO2-Emissionen von Varianten zur Energieversorgung Variante Wärmeschutzverordnung 95 Heizenergie-Verbrauch kWh/m².h 64,8 sehr niedriger Heizenergieverbrauch (zwischen Passivhaus und Beginn Niedrig25 energiehaus), sehr hohe Wärmedämmung, passive Solarenergienutzung, Lüftung mit Wärmerückgewinnung, Kühlung über Erdreich, Wärmepumpe mit Erdreichkollektor, gekoppelt mit Solar, Wandflächenheizung Niedrigenergiehausniveau(Holzpelklettheizung) - sehr gute Wärmedämmung, 45 pas-sive Solarenergienutzung, nur Abluftsystem, Wandflächenheizung mit Kühlung über Erdreich, hochmoderne Holzpelletheizung Heizenergieverbrauch auf Beginn Niedrigenergiehausniveau, gleichzeitig vorge- 50 gebenes Limit - sehr gute Wärmedämmung, pass. Solarenergienutzung, nur Ab-luftsystem, Wandflächenheizung mit Kühlung über Erdreich, kleines RapsölBHKW, zusätzliche hochmoderne Holzpelletheizung CO2-Emissionen kg/m² 41,62 13,66 13,90 13,00 Die ermittelten Vorgaben wurden in der Ausschreibung für das Bauwerk benutzt und umgesetzt. Vorgesehen wurden konkret 14 kg CO 2/m2 beheizter Nutzfläche und flankierend ein Heizenergieverbrauch von maximal 40 kWh/m2a, also Niedrigenergie-Standard unterhalb der Forderungen der Wärmeschutzveror dnung. Eingeschlossen in diese Vorgaben der spezifischen Emissionen sind auch diejenigen für den Be- triebsstromverbrauch (Beleuchtung, Lüftung, Geräte). Weiterungen dieses Konzepts auf das gesamte Treibhauspotential, die Klimaeffekte und die Nachhaltigkeit (siehe Abb. 2) erscheinen als möglich, sollten aber die praktische Handhabe nicht erschweren. 3.2. Untersuchung zur Wirksamkeitsverbesserung der Abgasreinigung Im Rahmen der Fortschreibung abfallwirtschaftlicher Regelungen wird derzeit von der Bundesregierung eine Verordnung zum Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) erarbeitet, die sich auf die Emissionen von mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlagen (MBA) bezieht. Dabei spielt die Rotteabluft eine entscheidende Rolle. Vor den Anlagenbauern derartiger Anlagen steht die Aufgabe, die Emissionen drastisch zu senken. Unsere für einen Anlagenbauer durchgeführten Berechnungen bezogen sich darauf, Vorschläge für die Minderung des Treibhauspotentials zu machen. Hier waren zunächst die Komponenten zu ermitteln, durch die dieses Klimapotential am meisten beeinflußt wurde. Die Verhältnisse zeigt Abb. 3 (erste Säule). Abb. 3: Beitrag von MBA-Emissionen in den ökobilanziellen Wirkungskategorien (GWP: Treibhauspotential ) (Soyez, 2000b) CO2 ist dabei nicht dargestellt, da diese Komponente als Produkt der biologischen Umsetzung nicht als klimarelevant einzustufen ist. Deutlich wird, daß das Treibhauspotential besonders von N2O sowie den Halogenkohlenwasserstoffen R11 und R12 bestimmt wird. Das in der Diskussion für besonders kritisch eingeschätzte Methan als Begleiter von unzureichend geführten Rotteprozessen ist an den Emissionen mit weniger als 5 % beteiligt. Das Hauptaugenmerk ist daher auf die Halogenkohlenwasserstoffe zu richten. Diese sind nicht durch einen Bioprozeß abbaubar, so daß Optimierungen der in den Anlagen meist vorhandenen Biofilter diesbezüglich nicht wirksam werden können. Eine Minderung des Treibhauspotentials ist nur durch den Einsatz aufwendiger thermischer Verfahren zu erwarten. Hier ist nach dem Aufwand /Nutzen-Verhältnis zu fragen, und zwar neben dem ökonomischen auch dem ökologischen. Denn eine gesamt-ökologisch gleichwertige oder bessere Reinigungsleistung wird nur dann erreicht, wenn Zusatzaufwendungen für den Bau und den Betrieb der Reinigungsanlage nicht größer sind als die erzielten Reinigungseffekte. Der Vergleich auf der Basis des Treibhauspotentials ist hier besonders sinnvoll, da bei den thermischen Reinigungsverfahren der treibhauswirksame energetische Aufwand entscheidend ist. Abb. 4 stellt die Verhältnisse dar. Nur solche Technologien sind sinnvoll, deren Treibhausbeitrag unterhalb der Grenzlinie ökologischer Nutzen/ökologischer Aufwand liegen. Energieverbrauch der Abluftreinigung in kWh/Mg Input Auf der Basis dieser Untersuchungen wurden Vorabschätzungen durchgeführt und Techniken mit einem zu hohen Aufwand aus den weiteren Untersuchungen ausgeschlossen. 18 16 14 12 Abluftreinigung ökologisch nachteilig 10 8 Abluftreinigung ökologisch vorteilhaft 6 4 Grenzlinie: Ökologischer Aufwand = ökologischer Nutzen 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Minderung des Treibhauspotentials der Abluft in % Abb. 4: Grenznutzen der Abluftreinigung bezüglich des Treibhauspotentials (Soyez, 2000c) 3.3. Auswahl der umweltverträglichsten Abfallwirtschaftsmaßnahme Entsorgungspflichtige Körperschaften haben die Aufgabe, Abfallwirtschaftskonzepte aufzustellen und umzusetzen, durch die Abfälle kostengünstig und umweltgerecht zu behandeln sind, wobei nach dem Kreislaufwirtschaftsgesetz und den entsprechenden Technischen Anleitungen und Verordnungen (wie TA Siedlungsabfall, TA Abfall, BioabfallVo) die Hierarchie von Vermeiden, Verwerten und umweltgerechtem Ablagern einzuhalten ist. Dafür stehen zahlreiche Optionen zur Verfügung, u.a. die Müllverbrennung, die mechanisch-biologische Behandlung vor der Ablagerung oder Varianten der komplexen Verwertung und der Erzeugung von Brennstoffen aus Abfall. Für eine entsorgungspflichtige Körperschaft wurde ein ökobilanzieller Vergleich von Entsorgungstechnologien durchgeführt, um die beste Abfallwirtschaftsmaßnahme zu ermitteln - siehe Abb. 5. Daraus sind eine Reihe von Aussagen ableitbar, die eine Entscheidung je nach den gesetzten Prämissen zulassen: Bezüglich der Klimaeffekte, ausgewiesen als Treibhauspotential (Globale Erwärmung), Ozonbildung und Ozonabbau, sind insgesamt nur geringe Auswirkung der Abfallwirtschaft an den nationalen Gesamtwirkungen erkennbar (das gilt auch für die nicht unmittelbar klimabezogenen Wirkungen; vgl. auch Tab. 1). Sie liegen bei maximal 1,5 % 2. Sie beinhalten teils Entlastungen, teils Belastungen. Bezüglich der Treibhauspotentiale sind Entlastungen bei drei der fünf Varianten erkennbar. Würde die Entscheidung nur unter diesem (Klima-)Aspekt gefällt, wäre die Präferenz eindeutig für Variante "Erweiterte intensive MBA". Ersichtlich ist aber auch, daß die MVA-Variante Vorzüge bei allen anderen Kategorien aufweist. Das macht deutlich, daß die Entscheidung unter Einbeziehung aller Wirkungskategorien im Sinne der Lösung eines Kompromißsituation gefällt werden muß. Umweltentlastung Umweltbelastung MVA erw. Int_MBA Int_MBA Ext_MBA Dir_Dep -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 spezifische Beiträge in % der nationalen Gesamtbelastung Globale Erwärmung Ozonabbau Versauerung Eutrophierung Sommersmog kanzerogens Potential, kurzfristig kanzerogenes Potential, langfristig krit. Luftvolumen Abb. 5: Entsorgungswege im ökobilanziellen Vergleich (Koller, 2000) Unsere Empfehlung in diesem Fall war die vertiefte Untersuchung dieser beiden Optionen einschließlich der Kostenabschätzung und der Möglichkeit, kleine dezentrale Anlagen zu bauen. Dafür sind MVA trotz der Vorteile beim Klimaschutz weniger geeignet. Die Entscheidung liegt beim Fragesteller. 3.4. Effekt der Ausschleusung von NE-Metallen und Kunststoffen Durch die Ausschleusung von Abfallkomponenten ist ein Beitrag zum Materialrecycling erreichbar, verbunden mit verbesserter Ressourceneffizienz als einer wesentlichen Nachhaltigkeit fördernden Maßnahme. Entsprechende Anstrengungen werden auch bei der Restabfallbehandlung gemacht. Während die Ausschleusung bei einer eisenhaltigen Metallfraktion der Regelfall ist, wird sie bei Kunststoffen und NEMetallen nur selten realisiert. So ist hier zu fragen, ob sich derartige Maßnahmen abgesehen von der Wirtschaftlichkeit für die Verbesserung der Klimawirksamkeit der Gesamtprozesse und für andere Nachhaltigkeitsforderungen lohnen. 2 Diese fiktive Zahl unterstellt, daß der gesamte in Deutschland anfallende Abfall ausschließlich durch die dargestellten Tec hnologien verwertet wird. Dazu wurde für einen Abfallwirtschaftsbetrieb der Einfluß auf ausgewählte Wirkungskategorien am Beispiel der erweiterten Intensiv-MBA abgeschätzt 3. Bei dieser Variante werden standardmäßig eine Eisenfraktion und eine Leichtfraktion (für die Verwertung im Zementwerk) ausgeschleust, sowie ein Teil der organischen Fraktion der Vergärung zugeführt. In Abb. 6 ist für ausgewählte Bewertungskriterien dargestellt, wie eine stoffliche Verwertung der NEbzw. der Kunststofffraktion die Ergebnisse beeinflußt. Bei den globalen Wirkungen ist ein Einfluß vor allem beim Treibhauspotential erkennbar, während die Gutschriften sich auf das Ozonabbaupotential nur geringfügig auswirken. Bei den regionalen Auswirkungen dominieren die Gutschriften in beiden Bewertungskriterien deutlich, mit klaren Vorteilen für das Kunststoffrecycling. Insgesamt zeigen sich Optimierungspotentiale für die spezifischen Beiträge zu den Wirkungspotentialen in Höhe von bis zu 0,5 % der nationalen Gesamtbelastungen. Eine Verwertung des Alu-Anteils in der NE-Fraktion bringt dagegen geringere Vorteile. Welche Entlastungen durch eine Wiederverwertung tatsächlich realisiert werden können, hängt allerdings von der Kunststoffzusammensetzung, den Aufwendung für die Aufarbeitung und den tatsächlichen Substitutionswegen ab und muß einzelfallspezifisch untersucht werden. Abb. 6: Auswirkung stofflicher Verwertungsoptionen Treibhaus- und Ozonabbaupotential 3.5. Ermittlung der klimaschonendsten Rottedauer in der MBA-Technologie Bei der Behandlung von Restabfall nach mechanisch-biologischen Verfahren (MBA) wird das Abfallmaterial über eine bestimmte Dauer behandelt, um einen möglichst geringen Restorganikgehalt zu erreichen. Einzuhalten ist ein Maximalwert von AT4= 5 mg/g TS. Je länger die Rottedauer, desto geringer die Werte. Daraus leiten sich dann insgesamt geringere Umweltwirkungen auf der Deponie ab. Doch ist für die Vorbehandlung mit energetischen Aufwendungen zu rechnen, die sich im Treibhauspotential niederschlagen. Um zu einer optimalen Lösung zu gelangen, sollte der Gesamtaufwand betrachtet werden, der 3 Annahmen: Kunststofffraktion vollständig aus Polyethylen, 90% davon verwertbar. Anteil der NE-Fraktion an den Gesamtmetallen von 8,7 %. Als wiederverwertbarer Bestandteil der NE-Fraktion wurde Aluminium ausgewählt, sein an der NE-Fraktion 27,9 %. Gutgeschrieben wird die Differenz der Emissionsinventare für die Bereitstellung von Neualuminium und recyceltem Aluminium. sich aus den Umweltwirkungen der Vorbehandlung und denen der Ablagerung ergibt. Die Verhältnisse zeigt Abb. 7. Treibhausspotential in % der nationalen Belastung 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 -0,02 10 15 20 25 30 35 -0,04 -0,06 50 45 40 35 30 25 20 15 40 10 5 0 -5 At4 in mg O2 / g TS Daraus wird deutlich, daß das Treibhauspotential im Bereich von etwa 20 Wochen ein Minimum durchläuft. Die günstigste Rottedauer sollte also in diesem Bereich liegen; längere Rotten mit zwar noch besserem Ablagerungsverhalten des Materials zahlen sich ökobilanziell nicht aus. Rottedauer in Wochen Globale Erwärmung, 75% Methanox. Globale Erwärmung, 85% Methanox. Globale Erwärmung, 95% Methanox. At4 Abb. 7: Einfluß der Rottedauer auf das Treibhauspotential 3.6 Ökologische Auswirkungen der Nutzung von Abfall als Energiequelle Abfall weist einen erheblichen Anteil an Komponenten auf, die sich energetisch verwerten lassen, u.a. Kunststoffe, Holz oder native Organik. Die Nutzung von Abfall oder Abfallkomponenten als Energiequelle ist daher angezeigt, um Ressourcen zu schonen. Dem wird durch die Entwicklung von Sekundärbrennstoffen aus Abfall derzeit zunehmend Rechnung getragen (Gallenkemper, 2000). Im Sinne des Klimaschutzes ist der erneuerbare organische Kohlenstoffanteil im Abfall günstiger zu bewerten als der fossile. Er findet in den CO 2-Belastungsbilanzen keine Berücksichtigung, da er in den natürlichen Kohlenstoffkreislauf eingeht und nicht zu effektiven Mehrbelastungen führt. Ein Brennstoffvergleich zeigt daher, daß Brennstoff aus Abfall (z.B. BRAM, Trockenstabilat) die geringsten (anrechenbaren) fossilen CO2-Emissionen pro Energieinhalt aufweist (Abb. 8 ). Durch die gezielte Ausschleusung von Kunststoffen zur stofflichen Verwertung läßt sich dieser Anteil weiter senken. Anzumerken ist, daß dieser Umstand in der steuerlichen Bewertung von Ersatzbrennstoffen berücksichtigt werden sollte. kg CO2 / kWh 0,5 0,4 0,3 erneuerbar fossil 0,2 0,1 Tr oc ke ns ta bi la t Er dg as He izö l St ein ko hle Ro hb ra un ko hle 0 Brennstoffe Abb. 8: Vergleich spezifischer CO2-Emissionen von Brennstoffen (Mittelwerte) 3.7. Effekte von Transporten auf die Umweltverträglichkeit von Brennstoff aus Abfall Auf die Beeinflussung der ökologischen Bewertung der Erzeugung und Anwendung von Brennstoffen aus Abfällen durch die Aufwendungen für Transporte ist besonders hinzuweisen. Insbesondere die klimawirksame Kategorie Sommersmog hängt sehr stark von den Verkehrs-Emissionen ab, die bei Straßenund auch Bahntransporten entstehen. Das bedeutet, daß die Umweltgesamtbelastungen dann am günstigsten sind, wenn Produkte in unmittelbarer Nähe der Produktionsstätte verwertet werden können. Das setzt dezentrale Produktionen voraus, also Optionen, die auch unter anderen Nachhaltigkeitsprämissen gegenüber einer zentralisierten Großproduktion zu bevorzugen sind (Soyez, 1995). Im Falle der Erzeugung von Brennstoffen aus Abfall setzt es entsprechende Abnehmer in unmittelbarer Nähe, z.B. in Gewerbeparks, voraus. Wenn die Ersatzbrennstoffe nicht bei einem direkt gekoppelten Verbraucher, sondern in weiter entfernten Verbrennungsanlagen verwertet werden, kommen die Verkehrsemissionen hinzu. Als kritische Entfernung ist der Punkt anzusehen, bei dem die Umweltentlastung durch das Abfallwirtschaftsverfahren, wie es z.B. Abb. 5 zeigt, von den Belastungen durch die Transportemissionen gerade aufgehoben wird. Gemäß den Emissionscharakteristika der verschiedenen Transportarten ergeben sich Unterschiede von Bahn- und Straßentransport. Für das untersuchte Verfahren zur Ersatzbrennstoffproduktion sind bei einem LKW-Transport etwa 300-400 km zulässig; bei Bahntransporten etwa 1000 km (siehe Abb. 9). Damit ist aus Sicht der ökobilanziellen Umweltbelastungen ein überregionaler Absatz in diesen Grenzen zulässig. Entsprechend kann man davon ausgehen, daß ein Markt für Ersatzbrennstoffe analog zu den Märkten für traditionelle Brennstoffe geschaffen werden kann. Der Verwertungsraum sollte aber innerhalb der genannten Ausdehnung liegen. Anteil am Sommersmogpotential in % der nationalen Gesamtbelastung 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,0 -0,2 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 800,0 900,0 1000, 0 -0,4 Transportentfernungen in km Bahn LKW Abb. 9: Auswirkung von Transportentfernungen auf das Sommersmogpotential Zusammenfassung Klimaschutzmaßnahmen stellen eine Zielgröße der nachhaltigen Entwicklung dar. Wissenstransfer in diesem Bereich ist erforderlich, um die Potentiale des Klimaschutzes in Betrieben, Dienstleistungseinrichtungen und Kommunen aufzudecken und richtig einzuordnen. Sie ergeben sich häufig als Kompromiß von Vor- und Nachteilen vorgesehener oder möglicher Maßnahmen. Die Ausrichtung auf die CO2-Emissionen anstelle von stofflichen oder energetischen Größen ist notwendig, aber nicht hinreichend; vielmehr sind die Klimaeffekte durch die Treibhauspotentiale insgesamt zu beschreiben und weitere ökobilanzielle Wirkungskategorien einzubeziehen. Das kann stufenweise erfolgen und richtet sich auch nach der Komplexität der Aufgabenstellung. Bei allen Betrachtungen sind die Verwertung von Abfällen, der Einsatz von erneuerbarer Energie und die Transportentfernungen in die Entscheidungsfindungen einzubeziehen. Eine auf die Klimaschutzeffekte bezogene Optimierung von Auslegung und Betrieb von Anlagen ist anzuraten, um die ökologische Effizienz insgesamt zu verbessern. Die Inanspruchnahme von Beratungsleistungen auf diesem Gebiet ist vor allem bei den kleinen Unternehmen wenig ausgeprägt und bedarf zu ihrer Durchsetzung flankierender Steuerungs- und Finanzierungsmaßnahmen. Literatur Gallenkemper, 2000 v. Gleich, 1993 Koller, 2000 Markert, 2000 Moser, 1993 Soyez, 1995 Soyez, 2000a Soyez, 2000b Soyez, 2000c UBA, 1998 Gallenkemper, B.; Wiemer, K.; Flamme, S.: Stand und Perspektiven der Gütesicherung von Sekundärbrennstoffen durch die Bundesgütegemeinschaft Sekundärbrennstoffe e.V. In: Soyez, K. u.a. (Hrsg.): Die Zukunft der mechanischbiologischen Abfallbehandlung. Brandenburger Umweltberichte, Heft 6, Mai 2000. v. Gleich, A.; Grimme, H.L.: Hard and soft biotechnology paths. In: Soyez, K.; Moser, A. (Hrsg.): Ecological bioprocessing. Challenges in practice. Beiträge zur ökologischen Technologie, Heft 1, 1993. Potsdam, 1993. Koller, M.; Soyez, K.; Thrän, D.: BMBF-Verbundvorhaben Mechanischbiologische Behandlung von zu deponierenden Abfällen, TV 1: Ableitung von Entscheidungsgrundlagen. Abschlußbericht Universität Potsdam. Potsdam, 2000. Klimarelevante Energie-Vorgaben für den Umbau eines öffentlichen Gebäudes. Studie. Kaltennordheim, 2000. Moser, A.; Narodoslawsky, M.: Concept and strategy of ecological bioprocessing. The ecological principles. In: Soyez, K.; Moser, A. (Hrsg.): Ecological bioprocessing. Challenges in practice. Beiträge zur ökologischen Technologie, Heft 1, 1993. Potsdam, 1993. Soyez, K.: Optimization as a principle of ecological technology. Basic and application aspects. In: Beiträge zur ökologischen Technologie, Heft 2, Berlin, 1995. Soyez, K., Koller, M.; Thrän, D.: Kumulierte Umwelteffekte als Maßstab. Müllmagazin Heft 2/2000, S. 62-64. Soyez, K.; Thrän, D.; Koller, M.; Hermann, T: Ergebnisse von Forschungsvorhaben zur mechanisch-biologischen Behandlung von zu deponierenden Abfällen. In: Soyez, K. u.a. (Hrsg.): Die Zukunft der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung. Brandenburger Umweltberichte, Heft 6, Mai 2000. Soyez , K. (Hrsg.): Dokumentation. Stellungnahme von Auftragnehmern des BMBF-geförderten Verbundvorhabens zu den Entwürfen für eine Ablagerungsverordnung und der 30. BImSchV. Müllmagazin, Nr. 3/2000 Umweltbundesamt: Umweltdaten Deutschland 1998 Danksagung Wir danken dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg für die Förderung der Arbeiten im Rahmen von HSP 3 (Az 180; 2000). Anschrift der Verfasser Dr. Konrad Soyez, Dipl.-Ing. Matthias Koller Arbeitsgruppe Ökotechnologie, Universität Potsdam, Zentrum für Umweltwissenschaften, UP Transfer GmbH, Park Babelsberg 14, 14487 Potsdam Tel 0331 977 4477 Fax -4433, eMail [email protected] Dr. Herbert Markert Ingenieurbüro für Energie- und Umweltberatung Herbert O. Markert, Eisenacher Straße 10, Kaltennordheim Tel/Fax 036966 80001, eMail: [email protected]
