Ziel der vorliegenden Ausarbeitung ist die Auswertung und Evaluierung der Emissionsmessungen im Hinblick auf den Abfalleinsatz und unter Bezugnahme auf die verfügbare Literatur. Dafür wurden die telemetrisch an die Bezirksregierung Münster als zuständige Überwachungsbehörde übermittelten Emissionsmessdaten ausgewertet. Die ermittelten Ergebnisse wiesen im Einzelfall auf einen Einfluss der Mitverbrennung auf das Emissionsverhalten hin.
Seit gut 20 Jahren ist die Substitution von Regelbrennstoffen durch Ersatzbrennstoffe in den deutschen Zementwerken Realität und stieg bis heute kontinuierlich an. Die sich daraus ergebenden Vorteile liegen auf der Hand: Ersatzbrennstoffe verfügen über einen hohen Brennwert, sie sind kostengünstig in der Bereitstellung, sie schonen die Ressourcen von fossilen Energieträgern wie Braun- und Steinkohle, sie verbessern die CO2-Bilanz, wenn biogener Kohlenstoff (Tiermehl oder Naturkautschuk in Altreifen) mitverbrannt wird.
Sie birgt jedoch auch Risiken. Besonders im Fokus stehen die Auswirkungen der Mitverbrennung auf das Emissionsverhalten der Zementwerke. Es werden eine Vielzahl von potenziellen Schadstoffen durch die Ersatzbrennstoffe in den Prozess eingebracht, deren Verhalten teils schwer vorhersehbar ist.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Aufgabenstellung und Zielsetzung
3 Der Zement
3.1 Zementherstellung in der Vergangenheit
3.2 Die Chemie des Zements
3.3 Produktion von Zement
3.3.1 Rohmaterialien und Rohmaterialgewinnung
3.3.2 Rohmaterialaufbereitung
3.3.3 Klinkerbrennprozess
3.3.4 Kühlung des Klinkers
3.3.5 Mischen und Mahlen
3.3.6 Emissionen ausgehend von der Zementproduktion
3.3.6.1 Staubemissionen
3.3.6.2 Stickstoffoxide
3.3.6.3 Weitere relevante Emissionen
4 Brennstoffe für die Zementklinkerherstellung
4.1 Technische Anforderungen an die Brennstoffe
4.2 Regelbrennstoffe
4.3 Ersatzbrennstoffe
4.3.1 Anforderungen an Ersatzbrennstoffe
4.3.2 Qualitätsstandards und Klassifizierungen für Ersatzbrennstoffe
4.3.3 Aufbereitung der Abfälle zu Ersatzbrennstoffen
5 Wesentliche rechtliche Rahmenbedingungen der Zement-produktion
5.1 Abfallrecht
5.1.1 Europäisches Abfallrecht
5.1.1.1 Die Abfallrahmenrichtlinie
5.1.1.2 Eckpunkte der novellierten Abfallrahmenrichtlinie
5.1.2 Umsetzung in das nationale Recht: Das neue Kreislaufwirtschaftsgesetz
5.1.3 Zwischenergebnis
5.2 Immissionsschutzrecht
5.2.1 Europäisches Immissionsschutzrecht: Die Industrieemissionsrichtlinie (IE-RL)
5.2.1.1 Implementierung der BVT-Merkblätter
5.2.1.2 BVT-Schlussfolgerungen für die Zement-, Kalk- und Magnesiumoxidindustrie
5.2.1.3 Regelungen zu Genehmigung und Überwachung
5.2.2 Umsetzung in nationales Recht: Einfluss der IE-Richtlinie auf das Bundes-Immissionsschutzgesetz und seine Verordnungen
5.2.3 Zwischenergebnis
6 Einfluss der Ersatzbrennstoffe auf das Emissionsverhalten ausgewählter Zementwerke
6.1 Kontinuierliche Emissionsmessungen
6.1.1 Qualitätssicherung bei kontinuierlich arbeitenden Messeinrichtungen
6.1.2 Halbstundenmittelwert, Tagesmittelwert und Jahresmittelwert
6.2 Emissionsverhalten
6.2.1 Ersatzbrennstoffeinsatz in den Drehrohröfen
6.2.2 Gesamtstaub, Chlorwasserstoff und Fluorwasserstoff
6.2.3 Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid, angegeben als Stickstoffdioxid
6.2.4 Gesamtkohlenstoff und Kohlenstoffmonoxid
6.2.4.1 Darstellung und Bewertung der Messergebnisse
6.2.4.2 Zwischenergebnis
6.2.5 Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid
6.2.5.1 Darstellung und Bewertung der Messergebnisse
6.2.5.2 Zwischenergebnis
6.2.6 Quecksilber
6.2.6.1 Darstellung und Bewertung der Messergebnisse
6.2.6.2 Zwischenergebnis
7 Resümee
8 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Analyse und Evaluierung des Einflusses der Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen auf das Emissionsverhalten in deutschen Zementwerken. Dabei wird untersucht, ob eine Korrelation zwischen dem Abfalleinsatz und erhöhten Schadstoffemissionen besteht, unter Berücksichtigung der aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen.
- Analyse der Substitution von Regelbrennstoffen durch Ersatzbrennstoffe in Zementwerken.
- Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Abfalleinsatz und Emissionsverhalten ausgewählter Anlagen.
- Evaluierung der aktuellen rechtlichen Anforderungen aus dem Abfall- und Immissionsschutzrecht.
- Bewertung von Potenzialen und Risiken bei der thermischen Verwertung von Abfällen.
Auszug aus dem Buch
3.3.6.2 Stickstoffoxide
Die Entstehung von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid ist bei technischen Feuerungen auf drei Entstehungswege zurückzuführen. Zum einen können diese Stickstoffoxide (NOx) durch stickstoffhaltige Brennstoffe (Brennstoff-NOx) entstehen. Der im NOx enthaltene Stickstoff entstammt somit dem Brennstoff und nicht der Verbrennungsluft. Es wird angenommen, dass der im Brennstoff chemisch gebundene Stickstoff durch Pyrolyse und Entgasung zunächst zu einfachen Aminen und Cyaniden abgebaut wird. Mit Sauerstoff reagieren diese Verbindungen anschließend zu NOx. Die Menge des entstehenden NOx hängt stark von den Brennstoffen ab. [Richers/Guenther 2014]
Zum zweiten als sogenanntes promptes NOx können bei sauerstoffarmer Verbrennung entstandene Brennstoffradikale (CHn) mit Stickstoff erst zu Cyaniden und anschließend zu NOx reagieren. Diese Reaktionen erfolgen schon bei Temperaturen um 1000 °C. Bei technischen Feuerungen ist dieser Entstehungsweg von geringer Bedeutung. [Richers/Guenther 2014]
Zum dritten entsteht thermisches NOx, bei Temperaturen oberhalb von 1200 °C durch die Reaktion von Anteilen des Stickstoffs aus der Verbrennungsluft mit Sauerstoffradikalen. Die Reaktion verläuft proportional zu der Konzentration an atomarem Sauerstoff. Da im Drehrohrofen Temperaturen von mehr als 1600 °C vorhanden sind, stellt diese Bildungsreaktion die maßgebliche Quelle für NOx bei der Zementproduktion dar.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Bedeutung des energieaufwendigen Zementklinker-Brennprozesses und den historischen Anstieg der Substitution fossiler Brennstoffe durch Ersatzbrennstoffe.
2 Aufgabenstellung und Zielsetzung: Definiert das Ziel, Daten zur Emissionsfernübertragung in Bezug auf den Abfalleinsatz auszuwerten und die rechtlichen Rahmenbedingungen zu beleuchten.
3 Der Zement: Erläutert Grundlagen der Zementherstellung, die Chemie und Produktion des Zements sowie Entstehungsprozesse von Emissionen.
4 Brennstoffe für die Zementklinkerherstellung: Beschreibt technische Kriterien für Regel- und Ersatzbrennstoffe sowie Methoden zu deren Aufbereitung.
5 Wesentliche rechtliche Rahmenbedingungen der Zement-produktion: Analysiert europäische und nationale Gesetze wie die Abfallrahmenrichtlinie und Industrieemissionsrichtlinie.
6 Einfluss der Ersatzbrennstoffe auf das Emissionsverhalten ausgewählter Zementwerke: Wertet reale Emissionsdaten aus, um den Einfluss von Ersatzbrennstoffen auf spezifische Schadstoffe zu prüfen.
7 Resümee: Fasst die Erkenntnisse über Chancen, Risiken und rechtliche Anforderungen der Abfallmitverbrennung zusammen.
8 Ausblick: Erörtert notwendige Verbesserungen bei der Messqualität und die zukünftige Bewertung der Umweltverträglichkeit.
Schlüsselwörter
Ersatzbrennstoffe, Sekundärbrennstoffe, Zementherstellung, Abfallmitverbrennung, Emissionsverhalten, Emissionsgrenzwerte, Industrieemissionsrichtlinie, Kreislaufwirtschaftsgesetz, Klinkerbrennprozess, Stickstoffoxide, Schwermetalle, kontinuierliche Emissionsmessung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Die Arbeit untersucht die Auswirkungen der Substitution fossiler Regelbrennstoffe durch Ersatzbrennstoffe in deutschen Zementwerken auf das Emissionsverhalten.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die Zementproduktion, die energetische Verwertung von Abfällen, die Einhaltung von Immissionsgrenzwerten und die entsprechenden rechtlichen Rahmenbedingungen auf EU- und nationaler Ebene.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, den Einfluss der Abfallmitverbrennung auf luftverunreinigende Emissionen durch Auswertung telemetrischer Messdaten von fünf Zementwerken zu evaluieren.
Welche wissenschaftliche Methode wurde angewandt?
Die Arbeit nutzt eine Literaturanalyse zu technischen und rechtlichen Grundlagen sowie eine empirische Datenauswertung kontinuierlicher Emissionsmessungen der Zementwerke.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der Zementherstellung, den Brennstoffeigenschaften, der rechtlichen Regulatorik (AbfRRL, IE-RL) und der konkreten Analyse der Emissionsdaten für verschiedene Schadstoffe.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Ersatzbrennstoffe, Emissionsverhalten, Zementherstellung, Abfallmitverbrennung und BVT-Schlussfolgerungen.
Wie korrelieren CO- und Cges-Emissionen mit der Abfallverbrennung?
In einigen Fällen korrelieren diese Emissionen, was auf reduzierende Bedingungen durch den Einsatz inhomogener Ersatzbrennstoffe im Ofeneinlauf hindeuten kann.
Welche Rolle spielt Klärschlamm bei den Emissionen?
Die Analyse zeigt, dass die Mitverbrennung von kommunalem Klärschlamm nicht zu einer signifikanten Erhöhung der Quecksilberemissionen führt.
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- M.Sc. / Dipl.-Ing. (FH) Christian Terhorst (Author), 2018, Potenziale und Risiken der Substitution von Regelbrennstoffen durch Ersatzbrennstoffe in deutschen Zementwerken, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1169788
