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GEMIS 1 Endbericht - Bund der Energieverbraucher e.V.

1. ursurssnesnsernnernnen en 175 Bilanzierung in der Proze kette l Heizung neeenenenne 192 Bilanzierung in der Proze kette Gas Heizung 240r24urs0nesnneennnen nennen 192 Gesamtemissionen von HeizsysteMen ccsccccesseeceeeeeceeeeeceeeeecseeeeesteeeees 193 Schadstoffbilanz von Heizsystemen Tabelle 175 22022442 20 194 Differenzierte Schadstoffbilanz der Szenarien ur sure ner nenn 198 Energie und Kohlendioxid Bilanz der Szenarien uu 2240222 nern n 198 Bilanzen von KWK Systemen bei Variation der Stromgutschrift 199 Gesamtemissionen von Stromsystemen ccccecesseeceseeceeeeecsteeeceteeeeeteeeees 201 Differenzierte Schadstoffbilanzen von StromsysteMenN oococnoccccnoncccnnancn nnnnos 202 Fl chenbedarf und Reststoffanfall bei Heizsystemen en 248 Oko Institut GhK WZ III XV GEMIS Tabelle 182 Tabelle 183 Tabelle 184 Tabelle 185 Tabelle 186 Tabelle 187 Tabelle 188 Tabelle 189 Tabelle 190 Tabelle 191 Tabelle 192 Tabelle 193 Tabelle 194 Tabelle 195 Tabelle 196 Tabelle 197 Tabelle 198 Tabelle 199 Tabelle 200 Heizsystemvergleich mit und ohne Energietranspott ooooocnnocnnoccnonncannnonnnnnnncnns 251 Stromsystemvergleich mit und ohne Energietransport ceeeeeeeeeseeeeeeees 252 Monetarisierte Emissionen von Heizsystemen cccs
2. Die im GEMIS Projekt ebenfalls quantifizierten sonstigen Reststoffe stellen dagegen eine Sammel Kategorie dar Als Datenquelle wurden hier verschiedene Studien herangezogen die auch zur Definition der Proze und Materialdatens tze verwendet wurden vgl Kapitel 2 3 und 2 4 Wegen der Unterschiedlichkeit der unter dieser Kategorie erfa ten Reststoffe von Bergematerial im Kohlebergbau ber schwermetallhaltige Bohrschl mme bei der l und Gasf rderung bis hin zu hochradioaktivem Atommiill ist diese Kenngr e nur mit extremer Vorsicht f r harte quantitative Aussagen zu nutzen Eine Interpretation der Quantit ten darf nur in enger Einbeziehung der Aussagen zur Wirkung der jeweiligen Reststoffe erfolgen Aus diesem Grund werden die sonstigen Reststoffe insgesamt nochmals als qualitativer Umweltaspekt erfa t und prim renergiespezifisch definiert vgl Kapitel 5 Oko Institut GhK WZ III 205 GEMIS 4 1 2 Fl cheninanspruchnahme Im GEMIS Computerprogramm wurde wegen z T nur l ckenhaft vorliegender Daten darauf verzichtet unterschiedliche Fl chenkategorien zu verwenden die durchaus gegebene Unterschiede in der Art der Fl cheninanspruchnahme ber cksichtigen k nnten F r die Datens tze des GEMIS Programms wird in den Anlagenkenndaten lediglich eine Fl chenkenngr e eingetragen die bei Kraftwerken das eigentliche Betriebsgel nde und beim Bergbau die direkt durch den Abbau beeintr chtigte Fl che angibt Bei Transpo
3. Die Entwicklung solcher Instrumente ist und darauf sei an dieser Stelle nachdr cklich hingewiesen noch nicht sehr weit fortgeschritten vor allem was ihre Anwendbarkeit in konkreten Problemsituationen und die Vergleichbarkeit ihrer Ergebnisse anbelangt Daher kann die Beurteilung der komplexen Wirkungen verschiedener Umweltaspekte nur in dem Ma e verbessert werden wie die daf r notwendige Modellbildung verbessert wird wobei in diesem Zusammenhang auch der Frage der Benutzerfreundlichkeit der Instrumente eine besondere Bedeutung zukommt da es ein Unterschied ist ob die direkt mit einem Problem befa ten Akteure die Analysen durchf hren k nnen oder ob dazu weitere Spezialisten ben tigt werden 1 7B die Ermittlung der Ursachen des Waldsterbens und die Rolle von CO2 in der Klimadiskussion 2 Ihre Bedeutung f r eine vorausschauende kologisch orientierte Umwelt und damit auch Energiepolitik ist aber nicht zu gering einzusch tzen Oko Institut GhK WZ III 235 GEMIS Neben Modellen kleinerer Reichweite die eine Absch tzung der Wirkungen verschiedener Effekte ber physikalische Parameter erlauben mittleren computergest tzen Systemen und allgemeiner orientierten Projekten kann schon die Bereitstellung von Informationssystemen ber regionalisierte umweltrelevante Parameter Kataster als eine notwendige Grundlage f r Wirkungs berlegungen angesehen werden Die GEMIS Analysen zeigten ja eine starke Standortabh ngigkeit
4. in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert Anmerkungen ly getrocknete rheinische Braunkohle Brikett Staub 2 rheinische Roh Braunkohle nur reviernah 3 Werte f r 7 Vol O 4 Werte fiir 6 Vol O Olbetriebene KWK Systeme Wegen der Bestimmungen der TA Luft zu kanzerogenen Verbindungen Nickel gehen wir davon aus da in der Regel kein schweres Heiz l eingesetzt wird sondern ausschlie lich Heiz l EL Oko Institut GhK WZ III 64 GEMIS Wie oben in der Diskussion zu Heizanlagen mit Heiz l EL HEL dargestellt ist bei HEL in allen EDS ein SO Emissionsfaktor von 75 kg TJ zu unterstellen HEL weist einen CO Emissionsfaktor von rd 73 t TJ auf Zum Vergleich mit den Daten der folgenden Diksussion gibt folgende Tabelle die Emissionsgrenzwerte nach den gesetzlichen Bestimmungen in der BRD wieder Tabelle 27 Grenzwerte f r Ol HKW sa Fi ET E Anmerkungen 1 bei 3 Oy prim re NO Reduktion nach Stand der Technik gefordert 2 bei5 O Staubminderung nach Stand der Technik gefordert 3 bei 15 O prim re NO Reduktion nach Stand der Technik gefordert 4 bei3 O f r SO wird eine Mindestreduktion von 60 gefordert 5 bei3 O f r SO wird eine Mindestreduktion von 85 gefordert Technologie Spektrum F r Anlagen zur Kraft Warme Kopplung auf Ol Basis kommen verschiedene Technologien zur Anwendung die sich sowohl in den energetischen Parametern wie auch im Emissionsverhalt
5. Institut f r angewandte kologie e V Institute for Applied Ecology Institut d ecologie appliquee Umweltwirkungsanalyse von Energiesystemen Gesamt Emissions Modell Integrierter Systeme GEMIS Endbericht U Fritsche L Rausch K H Simon Oko Institut Biiro Darmstadt Wissenschaftliches Zentrum II an der Gesamthochschule Kassel Darmstadt Kassel August 1989 Oko Institut GhK WZ III ii GEMIS Vorbemerkungen Im Rahmen des GEMIS Projekts wurde eine Datenbasis und Methodik fiir umweltbezogene Analysen und Vergleiche von Energiesystemen zur Bereitstellung von W rme und Elektrizit t entwickelt Hierbei wurden von der Prim renergiegewinnung bis zur Nutzenergie alle wesentlichen Elemente beriicksichtigt und der Materialaufwand zur Herstellung von Energieanlagen einbezogen Die Datenbasis enth lt energetische Kenngr en Nutzungsgrade Leistung Auslastung Schadstoffemissionen SO NO Staub CO2 anfallende Reststoffe Fl cheninanspruchnahme sowie wichtige qualitative Umweltaspekte Weiterhin wurde ein Computerprogramm zur vergleichenden Umweltanalyse von Energiesystemen entwickelt da f r den Einsatz auf Personal Computern geeignet ist und sehr weitgehende Flexibilit t f r Datenanpassungen an spezifische Fragen erlaubt Die f r das Gesamtprojekt erforderlichen Einzelarbeiten wurden w hrend der Projektlaufzeit in Arbeitspapieren zusammengefa t die zur Dokumentation und Diskussion des Projektfortschritts d
6. KRAUSE 1988 Statement von Dr F Krause Lawrence Berkeley Lab bei der Expertenanh rung der Enqu te Kommission Vorsorge zum Schutz der Erdatmosph re am 20 Juni 1988 in Bonn Wortprotokoll MUSTACCHI ARMENANTE CENA 1979 Carbon dioxide removal from power plant exhausts in Environment International vol 2 1979 p 453 456 NERO 1984 Environmental Costs and Benefits Case Study Nuclear Power Plant Nero amp Ass Inc for Bonneville Power Administration Portland NITSCH 1988 Solarer Wasserstoff in einer zuk nftigen Energiewirtschaft J Nitsch in elektrow rme international vol 46 1988 Heft A5 S A138 A148 OECD 1986a Environmentally Favourable Energy Options and their Implementation OECD Environmental Monographs no 1 Paris OECD 1986b Understanding pollution abatement costs OECD Environmental Monographs no 1 Paris OECD 1989 Environmental policy benefits monetary valuation Paris OKO INSTITUT 1985 Arbeiten im Einklang mit der Natur OKO Institut Projektgruppe Okologische Wirtschaft eds Freiburg OTTINGER 1988 Environmental externality costs of energy resources Statement of Work Center for Environmental Legal Studies Prof R L Ottinger Pace University White Plains NY OTTINGER 1989 mehrere Schreiben von Prof R L Ottinger Pace University White Plains NY beziigl des externality cost project vgl lt OTTINGER 1988 gt an die GEMIS Projektleitung PROGNOS 1987 Rationelle Energieverwendung und erzeugun
7. KWK MBTU MW MWh NOx ORNL OTS PAH Pb PCDD PCDF PKA ppm QT REA RGR SCL SCR SNCR SO2 T REA TA Luft TAV TJ TOTEM UMK UNEP Institut f r Kernenergetik und Energiesysteme Input Output Analyse Fraunhofer Institut f r Systemtechnik und Innovationsforschung Kilo Watt Kernforschungsanlage J lich Kraft W rme Kopplung Million British Thermal Units Mega Watt 106 Watt Mega Wattstunden 106 Wattstunden Stickoxide Oak Ridge National Laboratory organische Trockensubstanz polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe Blei polychlorierte Dibenzo Dioxine polychlorierte Dibenzo Furane Proze ketten Analyse parts per million quasitrockene Rauchgasentschwefelungsanlage Rauchgasentschwefelungs Anlage Rauchgasreingungs Anlage Seattle City Light Selective Catalytic Reduction Selective Noncatalytic Reduction Schwefeldioxid trockene Rauchgasentschwefelungsanlage Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft Trocken Additiv Verfahren Tera Joule 1012 Joule Total Energy Modul Umweltbundesamt Umweltminister Konferenz United Nations Environmental Programme Oko Institut GhK WZ III 316 UTA Uran Trenn Arbeit VDEW Vereinigung Deutscher Elektrizit tswerke vol volume bzw Band Vol Volumen Prozent WEC World Energy Conference WSF Wirbelschichtfeuerung ZWSF zirkulierende Wirbelschichtfeuerung GEMIS
8. Staub Durch den geringen Aschegehalt von HEL unter 0 05 Gew ergeben sich maximale Staub Werte im Bereich von 10 kg TJ Bei der unvollst ndigen Verbrennung kann zus tzlich Ru unverbrannter Kohlenstoff entstehen der zu einer Tr bung der Abgase f hrt Me werte an bestehenden Anlagen kommen zu Staub Emissionen um 3 kg TJ wobei moderne gut eingestellte Brenner Werte unter 1 kg TJ erreichen Das Umweltbundesamt geht f r heutige HEL Feuerungen im Haushaltssektor von Staub Emissionen von 1 5 kg TJ aus lt UBA 1989 gt Im EDS STANDARD ist f r Neuanlagen mit guter Brennereinstellung u E von einem Staub Emissionsfaktor von 1kg TJ auszugehen im EDS BEST dagegen praktisch ru freier Raketenbrenner von 0 5 kg TJ CO und Kohlenwasserstoffe C Hm PAH Die CO Emissionen von HEL Feuerungen schwanken je nach Brennertyp und Lastbereich zwischen 10 und 70 kg TJ Da CO als Ma stab f r die Verbrennungsqualit t gilt belegen die relativ niedrigen Werte fiir HEL wie bei Gas die gute Verbrennung Entsprechend niedrig liegen auch die gemessenen Werte von CnHm und PAH die allerdings leicht h her als die bei Gas sind Eine Ausnahme von dieser g nstigen Beurteilung sind Einzel fen fiir HEL die wegen der vergleichsweise schlechten Verbrennungsf hrung z T hohe PAH Werte aufweisen lt EBI 1982 gt Die Emissionen liegen allerdings immer noch um mehrere Gr enordnungen unter denen von fossilen Festbrennstoffen vgl unten Schwermeta
9. Tabelle 168 Tabelle 169 Tabelle 170 Tabelle 171 Tabelle 172 Tabelle 173 Tabelle 174 Tabelle 175 Tabelle 176 Tabelle 177 Tabelle 178 Tabelle 179 Tabelle 180 Tabelle 181 Kenndaten des Strohcob Lkw une 158 Kenndaten der Proze kette Strohcob frei Haus u0r2uersnesnneennesnnen nn 158 Kenndaten des Gulle L kw sus sa ask rar Re 159 Kenndaten der Biogas Einzelanlage u 24224000200es ner snnennnennnnen nennen 160 Kenndaten des Biogas TOTEM ur er 160 Emissionsdaten des Biogas TOTEM coooooocccconcnoconnncnonnnononcncnnnncononcnronncccnnncnos 160 Kenndaten der Biogas Zentralanlage ooonccnnncnnnninoccnonnnonancnnncnoncnannnnnncnnn nono 160 Kenndaten des Biogas BHKW 2220022002 2002 2nnennnnennensnnernnennnnnnnnen non 161 Emissionsdaten des Biogas BHKW c cccssececesececeeececseeeecsneeeesteeeeseees 161 Kenndaten der Proze kette Biogas Einzel ooooonnncccnnncccnoncccnoncnonancconnncnonn 161 Kenndaten der Proze kette Biogas Zentral ooonnncccnnocccnoncccoonccnnnnncnnnncnonn 161 bersicht zum materialbezogenen Energieaufwand neeene 172 Materialbezogene Emissionsdaten lt L BLICH 1985 gt een 173 Materialbezogene Emissionsdaten 1 N herung uursuesnsennernee nn 174 Materialbezogene Emissionen nach UBA Daten u 2420 nneennernen en 174 Materialbezogene Emissionsdaten f r GEMIS
10. normale Anlage behandelt werden 2 5 5 Ber cksichtigung der qualitativen Effekte Im Vorgriff auf die Herleitungen zur Einbeziehung der qualitativen Effekte in GEMIS soll an dieser Stelle der Verkn pfungssalgorithmus vorgestellt werden Wie sp ter in Kapitel D 2 beschrieben werden f r die Prim renergien die Aspekte Unfall und Gesundheitsgefahren e Fl cheninanspruchnahme Reststoffe und Mikro kologie mit einem Index versehen der das Gewicht dieser qualitativen Aspekte abbildet Die Skala der Gewichtung reicht von 4 bis 4 bis wobei blicherweise nur negative Effekte durch eine Prim renergienutzung zu erwarten sind Die Verkn pfung der Indizes erfolgt in drei Schritten Bestimmung der Prim renergieanteile Durch die EnergiefluBrechnung lassen sich die einzelnen Prim renergiemengen die von dem jeweiligen Szenario nachgefragt wird bestimmen Der h chste Anteil wird dabei auf 100 gesetzt und alle anderen Anteile darauf bezogen Wertung der Indizes Im zweiten Schritt erfolgt eine Wertung der Indizes entsprechend der Anteile der Prim renergienachfrage Die Wertungsfunktion ist folgenderma en definiert Oko Institut GhK WZ III 191 GEMIS f I Anteil Sign I Anteil III wenn lAnteill gt 64 I 11 wenn 64 gt Anteill gt 16 II 21 wenn 16 gt lAnteill gt 4 II 31 wenn 4 gt Anteill gt 1 0 wenn 1 gt lAnteill berlagerung der einzelnen Prim rene
11. 1 BImSchV gt 150 TA Luft gt 1 000 400 2 000 TA Luft gt 5 000 400 2 000 Anmerkungen weitere Reduktion nach Stand der Technik gefordert Begrenzung auf maximal 1 Gew Schwefel bei Hu 29 3 MJ kg Oko Institut GhK WZ III 35 GEMIS Tabelle 15 Emissionsfaktoren fiir Braunkohlenbriketts Quelle Leistung Staub CO C H NO SO 1 BImSchV gt 15 1 BImSchV gt 150 TA Luft gt 1 000 151 760 TA Luft gt 5 000 151 760 Anmerkungen weitere Reduktion nach Stand der Technik gefordert Begrenzung auf maximal 1 Gew Schwefel bei Hu 29 3 MJ kg Schwefeldioxid Die in Heizanlagen eingesetzten Braunkohlen enthalten rd 0 35 Gew S 1 roh bei Heizwerten von rd 22 MJ kg theinische Briketts und bis zu 2 Gew S bei Heizwerten um 25 MJ kg DDR Kohlen Damit ergeben sich maximale SO Emissionen von 320 kg TJ rheinische Briketts und rd 1600 kg TJ DDR Das Schwefelinventar im Brennstoff wird wie bei Steinkohlen nicht vollst ndig emittiert da die Kohlen basische Substanzen enthalten Der Ascheeinbindungsgrad liegt bei 20 65 und damit deutlich h her als bei Steinkohlen Das Umweltbundesamt gibt fiir Braunkohlen im Sektor Haushalte einen SO gt Emissionsfaktor von 100 kg TJ an und fiir Leipziger Kohlen sowie polnische Hartbraunkohlen 1500 kg TJ lt UBA 1989 gt FICHTNER gibt f r rheinische Braunkohlen Werte von 220 250 kg TJ Messungen der Bergbauforschung an handels blichen Kohle Heizungen er
12. BNL 51284 Upton BNL 1980b Potential environmental problems of photovoltaic energy technology G R Hendrey et al Brookhaven National Lab BNL 51431 Upton BNL 198la Examining public and occupational health risks of photovoltaic energy technologies Brookhaven National Lab BNL 51467 Upton BNL 1981b Assessing occupational health and safety risks of renewable energy technologies at the national level Brookhaven National Lab BNL 30749 Upton BNL 1983 Costs of controlling emissions from the manufacture of silicon photovoltaic cells using dendritic web technology Brookhaven National Lab BNL 51804 Upton BNL 1984 Overview of risk analysis and its assessment for energy production and use Brookhaven National Lab BNL 35463 Upton BNL 1985 Potential health and safety hazards associated with the production of cadmium telluride Brookhaven National Lab BNL 51832 Upton BOESCH RABALAIS 1987 Long term environmental effects of offshore oil and gas development D F Boesch N N Rabalais eds London New York BOLZE 1986 The environmental impacts of offshore oil and gas development Draft D A Bolze EPAD Report 31 National Audubon Society New York BOLZE 1987 Alaskan wildlife species and habitats that are sensitive to offshore oil and gas development D A Bolze EPAD Report 30 National Audubon Society New York BONESS 1989 pers nl Mitt von Dr Bone Regierungspr sidium Kassel vom Mai 1989 BONKA KUPPERS HORN 1988
13. Oko Institut GhK WZ III 243 GEMIS Aufgrund der besonderen Gefahren der off shore F rderung vgl Kapitel 5 2 3 und ihres zunehmend steigenden Anteils an der lversorgung erscheint f r die Erd lf derung eine h here Gewichtung angebracht so da wir 2 eingesetzt haben Die regenerativen Energien G lle Stroh Solarenergie Wasser und Wind werden jeweils mit 0 gewichtet lediglich die Bringung von Holz erscheint uns mit einem h heren Unfallrisiko verbunden so da dieser als einziger regenerativer Energietr ger mit 1 gewichtet wird Die Wasserkraftnutzung erscheint unter den Gegebenheiten in der BRD nicht mit einem besonderen Risikopotential verbunden zu sein Dies w rde sich allerdings anders darstellen wenn mit wesentlichen gr eren Stauanlagen eine Energieerzeugung betrieben werden w rde Auch bei der Windkraftnutzung erscheint das Gefahrenpotential das sich aus einem m glichen Losl sen von Materialbestandteilen aus den Rotoren oder durch die mitunter in der Literatur genannten Kolli sionsm glichkeiten theoretisch ergeben k nnte vernachl ssigbar zu sein 5 2 6 Mikro kologie Mit der Energiegewinnung und nutzung sind eine ganze Reihe von Auswirkungen auf kosysteme als ganzes oder auf einzelne Komponenten solcher kosysteme verbunden W hrend wir davon ausgehen da berregionale Beeintr chtigungen vor allem ber die sauren Schadgase und die klimarelevanten Emissionen hervorgerufen werden f r die die errechnete
14. ber Gro ballen in Gro anlagen A Strehler et al in Technologien zur Energieeinsparung in der Landwirtschaft BMFT ed Bonn S 103 116 TUM 1987 Wirtschaftlichkeit verschiedener Verfahren der Herstellung von Pre lingen aus Stroh Rinde Restholz S gewerksabf llen Papier etc sowie Rohstoffgemischen zur Verfeuerung in kleineren Heizungsanlagen TU M nchen Endbericht 03E 8422 A M nchen Weihenstephan T V 1982 Bericht ber die Flugstaubmessungen hinter dem Warmwasserkessel Makrola der Firma Viessmann Werke KG am 8 Juni 1982 Hannover T V 1983 Bericht ber die Emissionsmessungen im Reingaskanal von Kessel Nr 1 2 der Fa L Krages in Bremen 12 April 1983 Hannover T V 1985 Feuerungstechnik und Umweltschutz Kolloquium der Zentralabteilung Gro kraftwerke im T V Rheinland 24 25 1 1985 K ln T V 1985a Bericht ber die Flugstaubmessungen hinter dem Warmwasserkessel der Firma Ing Herbert Nolting GmbH 23 April 1985 Hannover T V 1985b Technischer Bericht Emissionsmessungen Fa Albert Schlotterer GmbH amp CoKG 10 Okt 1985 Hannover T V 1985c Messungen an Stroh und Holzfeuerungen Technischer berwachungs Verein im Auftrag des UBA Berlin UBA 1983 Chemisch physikalische Analyse von Hausm ll Umweltbundesamt Berichte 7 83 Berlin UBA 1989 Luftreinhaltung 88 Materialien zum Immissionsschutzbericht Umweltbundesamt Berlin VDI 1984a Kollogium Emissionsminderung SO2 NOx Staub VDI Bericht 495 D sseldo
15. ber die Umweltrelevanz von Energiesystemen zu erwarten sind Es sei nochmals auf die Probleme der Monetarisierung von Umweltaspekten und der zugrundeliegenden Datenbasis hingewiesen Anhang 2 die u E die Aussagekraft dieser Interpretationshilfe sehr weit relativieren Oko Institut GhK WZ III 257 GEMIS 7 Ausblick Im folgenden werden in Erg nzung zur Beschreibung und Dokumentation des bisher Erreichten einige offene Fragen aufgezeigt und Perspektiven f r die Weiterentwicklung des GEMIS Programms diskutiert Kapitel 7 1 zeigt Fragestellungen auf die im Zusammenhang mit der Umweltanalyse von Energiesystemen im GEMIS Projekt zwar aufgegriffen wurden aber nicht abschlie end zu kl ren waren Damit wird auf notwendige Arbeiten hingewiesen Kapitel 7 2 zeigt Erg nzungsm glichkeiten auf die eine Ausweitung der einbezogenen Umweltaspekte und programmtechnische Verbesserungen betreffen In Kapitel 7 3 werden M glichkeiten zur Erg nzung der GEMIS Anwendungsbereiche unter Beibehaltung der Verarbeitungsstruktur behandelt und eine grundlegende Modifikation in Richtung eines Gesamtinstrumentes diskutiert 7 1 Offene Fragen Trotz umfangreicher Recherchen konnten einige wichtige Grunddaten f r die Beschreibung von Proze ketten im GEMIS Projekt nur durch Sch tzungen oder grobe Modellannahmen definiert werden vgl vor allem Kapitel 2 3 Die gr te Unsicherheit weisen dabei die Proze ketten zur l und Gasgewinnung Auslandsantei
16. tung von Umweltaspekten der M llverbrennung Einerseits sind dies Schwermetalle die weiter unten diskutiert werden andererseits die sogenannten organischen Schadstoffe Hierunter wird eine sehr heterogene Gruppe von Verbindungen verstanden die organische C Verbindungen enthalten Dies sind C H z B PAH im Milligram Bereich sowie halogenierte Kohlenwasserstoffe im Mikro und Nanogramm Bereich Quantitative Absch tzungen der Emissionen dieser Stoffe sind wegen der starken Brennstoff Anla gen und Betriebsabh ngigkeit sowie Me problemen mit gro er Vorsicht zu betrachten Dennoch herrscht Einigkeit dar ber da bei MVA organische Stoffe in Spuren emittiert werden Da im GEMIS Projekt wegen Vergleichbarkeits und bertragungsproblemen keine quantitativen Absch tzungen nichtklassischer Schadstoffe versucht werden sollen sind die wichtigsten qualitativen Aspekte dieser Stoffgruppe in Verbindung mit MVA zu diskutieren Oko Institut GhK WZ III 79 GEMIS Zu den organischen Emissionen von MVA z hlen die polychlorierten Dibenzodioxine und furane PCDD F darunter das Sevesodioxin 2 3 7 8 TCDD Diese Verbindung ist akut toxisch und hat karzinogene teratogene und immunsuppressive Wirkungen lt HLFU 1988 gt Auch andere Dioxine und Furane k nnen hnlich starke Schadwirkungen haben allerdings wird fiir die Mehrzahl der PCDD F eine geringere spezifische Sch dingung unterstellt Da diese anderen PCDD F aber z T in deutlich h heren Men
17. 15 02 Vol Stickstoff Gehalt 0 59 Emissionsfaktor CO2 72945 kg TJ Chlor Gehalt 0 00 Fluor Gehalt 0 00 Unterer Heizwert 42 8 MJ kg Brennstoffdaten fiir Heiz l S Wassergehalt 0 00 Asche Gehalt 0 70 Gew Kohlenstoff Gehalt 84 0 Luftbedarf 10 40 m3 kg Wasserstoff Gehalt 11 0 Abgasstrom 9 80 m3 kg Schwefel Gehalt 1 80 spez Abgasstrom 0 25 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 1 50 CO2 Gehalt i tr A 15 89 Vol Stickstoff Gehalt 1 00 Emissionsfaktor CO2 77730 kg TJ Chlor Gehalt 0 00 Fluor Gehalt 0 00 Unterer Heizwert 39 6 MJ kg Oko Institut GhK WZ III 297 GEMIS Brennstoffdaten fiir Holz Gew Wassergehalt 30 0 Asche Gehalt 0 27 Gew Kohlenstoff Gehalt 35 9669 Luftbedarf 3 46 m3 kg Wasserstoff Gehalt 4 64 Abgasstrom 3 41 m3 kg Schwefel Gehalt 0 039 spez Abgasstrom 0 26 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 29 00 CO2 Gehalti tr A 19 58 Vol Stickstoff Gehalt 0 078 Emissionsfaktor CO2 0 kg TJ Unterer Heizwert 13 0 MJ kg biogener Brennstoff Brennstoffdaten fiir Holz Brikett Gew Wassergehalt 9 50 Asche Gehalt 0 35 Gew Kohlenstoff Gehalt 46 5 Luftbedarf 4 48 m3 kg Wasserstoff Gehalt 6 00 Abgasstrom 4 40 m3 kg Schwefel Gehalt 0 05 spez Abgasstrom 0 25 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 37 5 CO2 Gehalti tr A 19 58 Vol Stickstoff Gehalt 0 10 Emissionsfaktor CO2 0 kg TJ Unterer Heizwert 17 5 MJ kg biogener Brennstoff Brennstoffdaten f r Holz Hackschnitzel Gew
18. 3 w Oo gt r o a z 3 Wege Katalysator 2 Magerbetrieb 3 SCR Entstickung 4 NO arme Brennkammer bzw Wasser Eind sung DeNO oder Vormischung BEST Exkurs 1 Emissionsbetrachtung bei der Kraft W rme Kopplung Bei der herk mmlichen Verstromung von Brennstoffen in thermischen Kraftwerken liegt das Ziel in einer maximalen Umsetzung der Brennstoffenergie in Strom Um dies zu erreichen mu die nicht umgesetzte Energie als W rme mit m glichst geringer Temperatur abgef hrt werden Da aus physikalischen Gr nden mit heute verf gbaren Kraftwerkstechniken bei Dampfturbinen nur rd 35 41 der im Brennstoff enthaltenen Energie zu Strom umgesetzt werden k nnen lt ADRIAN QUIT TEK WITTCHOW 1986 gt m ssen die restlichen 59 65 Brennstoffenergie als nicht weiter nutzbare Abw rme mit Temperaturen um 30 C an die Fl sse oder die Atmosph re abgegeben werden Bei reinen Gasturbinen sind derzeit rd 36 elektrischer Wirkungsgrad m glich mit h heren Gaseintrittstemperaturen und hochtemperaturfesten Werkstoffen k nnten zuk nftig auch Werte um 42 erzielt werden Kombinierte Gas Dampf Turbinen Kraftwerke GuD Anlagen erreichen heute elektrische Wirkungsgrade um 41 lt KEHLHOFER ET AL 1984 gt Bei motorgetriebenen Stromerzeugern Gas Otto bzw Dieselmotoren sind derzeit elektrische Wirkungsgrade um 35 m glich durch verbesserte thermodynamische Schaltungen k nnen zuk nftig Werte von 43 Bottom
19. B uerliche Hackschnitzel und Heizgemeinschaft Kopfing Kopfing i I sterreich BILITEWSKI HARDTLE MAREK 1985 Grundlagen der Pyrolyse von Rohstoffen in Pyrolyse von Abfallen Thom Kozmiensky ed Berlin S 1 73 BioEn84 Proceedings of the 1984 Conference on Bio Energy Vol I IV H Egn us A Ellegard eds G teborg BMU 1988 Verordnung tiber Abfallverbrennungsanlagen Entwurf v 14 11 88 Bundesminister fiir Umwelt und Reaktorsicherheit Bonn BMWF 1986 Anforderungen an Kleinheizanlagen f r Pr gelholz und Stroh bis 50 kW Bundesministeriums fiir Wissenschaft und Forschung Wien BPA 1988a Environmental impacts of advanced biomass combustion systems Bonneville Power Administration Portland OR Oko Institut GhK WZ III 85 GEMIS BPA 1988b Identification of factors which affects combustion efficiency and environmental impacts from woodstoves Bonneville Power Administration Pacific Northwest and Alaska Regional Biomass Energy Program Portland OR BPA 1988c Mitigation measures for minimizing environmental impacts from residential wood combustion Bonneville Power Administration Pacific Northwest and Alaska Regional Biomass Energy Program Portland OR BPA 1988d Woodstove emission sampling methods comparability analysis and in situ avaluation of new technology woodstoves Bonneville Power Administration Portland PR BRANDON MURRAY 1982 Pellet wood stokers evaluation and testing of available systems in RSF 1982 p 94
20. Bei der Nutzung von G lle Festmist aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung zur Biogaserzeugung ist dagegen als qualitativ positiver Umweltaspekt auf die Verbesserung der D ngerausbringung und die damit verbundene Senkung der Auswaschung von Nitrat sowie auf die Geruchsminderung hinzuweisen Beide positiven Aspekte sind dann relevant wenn geeignete Ausbringtechniken sowie klimatisch und dem Planzenwachstum angepa te D ngerzeitpunkte gew hlt werden Generell kann es jedoch durch die Zunahme der G lletransport und Umladevorg nge bei der Biogaserzeugung zu Geruchsbel stigungen kommen soda diese u E einen besonderen wenn auch nur lokalen Umweltaspekt des Biogases darstellen Rationelle Energienutzung Unter den in Kapitel 5 1 2 diskutierten Voraussetzungen sind u E keine speziellen Umweltaspekte bei der rationellen Energienutzung erkennbar Bei der Abw rme als Prim renergie ist wie bei rationeller Energienutzung generell die Resourcenschonung und damit ein positiver Sonderaspekt anzugeben Oko Institut GhK WZ III 225 GEMIS 4 3 Literatur zu Kapitel 4 BFLR 1984 Landbewirtschaftung und Umwelt Informationen zur Raumentwicklung Heft 6 1984 Bonn BLW 1989 Wasserwirtschaft und Naturhaushalt Ausleitungsstrecken bei Wasserkraftanlagen Informationsberichte 1 89 Bayrisches Landesamt fiir Wasserwirtschaft M nchen BNL 1980a Photovoltaic energy technologies Health and environmental effects document Brookhaven National Lab
21. Beitrag zur Strahlenexposition durch Anlagen des nuklearen Brennstoffkreislaufs und der konventionellen Energietechnik im Normalbetrieb Schriftenreihe Reaktorsicherheit und Strahlenschutz BMU 1988 180 Bonn BPA 1988 Final environmental impact statement on new energy efficient homes programs assessing indoor air quality options vol I III Bonneville Power Administration Report DOE EIS 0127F Portland BRENNER 1984 Management strategies and ecological approaches to facilitate reclamation on mined lands in CEMP 1984 S 153 161 CEC 1981 A European atomic energy community report part I comparative risks from electricity generating systems part II risk assessment of energy systems Commission for the European Communities EUR 7532 EN Luxemburg Oko Institut GhK WZ III 226 GEMIS CEC 1983 Safety and health in the oil and extractive industries proceedings of an international symposium held in Luxemburg on April 19 20 Commission for the European Communities EUR 8438 EN London CEMP 1984 Environmentally sound development in the energy and mining industries Centre for Environmental Management and Planning Aberdeen University Aberdeen CHADWICK HIGHTON LINDMAN 1987 Environmental impacts of coal mining and utilization Oxford New York DESANTIS LONGO 1984 Coal energy vs nuclear energy a comparison of the radiological risks in Health Physics vol 46 1984 no 1 p 73 84 DOE 1983 Energy Technology Characterizations Handbook
22. Emissionsdaten des Gas Verdichters 22 22242 2244242042000 Bnor ne nnnennnnennnen een 130 Kenndaten des Gas Transports lokal oooooonnoccnnnncccnnoccconnccconancconannnonnncnnn 131 Kenndaten des Gas Kompressores cccessceceeeeceeeeeceeeeeceeeeeceteeeeneeeees 131 Emissionsdaten des Gasmotor Kompressots csscccceseeeeeeeeeeeeeeeesteeeesseees 131 Kenndaten der Proze kette Erdgas frei Industrie 002s00 seen 131 Kenndaten der Proze kette Erdgas frei Haus ooonoocccnoccccconcccnoncnonnncncnnnnnnnn 132 Oko Institut GhK WZ III xii GEMIS Tabelle 104 Tabelle 105 Tabelle 106 Tabelle 107 Tabelle 108 Tabelle 109 Tabelle 110 Tabelle 111 Tabelle 112 Tabelle 113 Tabelle 114 Tabelle 115 Tabelle 116 Tabelle 117 Tabelle 118 Tabelle 119 Tabelle 120 Tabelle 121 Tabelle 122 Tabelle 123 Tabelle 124 Tabelle 125 Tabelle 126 Tabelle 127 Tabelle 128 Tabelle 129 Kenndaten des Steinkohle AU fkOMIMENS ooonoccnnonnnonononcnonanononcnononannnonnccnnncnns 133 Kenndaten der Steinkohle F rderung Ausland ooooococnnocccconcccnoncncnnnnccnnncnonns 133 Kenndaten der Steinkohle F rderung BRD oooococnnococinocccconcccnoncnonnnncnonncconn 133 Kenndaten des Importkohle Tiefbaus 222 222002200r sn nnennnnennnen nn 135 Kenndaten des Importkohle Tagebau 22402244220Be nennen 136 Kenndaten der
23. Erfahrungen mit solchen Anlagen vor Die zweite Gruppe von Anlagen mit Feuerungsw rmeleistungen zwischen 50 und 300 MWth stellt den unteren Geltungsbereich der GFAVO dar Die GFAVO differenziert zwar zwischen den Anforderungen f r Anlagen von 50 100 MWth und f r die von 100 bis 300 MWth durch die TA Luft Novelle sind allerdings schon f r Anlagen unter 50 MWth sch rfere Werte festgelegt als f r die Anlagen von 50 100 MWth der GFAVO Weiterhin wird bei vielen Gemehmigungsverfahren nicht mehr unterschieden ob es sich um Anlagen der Gruppe 50 100 oder 100 300 MWth handelt 6 Dies liegt daran da der spezifische Aufwand sowie die Feuerungs und Reinigungssysteme in beiden Gruppen nahezu identisch sind Wir nehmen daher ebenfalls keine Differenzierung innerhalb der Bandbreite von 50 300 MWth vor Die dritte Anlagengruppe wird durch die TA Luft erfa t Die novellierte TA Luft sieht erstmals auch im Bereich unter 50 MWth Begrenzungen der NOx Werte sowie eine dynamisierte Regelung f r SO2 vor Seit der TA Luft Novelle wurden Informationen ber Rauchgasreinigung auch in dieser Leistungsklasse verf gbar und von Herstellerseite ein Markt erkannt Wegen der erst kurzen Einf hrung von sch rferen Umweltstandards f r diese Anlagen sind Aussagen ber den technischen Stand Kosten und R ckstandsprobleme hier am schwierigsten m glich Alle steinkohlenutzenden Systeme emittieren CO mit rd 93 t TJ bei Braunkohle ergeben sich f r Rohbraunkohle rd
24. Heft 3 S 87 90 RAG 1984 Ruhrkohlen Handbuch Ruhrkohle AG Essen 6 Aufl 5 vgl hierzu n her Kapitel 4 2 Oko Institut GhK WZ III 192 GEMIS 3 Ausgew hlte Ergebnisse Die in den vorstehenden Abschnitten diskutierte Datenbasis f r Emissionen Nutzungsgrade und Materialaufwendungen wurden mit dem GEMIS Programm im Rahmen der Projektarbeiten f r verschiedene Fragestellungen herangezogen Die im folgenden dargestellten Ergebnisse von Analysen stellen nur einen Ausschnitt der mit GEMIS behandelbaren Fragen dar wir verweisen Interessierte daher auf das Computerprogramm selbst 3 1 Relevanz vorgelagerter Proze ketten Mit GEMIS wurde analysiert welchen Einflu die vorgelagerten Proze ketten f r die Gesamt emissionen von Energiesystemen aufweisen Hierzu wurden mit dem Emissionsdatensatz STANDARD die Emissionen berechnet und die Verteilung der Schadstoffe auf die Stufen der Proze ketten bestimmt Die folgenden Tabellen zeigen Beispiele zu l und Gasheizungen Tabelle 172 Bilanzierung in der Proze kette l Heizung Fess Ses Anteile von Prozessen die nicht eindeutig einer Stufe zugeordnet werden k nnen Tabelle 173 Bilanzierung in der Proze kette Gas Heizung AECI CA CA CI ECC AAA CO EA Prim OX Sagas 7 Sekund renergieumwandlung Anteile von Prozessen die nicht eindeutig einer Stufe zugeordnet werden k nnen Oko Institut GhK WZ III 193 GEMIS Diese Ergebnisse best tigen unsere Ausgangsthese
25. Restriktionen zu umgehen die fordern nur vertretbare Mengen an Biomasse den Kreisl ufen zu entnehmen vgl Kapitel E 1 2 Bei der im Rahmen des GEMIS Projekts unterstellten Nutzung von Rest Biomassen also keine Energieplantagen sind die m glichen Auswirkungen der Biomasseproduktion dem vorrangigen Produktionsziel zuzuordnen also i d R der Bereitstellung von Nahrungsmittel oder Rohstoffen soda zumindest der energetischen Nutzung keine Gef hrdung von Tierarten zuzurechnen ist Oko Institut GhK WZ III 221 GEMIS Rationelle Energienutzung Aus den vorliegenden Studien und eigenen Kenntnissen sind hinsichtlich der Gef hrdung von Tier und Pflanzenarten keine Wirkungen von Ma nahmen zur rationellen Energienutzung bekannt 4 2 5 Qualitative Sonderaspekte Neben den vorstehend diskutierten generellen qualitativen Umweltaspekten wurden im Rahmen des GEMIS Projekts auch qualtitative Umweltaspekte betrachtet die nicht systematisch bei allen Prim renergien auftreten Sowohl die quantitativ betrachteten wie auch die generellen qualitativen Umweltaspekte dienen zur vergleichenden Analyse und Bewertung von Energiesystemen unter kologischen Gesichtspunkten vgl Kapitel 5 1 2 Hinsichtlich der qualitativen Umweltaspekte gibt es jedoch weitere die sich einer komparativen Bewertung entziehen da sie mit spezifisch mit einzelnen Energien verbunden sind Um diese unvergleichbaren Umweltaspekte nicht zu vernachl ssigen wurden sie als sogen
26. Restschwefel aufweist Die Abgabe von Schadstoffen ist daher in nennenswertem Umfang allein durch verbrennungsbedingte Prozesse bestimmt Die nachfolgende Tabelle zeigt Beispiele f r Emissionen verschiedener Gasfeuerungen die bei unserer Auswertung herangezogen wurden Oko Institut GhK WZ III 24 GEMIS Tabelle 6 Emissionen von Erdgas Feuerungen oe Tas seen co em Tom en IONES ECO Jen jur CN CAC CA CONCA a ras MARX 1986 DFVLR 1984 atm Brenner Gebl se Brenner lt 50 N wn Thermomax A wn Thermomax Gebl se Brenner lt 50 Gebl se Brenner lt 75 Raketen Brenner lt 50 atm Brenner atm Brenner jan oo Gebl se Brenner 44 N atm Brenner Gebl Br 1976 Gebl Br 76 82 Gebl Br 83 A wn Oo typischer Kessel DFVLR 1984 EBI 1982 HH 1988 Die folgenden Tabellen geben die Emissionsgrenzwerte bzw die daraus berechneten Emissions faktoren wieder die fiir Gasheizungen gefordert werden bester Kessel Einzelofen neue Kessel E CN ai Oko Institut GhK WZ III 25 GEMIS Tabelle 7 Emissionsgrenzwerte fiir Erdgas Feuerungen Ge em pe o CL Time Anmerkungen 5 prim re NOx Reduktion nach Stand der Technik gefordert a neue atmosph rische Brenner mit Umweltzeichen b neue Gebl se Brenner mit Umweltzeichen Tabelle 8 Emissionsfaktoren f r Erdgas Feuerungen Anmerkungen 5 prim re NOx Reduktion nach Stand der Techni
27. Umwelt im US amerikanischen weitergehend zu verstehen ist als im deutschsprachigen Raum ber die physikalisch biologische Definition hinaus werden auch Erholungswert recreation Sport und Lohnfischerei fishery atmosph rische Tr bung visibility Kulturelle Werte cultural values aesthetics soziokul turelle infrastrukturelle boomtown effects und psychologische Aspekte fear stress mit einbezogen BPA gab mehrere Studien in Auftrag um die Umweltkosten verschiedener Energiesysteme zu bestimmen Allgemeine und standortbezogene Analysen wurden f r Atomkraftwerke Steinkohlekraftwerke Gasturbinen Wasserkraftwerke biomassebefeuerte Kraft W rme Kopplung sowie Wind Parks durchgef hrt lt BIO 1984 gt lt BPA 1985 86 gt lt ECO 1981 87 gt lt NERO 1984 gt Das Vorgehen in diesen Studien ist vergleichbar e physikalische Definition der Umwelteffekte z B Emissionen Fl chennutzung e Bestimmung der Ausbreitung und Transformationen z B SO2 zu Sulfat e Bestimmung der betroffenen Bev lkerung bzw Spezies e Korrelation von Belastung impact und Wirkung effect ber Dosis Wirkungs Faktoren e Bestimmung von Kostengr en Geldwerte pro Belastung Wirkung Oko Institut GhK WZ III 269 GEMIS e Berechnung der durchschnittlichen Umweltkosten pro bereitgestellter Energieeinheit als Gegenwartswert d h abdiskontiert e ggf Angabe der Kosten in Bandbreiten Die wesentlichen Ergebnisse dieser Studien k nnen wie folgt zusa
28. ber Werten in der Gr enordnung von einigen 100 m3 f r mittelaktiven und einigen 10 m3 f r hochaktiven Atomm ll lt HOLDREN 1987 gt Oko Institut GhK WZ III 220 GEMIS Windkraft Die Windenergienutzung f hrt wegen des Fehlens von direkten Schadstoffemissionen und der relativ geringen Fl cheninanspruchnahme beim Anlagenbetrieb zu keiner erkennbaren Gef hrdung von Tier und Planzenarten Eine Ausnahme hiervon bildet die L rmemission die aber bei sachgerechter Anlagenkonstruktion in einigem Abstand zum Windenergiekonverter vom Hintergrundrauschen environmental noise berdeckt wird lt IEA 1980 gt lt KFA 1984 gt Die von manchen Autoren angef hrte Gef hrdung von Insekten oder gr eren Flugtieren durch Rotorschlag konnte bislang nicht nachgewiesen werden lt KFA 1984 gt lt KAISER 1983 gt und stellt potentiell auch nur dann eine Gefahr dar wenn die Anlage n in direkten Wanderwegen oder zonen liegen Dies kann bei Neuanlagen durch Standort V oraussetzungen vgl Kapitel E 1 2 verhindert werden Wie bei der Solarenergienutzung k nnen w hrend der Konstruktions und Bauphase der Windkonverter sowie bei Wartungsarbeiten St rungen von empfindlichen Tierpopulationen in der direkten Nachbarschaft nicht ausgeschlossen werden Diese Eingriffe sind jedoch einerseits wiederum durch Standortwahl Auswahl geeigneter Techniken und Wartungszyklen den biotischen Erfordernissen anpa bar andererseits sind die Effekte selbst bei gr
29. da dieser Anlagentyp z Zt gegen ber der konkurrierenden Schmelzkammerfeuerung bessere M glichkeiten zur Senkung der NOx Emissionen durch Prim rma nahmen aufweist Stickoxide Durch Prim rma nahmen zur NOx Senkung lassen sich bei Trockenfeuerungen ohne sekund re Ab scheidung 500 650 mg m einhalten mit Brennstoffstufung Werte unter 400 mg n8 lt LANGE 1985 gt lt SCHARER HAUG 1985 gt Um niedrigere Werte zu erreichen sind Abscheide oder Konversionsanlagen fiir NO notwendig Am weitesten entwickelt ist hier die sogenannte Selektive katalytische Reduktion SCR bei der NOx mit Hilfe eines Katalysators im Temperaturbereich von 250 450 C unter Zugabe von NH3 Ammoniak zu N2 und Wasser reagiert Uber 90 der DeNOx Auftr ge in der BRD wurden f r SCR Anlagen vergeben lt ENERGIE 1988 gt Als Katalysatoren kommen neben Edelmetallen auch Aktivkohlen sowie Zeolithe in Frage lt KFA 1986 gt Oko Institut GhK WZ III 54 GEMIS Die Wirksamkeit der Abscheidung liegt je nach Katalysatorgr e um 75 90 wenn ein nahst chiometrisches NH3 NO Molverhdltnis eingestellt wird lt DAVIDS ET AL 1985 gt lt VDI 1988 gt Dabei entstehen Ammoniakleckagen ins Reingas NH3 Werte unter 20 mg m3 sind ohne erheblichen Aufwand einhaltbar Die GFAVO in Verbindung mit dem UMK Beschlu verlangt in der Gr enklasse ab 300 MWth die Einhaltung eines NO Grenzwertes von 200 mg m dies enstspricht je nach Bezugs O Wert 67 76 kg TJ
30. efficiency and costs of energy supply and end use NTIS PB 238784 HOS GROENEVELD 1987 Biomass Gasification in HALL OVEREND 1987 S 237 255 HUTTENLOHER PILLER SCHRANNER 1984 Strom im W rmemarkt in Elektrizit tswirtschaft vol 83 1984 Heft 11 S 535 538 IIASA 1980 Resource requirements for industrial processes a WELMM comparison of energy chains A Gruber International Institute for Applied Systems Analysis WP 80 50 Laxenburg IFE 1988 Emissionen von Holzfeuerungen T Nussbaumer Studie im Rahmen des Nationalen Foschungsprogramms 12 ETH Institut f r Energietechnik Z rich IFEU 1988 PKW Bus oder Bahn IFEU Bericht Nr 48 Heidelberg INFRAS 1981 Proze datenspiegel f r 42 F rderungs Transport und Umwandlungsprozesse im Bereich der Raumw rmeversorgung UBA Projekt 101 05 006 Z rich ISI 1988 Verluste von Erdgas bei der Produktion und Verteilung Fraunhofer Institut f r Systemtechnik und Innovationsforschung ISD Unterlage 11 123 der Enquete Komission Vorsorge zum Schutz der Erdatmosph re Karlsruhe JAHRBUCH 1988 Jahrbuch f r Bergbau und Energie 1988 89 Essen JENSCH 1988 Vergleich von Energieversorgungssystemen unterschiedlicher Zentralisierung IfE Schriftenreihe Heft 22 M nchen JUNG 1985 Anmerkungen zu den Emissionsvergleichen des Umweltbundesamtes zu den verschiedenen Heizungssystemen VDEW Abt K Frankfurt Oko Institut GhK WZ III 165 GEMIS JUNG 1986 Da nicht sein kann was nicht sein d
31. eine m gliche Datengrundlage hierf r entwickelt werden Oko Institut GhK WZ III 275 GEMIS Die im folgenden ermittelten Kosten der Schadstoffvermeidung beziehen sich auf gegenw rtige Durchschnittswerte in der BRD Sie wurden fiir Emissionsvermeidungen bei Steinkohlekraftwerken Olfeuerungen und Pkw ermittelt wobei Standard Daten f r die Verminderung von SO NO und Staub aus verschiedenen Quellen herangezogen wurden Besonderes Gewicht hatten hierbei Daten aus einer Cost Benefit Analyse von Emissionsminderungstechniken die im Rahmen einer EG Studie erhoben wurden lt RENTZ MORGENSTERN 1988 gt Die Kostenangaben ftir das Kohlekraftwerk vgl Tabelle unten stimmen gut mit den Daten einer Studie ber Gasreinigungskosten f r Kohlekraftwerke in den USA Japan und der BRD berein lt OECD 1986b gt sowie mit der Weltenergie Konferenz Studie lt WEC 1988 gt und Arbeiten des UN Umweltprogramms lt UNEP 1985 gt Tabelle 186 Emissionsvermeidungskosten bei neuen Kohlekraftwerken E TO E min ps ps a fern ACI f e 07 mm Die Werte f r die SO Minderung bei lfeuerungen Tabelle unten und Pkw hier Diesel beziehen sich auf Kosten der Entschwefelung von 0 3 auf 0 15 Gew in Raffinerien f r NO und Entstaubung wurden die Kosten am Kohlekraftwerk orientiert Tabelle 187 Emissionsvermeidungskosten bei neuen lfeuerungen Monate 80 f RO Saab pim E IA Beim Pkw Tabelle unten wurde ein Drei Wege Katalysator zur Entstic
32. enthalten Diese Arbeit wurde u a durch Diskussionen mit AutorInnen w hrend mehrerer Auslandsaufenthalte sowie bei Besuchen ausl ndischer KollegInnen im KO Institut erm glicht Einzelheiten zu dieser Arbeit sind im Arbeitspapier ALL 4 vgl Liste im Anhang 7 enthalten Oko Institut GhK WZ III 5 GEMIS Hierzu wurden die Ende 1987 abgeschlossenen hessischen Energiekonzepte auf die jeweilige konkrete Ausgestaltung der Umweltanalysen hin untersucht sowie eine Auswahl von Energiekonzepten au erhalb Hessens sowie Auswertungen anderer Institute einbezogen sofern sie Aussagen zur Ber cksichtigung von Umweltbelangen enthielten Folgende Energiekonzepte wurden in der Auswertung betrachtet Bad Hersfeld US Army zu Kraft W rme Kopplung Darmstadt Dieburg zu Biogasnutzung Frankenberg zu Kraft W rme Kopplung Ffm Raimundstra e zu Kraft W rme Kopplung Gelnhausen Hailer zu Deponiegasnutzung Gie en zu Kraft W rme Kopplung Langen Egelsbach zu Kl rgasnutzung Marburg zu Energie generell Reiskirchen zu Deponiegasnutzung Schwalm Eder zu Energie generell Schwalmtal Hopfgarten zu Biogasnutzung Die weiteren Energiekonzepte in Hessen weisen entweder keine Aussagen zur Umwelt auf z B BHKW Planung f r Weiterstadt oder sind zu speziell auf einzelne Anlagen Typen hin ausgerichtet um verallgemeinerbare Aussagen zu enthalten z B Gasturbinen Planung in Schwalbach Neben hessischen Konzepten wurden weitere Studien analysiert u
33. rd 620 mg m3 HF rd 22 mg m aus denen sich bei rd 96 Abscheidung Emissionsfaktoren ermitteln lassen Dabei stimmen die sich ergebenden Werte f r 96 R ckhaltung gut mit denen berein die sich aus den Grenzwerten abz glich 20 Sicherheitsabstand errechnen Somit wird im EDS STANDARD von Emissionsfaktoren f r HCl von 14 kg TJ und f r HF rd 1 kg TJ ausgegangen Diese Werte liegen ebenfalls deutlich h her als bei modernen Rauchgasreinigungen f r MVA um 10 mg nP Hersteller garantieren nach lt TABASARAN 1987 gt schon Werte von 5mg m f r HCl und 0 5 mg m f r HF nach lt REIMER 1988 gt werden Werte lt 10 rsp 1 mg m genannt Daher ist im EDS BEST als Emissionsfaktor fiir HCl 6 kg TJ rd 10 mg m und als HF Wert 0 3 kg TJ rd 0 5 mg m anzusetzen Oko Institut GhK WZ III 71 GEMIS Stickoxide In der TA Luft ist eine allgemeine NO Begrenzung auf 500 mg n vorgesehen Durch einfache pri m re Minderungsma nahmen sind bei MVA heute Werte um 400 mg m m glich mit aufwendigeren Prim rma nahmen k nnen MVA schon heute NOx Werte von 300 mg n m3 erreichen lt HORCH CHRISTMANN 1985 gt Diese letztgenannten Prim rma nahmen f hren wegen der Bildungseigenschaften von NO zu einer lokalen Absenkung der Flammtemperaturen sowie zu unterst chiometrischer Verbrennung in Teilen des Rostes womit die Bildung von halogen organischen Schadstoffen beg nstigt wird Diese weitgehende Minderungstechnik widerspricht damit aber
34. ss i7 a 2 vor Ofen Katalysator 46 seo s 73 wkriosse SCHWEIZ Kamin offen dis 8 fas so o rios HINNCAND 21 8 AA AS S AA HHS Vorofen isoo VESTER 1985 HHS Muttizykion 200 f3 TS vesreris Stoker Pellets o 37 fe VESTR oss SCHWEDEN HHS Vorofen 3542 im fz sviso HHSinwsF_ 600 fm e ja igs fOsteRREICH HBS Stoker 3039 osw f WRG 1985 HBS Vorofen 60 551333 w rG1o8s SA AAA la lA E WSF Gewebefilter o 2 ww 72 53 Irma wsF Filter soooo fso 3ow s ist zur 1988 fen Katalalysator Jo f2s 3wm omnis Oko Institut GhK WZ III 43 GEMIS Schwefeldioxid Die SO Emissionen holzgefeuerter Systeme werden durch das Schwefelinventar im Brennstoff bestimmt Der Schwefelgehalt liegt im Bereich unter 0 05 Gew Frisch geschlagenes sowie unter Dach gelagertes Holz bzw Holz Hackschnitzel weisen noch geringere Schwefeinventare auf wahrend im Freien gelagertes Holz in den Bereich von 0 05 Gew kommen Der Unterschied wird durch die Ablagerung von Schwefel bzw Sulfat durch Niederschl ge oder trockene Deposition erkl rt lt SCHRIEVER 1984 gt Die SO Emissionen betragen ausgehend von einem Wert von 0 05 Gew und einem Heizwert von 17 5 MJ kg trockenes Holz ohne Ascheeinbindung oder sonstige Rtickhal tung rd 57 kg TJ Brennstoffw rme Durch den relativ hohen Gehalt an basischen Substanzen im Holz wird ei
35. um eine eigenst ndige Interpretation der Verrechenbarkeit durch den Nutzer zu erm glichen Eine interne Aggregation dieser prim renergiespezifisch normierten Intensit ten durch das Computerprogramm ist u E nicht ohne aufwendige Kommentierung m glich und auch dann nur subjektiv begriindbar da bei der Gutschrift von KWK Strom in der Regel unterschiedliche Prim renergien z B Gas gegen Kohle zu verrechnen w ren In den Bewertungsprofilen finden sich nun in einer sehr verdichteten Form die diskutierten relativen Gewichte qualitativer Umweltaspekte wieder wobei allerdings das Bewertungsbild nicht die Interpretation der vom Programm ausge wiese nen Zahlenwerte ersetzen Kann sondern als Erg nzung zu verstehen ist Dies sei am Beispiel des Fl chenaspektes beleuchtet Obwohl Solarkraftwerke die h chste spezifische Fl cheninanspruchnahme aller betrachteten Anlagen aufweisen erscheinen sind sie im qualitativen Bewertungsbild sehr viel g nstiger als die Stromproduktion z B aus Steinkohle und Uran Dies beruht darauf da im Bewertungsbild wie es derzeit verwendet wird eine rein qualitative Betrachtung vor herrscht und bei unserer Bewertung des relativen Gewichts der einzelnen Prim renergietr ger hinsichtlich des qualitativen Aspekts Fl chenanspruch die Solarenergie ein geringes Gewicht erhielt Inwieweit diese qualitative Bewertung durch das quantitative Ergebnis zur Fl che kompensiert wird kann nicht generell entschieden werden da
36. und Braunkohle Uran und Biomasse hinsichtlich der energetischen Daten auftretender stofflicher Verluste und emissionsverursachender Prozesse diskutiert Weiterhin werden die den Prozessen zuzuordnenden brennstoffbezogenen Emissionsfaktoren dargestellt wenn direkte Schadstoffabgaben auftreten Soweit Hilfenergien W rme Kraft nachgefragt werden beziehen sich die Bedarfsdaten auf den Output des die Hilfsenergie bereitstellenden Systems bezogen auf den Output des die Hilsenergie nachfragenden Prozesses TJout Hilf TJout Proze Zudem sind f r den Fall da mehrere Prozesse an einer Proze stufe teilnehmen z B zwei Transportarten f r Prim renergie die jeweiligen Einzeldaten ausgewiesen und zus tzlich der prozentuale Anteil genannt Die Systematik der Daten wird in der folgenden Abbildung nochmals verdeutlicht Abbildung 1 Systematik von GEMIS Proze ketten 3 Im GEMIS Programm werden diese prozentualen Aufteilungen wie eigene Anlagen behandelt und als Dispatcher bezeichnet vgl n her Kapitel B 5 Oko Institut GhK WZ III 114 GEMIS Proze kette Erd l Die mit der Gewinnung Aufbereitung und Transport von Erd l verbundenen Energie und Umweltaspekte geh ren zu den umstrittensten Daten in der vorliegenden Literatur Daher sollen die im GEMIS Programm zu verwendenden Daten ausf hrlich diskutiert werden wobei die jeweils stattfindenden Prozesse beschrieben und die u E zu unterstellenden Kenndaten erl utert werden Ein
37. 09 Werden hierf r die modellm igen elektrischen Pumpen angenommen errechnet sich ein Gesamt Strombedarf von 0 3 bezogen auf den Heizwert des mit sekund rer Technik gef rderten Ols Die IIASA Untersuchung f r die Nordsee gibt f r sekund re F rdertechniken einen Brennstoffbedarf von rd 0 4 GJ t an dies entspricht rund 1 des Heizwerts des gef rderten ls bzw 0 3 umgerechnet auf Hilfsenergiebedarf lt KLITZ 1980 gt Als Standard Wert der OPEC und der Nordsee Felder nehmen wir einen 20 bzw 35 Anteil der sekund ren Techniken an der Gesamtf rderung an Damit wird einbezogen da zuk nftig vermehrt diese Technologie eingesetzt werden mu um die erschlossenen Felder besser auszunutzen In der BRD ist mittlerweile die sekund re F rderung als Normalfall anzusehen zum Teil wird auch terti re F rdertechnik verwendet Terti re l F rderung Enhanced Oil Recovery ber die Wasserflutung hinaus kann h herviskoses Erd l oder solches in einer ung nstigen Matrix por ser Fels Mergel mithilfe tertit rer Techniken gewonnen werden Derzeit kommen zwei solcher Techniken zur Anwendung e Dampfinjektion bei der durch in das Vorkommen eingepumpten hei en Dampf die Viskosit t des Roh ls herabgesetzt und so eine gr ere Ausbeute m glich wird Thermally Enhanced Oil Recovery THEOR CO2 Injektion um den Reservoirdruck zu erh hen F r den THEOR Proze mit Dampfinjektion wird ein Bedarf an Brennstoff f r Pr
38. 112 t TJ und bei Braunkohle Staub 97 t TJ jeweils bezogen auf den Brennstoff Heizwert 16 So z B bei den Heizkraftwerken HKW in Freiburg und Braunschweig sowie den Industrie HKW bei Merck Darmstadt und Opel Riisselsheim Oko Institut GhK WZ III 53 GEMIS Zur Orientierung bei der Diskussion von GEMIS Werten gibt die folgende Tabelle einen Uberblick zu den gegenw rtigen gesetzlichen Grenzwerten fiir Kohlefeuerungen Dabei wurden wie im GEMIS Projekt generell nur Neuanlagen sowie bei Braunkohle allein die Verfeuerung von Braunkohle Staub betrachtet da Rohbraunkohle ausschlie lich in Gro feuerungen im rheinischen Revier eingesetzt wird vgl zu deren Emissionen Kap 2 3 1 Tabelle 24 Grenzwerte f r Stein und Braunkohle HKW Typ Leistung SO NO Staub SO NO Staub Anlage MW kg TJinput mg m TA Luft 5 50 760 2000 500 50 TA Luft 5 50 GFAVO3 4 50 100 GFAVO3 4 100 300 GFAVO4 gt 300 Anmerkungen 1 sowie Mindest Reduktion von 50 f r SO2 gefordert Werte fiir 7 O2 2 Werte f r WSF ber 20 MWth und zirkulierende WSF Werte f r 7 O2 3 Werte f r Schmelzfeuerungen bei 5 O2 Trockenfeuerungen bei 6 O2 f r WSF bei 7 O2 4 bei WSF zus tzlich Mindest Reduktion 75 gefordert 5 sowie Mindest Reduktion von 85 f r SO2 gefordert Anlagen ber 300 MWth In der Leistungsklasse ber 300 MWth werden neben Wirbelschichtfeuerungen vgl unten berwiegend trockenentaschte Staubfeuerung betrieben
39. 1986 Fernw rme in Nieder stereich mit Stroh heizen Amt der N Landesregierung ed Wien ASUE 1986a Erdgas und Umwelt Referate Arbeitsgemeinschaft f r sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch Frankfurt ASUE 1986b TA Luft eine Chance f r das Erdgas Tagungsband Frankfurt ASUE 1987 Kraft W rme Kopplung in Industrie und Gewerbe Frankfurt AWE 1986 Erdgas im Wettbewerb der Energien um eine saubere Umwelt F Awe in ASUE 1986a BACT 1988 Best Available Control Technology BACT Determination Data Base 1986 1988 California Air Resource Board Data Base prints Sacramento CA BARNISKE 1985 Stand und Tendenzen in THOME KOZMIENSKY 1985 S 1 23 BATELLE 1987 Emissionsverhalten von Wirbelschichtfeuerungen Abschlu bericht im Auftrag des Hessischen Ministers f r Umwelt und Energie Frankfurt BAUER SCHMIDT 1985 Automatic wood chip combustion system assessment of efficiency pollution output and economic parameters in BioEnergy 84 Vol IV p 69 74 BECHTUM 1986 Schadstoffemission von lgefeuerten Heizkesseln in VDI 1986b S 103 116 BF 1987 Emissionsmessungen an kohlegefeuerten Hausbrandfeuerst tten insbesondere im Hinblick auf gesundheitsgef hrdende Abgasbestandteile Bergbau Forschungs GmbH UBA FB 85 130 1 bis 4 Berlin BERGE 1986 Erdgas und Umweltschutz Nahw rme Katalysatoren Entstickung in gwf gas erdgas vol 127 1986 no 10 11 S 455 460 BHHK 1987 Holz macht warm Saubere Umwelt
40. 5 6 S 155 160 208 214 MEYERS VANT HULL 1978 The net energy analysis of the 100 MWe commercial solar tower in Proc 1978 Ann Meet Am Sect Intern Sol Society Denver Vol 2 1 p 786 792 MIT 1979 Social cost factors and the development of photovoltaic energy systems Massachusetts Institute of Technology MIT EL 79 026 Lexington NIEHAUS 1975 Nettoenergiebilanzen Ein Hilfsmittel zur Analyse von Energienutzungsstrukturen in Brennstoff W rme Kraft vol 27 1975 no 10 S 395 400 ROMBOUGH KOEN 1974 The total energy investment in nuclear power plants Energy Systems Laboratories Report ESL 31 University of Texas Austin ROTTY ET AL 1975 Net energy from nuclear power Institute for Energy Analysis Report IEA 75 3 Oak Ridge Associated Universities SCHAEFER 1988 Enrntefaktoren von Kraftwerken Definitionsm glichkeiten in Energiewirtschafliche Tagesfragen vol 38 1988 S 812 STARR PALZ 1987 Photovoltaischer Strom f r Europa eine Bewertung K ln STRICKLER 1983 Der Energieaufwand f r den Bau und den Abbruch des Kernkraftwerks Leibstadt Diplomarbeit am Interkantonalen Technikum Rapperswil Rapperswil Schweiz TUROWSKI 1977 Entlastung der Rohstoff und Prim renergiebilanz der Bundesrepublik Deutschland durch Recycling von Hausm ll Bericht 1453 J lich UBA 1981 Luftreinhaltung 81 Materialien zum Dritten Immissionsschutzbericht Umweltbundesamt Berlin VOIGT 1984 Material and energy requirements of sola
41. 500 00 by towns transport occupied systems 500 all industrial amp other domestic supply 0 1 year net deforestation for lumber urbanistion l year non energy industrial processes 10 year smelting and other processes 20 year non energy industrial processes 80 industrial 50 yr energy non processes 20 others 2 year lube oil disposal other oil waste via rivers etc 13 year of which 70 mined as Hg amp 30 by products mobilized as 100 year metals production 150 year power 50 from U medical X rays 7 in coal fallout Oko Institut GhK WZ III 285 GEMIS 3 2 nationale Perspektive am Beispiel der Fl chennutzung in der BRD O mw BER a Siedlungsfl che davon Wohnen Industrie Freifl chen milit risches Gel nde Hochspannungsfreileitungen Abbau Rohstoffe Halden Quelle BMI 1985 Oko Institut GhK WZ III 286 GEMIS A 4 Weitere Informationen zur Fl cheninanspruchnahme A 4 1 Die in GEMIS Rechnnungen verwendeten Flachendaten Die folgende Tabelle zeigt die Fl chendaten der wichtigsten Anlagen aus GEMIS Tabelle 195 Flachenbedarf berregionaler Anlagen Name der Anlage Fl cheninanspruchnahme ha BrK F rderung BRD 8640 Gas F rderung l F rderung onshore StK F rderung Tagebau StK F rderung Tiefbau Uranf rderung BrK Staub Fabrik Gas Aufbereitung Raffinerie StK Brikett Fabrik U Anreicherung Diff U Anreicherung
42. AKW vorgelagerten Brennstoffkette existieren solange die Urananreicherung berwiegend mittels Gasdiffusion erfolgt Zur Absicherung der Daten wurden neben diesen Studien weitere Arbeiten analysiert die Kenndaten enthalten Die folgende Abbildung zeigt schematisch die Proze kette in GEMIS Abbildung6 Schema der GEMIS Proze kette Uran Eine amerikanische Studie f r die Bonneville Power Administration lt NERO 1984 gt zitiert ein Final Environmental Statement zum WPPSS Nuclear Project No 2 das von der amerikanischen Atomenergiekontroll Beh rde NRC erstellt wurde Die NERO Daten nennen einen Energiebedarf bezogen auf ein Referenz Reaktor Jahr Stromerzeugung von 323 GWh Strom rd 5 des AKW Outputs und rd 38 GWh Erdgas entspricht 0 54 des elektrischen Outputs des AKW Weitere Daten geben lt OSZUSZKY 1976 gt und lt ORNL 1980 gt wobei die Werte auf die j hrliche Reaktornachladung bezogen sind d h dem Norm Reaktor Jahr 1000 MWel Lastfaktor 0 8 entsprechen F r die Einbeziehung dieser Daten in das GEMIS Programm wurden die Werte auf den thermischen Input nutzbarer Energiegehalt der Brennelemente in ein Atomkraftwerk umgerechnet soda eine Variation des elektrischen Nutzungsgrades vorgenommen werden kann Zur Umrechnung amerikanischer Daten wurde mit einem elektrischen Nutzungsgrad des AKW von 35 gerechnet F r den Srombedarf der Proze stufen wurde unterstellt da dieser aus dem Verbundnetz gedeckt wird 8 und die
43. Anteil der auf fossilen Energietr gern beruhenden Strombereitstellung an den Ge samtsch den zu bestimmen Als Basisjahr der Betrachtung werden die Emissionsverh ltnisse f r das Jahr 1982 herangezogen Dieser elegante Weg ist in dreierlei Hinsicht problematisch e Mit dem Bezug auf das Basisjahr 1982 wird implizit angenommen da die Sch den durch die Emissionen dieses Jahres bewirkt werden In den letzten Jahrzehnten erfolgte jedoch eine Erh hung der Emissionen und eine Verschiebung der Emittentenstruktur au erdem wirken Emissionen nicht notwendigerweise sofort Vielmehr treten vor allem bei den kostenmabig dominanten Gesundheitssch den Effekte chronischer und akut hoher Exposition auf Oko Institut GhK WZ III 271 GEMIS e Mit dem Bezug auf die Emissionen wird das komplexe Geschehen beim luftgetragenen Transport sowie die Umwandlung von Schadstoffen au er acht gelassen Die Studie argumentiert da bei der Betrachtung einer gesamten Volkswirtschaft in dem Kontext der grenz berscheitenden Luftverschmutzung in ganz Europa sich im Falle der Bundesrepublik die Spezifika der Transportph nomene mehr oder weniger aus der Rechnung heraus k rzen lt ISI 1988 gt S 42 43 Dies ist aber mit Ausnahme des SO2 nicht belegt Vielmehr ist aufgrund der unterschiedlichen Freisetzungsh hen Kraftwerke Verkehr zu vermuten da vor allem die NOx Immissionen stark regional streuen Zudem wirken nicht die prim ren Schadstoffe SO2 NOx us
44. Anthrazit in Durchbrand fen verwendet werden Die Einzel fen sind handbeschickt w hrend Zentralheizungs Anlagen auch mit automatischer Beschickung betrieben werden k nnen Die nachfolgenden Tabellen zeigt die Grenzwerte bzw die hiervon abgeleiteten Emissionsfaktoren die nach den heutigen gesetzlichen Regelungen f r steinkohlegefeuerte Heizanlagen gelten Tabelle 11 _Emissionsgrenzwerte f r Steinkohlebriketts Oko Institut GhK WZ III 29 GEMIS Quelle Leistung Staub CO CnHm NOx SO2 Bezugs O2 1 BImSchV gt 15 1 700 8 1 BImSchV gt 150 150 1 700 8 TA Luft gt 1000 150 500 100 400 2 000 TA Luft gt 5000 50 250 100 400 2 0005 Anmerkungen weitere Reduktion nach Stand der Technik gefordert Tabelle 12 Emissionsfaktoren fiir Steinkohlenbriketts Quelle Leistung Staub CO CnHm NOx SO2 1 BImSchV gt 15 667 5 667 1 BImSchV gt 150 TA Luft gt 1000 160 800 TA Luft gt 5000 160 800 Anmerkungen 5 weitere Reduktion nach Stand der Technik gefordert Schwefeldioxid Die in Heizanlagen eingesetzten Steinkohlen enthalten rd 1 Gew S i roh bei Heizwerten von rd 30 MJ kg Gasflammkohlen und Briketts bzw 34 MJ kg Anthrazit Damit ergeben sich maximale SO Emissionen von 680 kg TJ Gasflammkohlen und Briketts und 590 kg TJ Anthrazit Das Schwefelinventar 1m Brennstoff wird allerdings nicht vollst ndig emittiert da Kohlen basische Substanzen enthalten die SO bei Te
45. Berlin VDEW 1989a pers Mitt der Herren Schulz und Turowski bei einem Gespr ch ber GEMIS am 8 M rz 1989 Vereinigung Deutscher Elektrizit twerke Frankfurt VDEW 1989b interner Vermerk Herr Winkler vom 10 August 1989 betreffend Kenndaten der Uran Proze kette F rderung und Anreicherung Vereinigung Deutscher Elektrizit twerke Frankfurt VIA 1986 Spezifischer Energieeinsatz im Verkehr Verkehrswissenschaftliches Institut der Technischen Hochschule Aachen VIA 1 A des BMV Aachen VIK 1988 Statistik der Energiewirtschaft 1987 88 Vereinigung Industrielle Kraftwirtschaft Essen WEC 1988 Environmental Effects Arising from Electricity Supply and Utilisation and the Resulting Costs to the Utility World Energy Conference Report London WILLIAMS 1989 Biomas Gasifier Gas Turbine Power and the Greenhouse Warming R H Williams Center for Energy and Environmental Studies Princeton University paper presented at the OECD IEA Expert Seminar on Energy Technologies for Reducing Emissions of Greenhouse Gases 12 14 4 89 Paris Oko Institut GhK WZ III 168 GEMIS 2 4 Materialbezogene Emissionen Neben den direkten Emissionen von Energiesystemen vgl Kapitel 2 1 und den Schadstoffabgaben durch die der Energienutzung vorgelagerten Prozesse vgl Kapitel 2 3 interessieren im GEMIS Projekt auch die Umweltaspekte die mit der Herstellung der Energie wandler verbunden sind Das Ziel dieser Einbeziehung ist neben direkten und vorgelage
46. Chlor Gehalt 0 05 Fluor Gehalt 0 02 Unterer Heizwert 340 MJ kg Oko Institut GhK WZ III 299 GEMIS Brennstoffdaten fiir Stroh Wassergehalt 25 00 Asche Gehalt 4 41 Gew Kohlenstoff Gehalt 37 06 Luftbedarf 3 25 m3 kg Wasserstoff Gehalt 3 53 Abgasstrom 3 26 m3 kg Schwefel Gehalt 0 088 spez Abgasstrom 0 26 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 29 47 CO2 Gehalti tr A 21 06 Vol Stickstoff Gehalt 0 35 Emissionsfaktor CO2 0 kg TJ Chlor Gehalt 0 088 Fluor Gehalt 0 00 Unterer Heizwert 125 MJ kg biogener Brennstoff Brennstoffdaten fiir Stroh Cob Wassergehalt 15 0 Asche Gehalt 5 00 Gew Kohlenstoff Gehalt 42 0 Luftbedarf 3 69 m3 kg Schwefel Gehalt 0 10 spez Abgasstrom 0 26 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 33 4 CO2 Gehalti tr A 21 06 Vol Stickstoff Gehalt 0 40 Emissionsfaktor CO2 1 1E 05 kg TJ Chlor Gehalt 0 10 Fluor Gehalt 0 00 Unterer Heizwert 144 MJ kg biogener Brennstoff Oko Institut GhK WZ III 300 GEMIS A 6 GEMIS Materialvektoren GEMIS Werte fiir Erd l Onshore F rderung Auslastung h a 7 900 Output MWth 1 000 GEMIS Werte fiir Erd l Offshore F rderung EE GEMIS Werte f r die Erd l Raffinerie Oko Institut GhK WZ III 301 GEMIS GEMIS Werte f r Erd l Transport p p Tan Stahl t 20 000 25 000 30 00 kw 100 10 0 Pera o LC Tom ECO m m m GEMIS Werte f r Erdgas Onshore F rderung Lebensdauer a 2 Auslastung h a 7 900 Output MWth 1 00
47. Das Referenz HKW wird wie beim Heiz l nach der IFE Studie lt JENSCH 1988 gt ausgelegt und weist die gleichen energetischen Parameter auf Gasturbinen HKW Neben Dampfturbinen Kraftwerken k nnen wegen der g nstigen Verbrennungseigenschaften von Erdgas auch Gasturbinen GT f r die Kraft W rme Kopplung genutzt werden Moderne Gasturbinen erzielen deutlich h here Stromausbeuten und thermische Nutzungsgrade als Anlagen die noch vor 5 Jahren gebaut wurden Ausgehend von den Kenndaten der IFE lt JENSCH 1988 gt und der NRW Studie lt TRAUBE 1987 gt wird eine gro e Gasturbine unterstellt die fast die energetischen Werte des gro en Gas BHKW erreicht Als kleinere Variante wird ein System betrachtet das z B die Stadtwerke T bingen im kommunalen Bereich zur KWK einsetzen lt TRAUBE 1987 gt Dieses System erzielt eine vergleichsweise hohe Ausbeute von Strom wenn es mit Nennlast betrieben wird Die GEMIS Werte wurden von einer realen Anlage mit 4 MW und 7 5 MWp abgeleitet Motor BHKW Das gro e Referenz BHKW wird als Gasmotor mit 3 Wege Katalysator angenommen und soll eine elektrische Leistung von rd 2 MW bei einer W rmeleistung von knapp 3 MW bereitstellen 4 Module Solche Anlagen werden von den Motorenherstellern der BRD serienm ig angeboten Oko Institut GhK WZ III 100 GEMIS Die kleinere Variante des BHKW wird mit ebenfalls mit einem 3 Wege Katalysator ausger stet und soll eine elektrische Gesamtleistung von 0 5 MW bei
48. Die Gegen berstellung mit anderen Quellen zeigt da f r GEMIS gew hlte Daten im Trend liegen Bei Lkw wird f r das Jahr 1995 unterstellt da eine Verbesserung der Effizienz 5 gegen ber den PROGNOS Daten Basisjahr 1985 erreicht wird wenn 50 der Fahrzeugflotte mit verbesserten Dieselantrieben vgl OECD 1988b WEC 1988 ausger stet ist Tabelle 53 _Endenergie f r G tertransporte KFA 1977 IA 1986 PROGNOS WEC 1988 GEMIS 1987a 1989 w a a Ba IC A an CI me A am om I m Angaben in MJinput t km Oko Institut GhK WZ III 106 GEMIS Von den Angaben der WEC Studie lt WEC 1988 gt wurde nur der spezifische Energiebedarf fiir Hochseetanker aufgefiihrt da diese innerhalb der Grenzen anderer Arbeiten z B USA Studien 0 044 MJinpu t km liegen Die anderen WEC Verkehrsdaten sind dagegen so hoch da ein Fehler vorliegen mu wie der Vergleich mit anderen Studien IFEU 1988 PROGNOS 1987a VIA 1986 zeigt Fiir die Beschreibung von Transportprozessen im GEMIS Programm k nnen die 0 g Daten nicht direkt tibernommen werden da das Programm nicht den mit dem Transport verbundenen Brennstoffbedarf verwendet sondern den Bedarf an der Welle d h Nutzenergiebedarf Output des Hilfssystems Das GEMIS Programm unterscheidet zwischen einerseits Transportprozessen mit den hierf r erforderlichen Transportenergiebedarfen andererseits Hilfsprozessen die diese Transportenergiebedarfe bereitstellen Zum Datensatz ein
49. Die folgenden Tabellen zeigen die Kenndaten des lokalen Gastransports und des zugeh rigen Verdichters 4 Im Rahmen einer laufenden Untersuchung f r die Enquete Kommission Vorsorge zum Schutz der Erdatmosph re des Deutschen Bundestages werden z Zt vom KO Institut weitere Recherchen zu diesem Problemkreis durchgef hrt wobei auch neueste Daten der Gaswirtschaft einbezogen werden vgl lt KO INSTITUT 1989b gt Oko Institut GhK WZ III 131 GEMIS Tabelle 99 Kenndaten des Gas Transports lokal Eingangsanbindung Gas Transport BRD Transportierter Brennstoff Erdgas H Hilfsenergiebedarf MJ t km Transportverluste 100 km Tabelle 100 Kenndaten des Gas Kompressores Eingangsanbindung Gas Transport lokal Tabelle 101 Emissionsdaten des Gasmotor Kompressors Te Ten CR p rn me e o p po t e vm p p e e w p COM CO p e p p r Zusammenfassung zur Gas Proze kette Aus den vorstehend genannten Daten wurden zusammengefa te Proze ketten generiert die alle Verfahrensschritte von der Gewinnung bis zur Anlieferung von Erdgas frei Heiz Kraftwerk bzw frei Haus enthalten Bei der frei Haus Kette wurde die lokale Verteilung einbezogen w hrend bei Heiz Kraftwerks Andienung keine Unterverteilung angesetzt wurde Die folgenden Tabellen zeigen die berechneten Werte Tabelle 102 Kenndaten der Proze kette Erdgas frei Industrie Oko Institut GhK WZ III 132 GEMIS CO PE Nutzungsgrad Tabelle 103
50. Energieaufwand zur Wasserverdampfung verringert sich die Flammentemperatur und damit die Verbrennungsgiite Computergestiitzte Modellrechnungen aus der Schweiz zeigen da die theoretische Flammentemperatur bei Lambda 1 von absolut trockenem Holz bei rd 2000 oC liegt aber mit steigender Feuchte auf Werte von 1800 oC f 20 bis unter 1300 oC f 80 sinkt lt IFE 1988 gt Wird auch der Luft berschu realer Feuerungen ber cksichtigt so sinken die berechneten Verbrennungstemperaturen bei Lambda 2 5 von 1000 oC f r absolut trockenes Holz auf 850 oC f r f 40 und unter 750 oC f r f gt 80 da zus tzlich zur Wasserverdampfung mehr Verbrennungsluft mit aufgeheizt werden mu Da Holz in waldfrischem Zustand nach Einschlag Feuchten von 60 120 aufweist ist es ohne weitere Trocknung nur in Ausnahmef llen emissionsarm zu verbrennen Holz mit einer Feuchte unter 30 also einem Wassergehalt unter 0 23 kg kg wird als lufttrocken bezeichnet und darf nur unter dieser Einschr nkung in Kleinfeuerungsanlagen W rmeleistung unter 1 MWth verbrannt werden Zur Verwendung mu Holz somit getrocknet werden wozu mehrere Verfahren zur Verf gung stehen lt IFE 1988 gt lt IFU 1986 gt lt KTBL 1983 gt Die zweite emissionsbedeutsame Eigenschaft von Holz ist der gegen ber fossilen Festbrennstoffen hohe Gehalt an Fl chtigen Bei der Verbrennung werden diese in einer Pyrolyse Phase der sogenannten Entgasung freigesetzt wob
51. Environmental Pollution and Control Factors 3rd ed Aerospace Corp DOE EP 0093 Washington D C EPA 1981 Potential environmental problems of enhanced oil and gas recovery techniques R Beck et al EPA 600 2 8 1 149 Environmental Protection Agency Washington D C EPA 1982 Photovoltaic energy systems environmental concerns and control needs P D Moskowitz et al Brookhaven National Lab EPA 600 7 82 066 Upton EPA 1983 Potential health and environmental hazards of uranium mine wastes vol I III Office of Radiation Programs EPA 520 1 83 007 Environmental Protection Agency Washington D C EPA 1985 Report to Congress Wastes from the extraction and benefication of metallic ores phosphate rock asbestos overburden from uranium mining and oil shale EPA Office of Solid Waste and Emergency Response EPA 530 SW 85 033 Environmental Protection Agency Washington D C EPA 1987 Radon reduction in new construction an interim report EPA Office of Air and Radiation and Research and Development OPA 87 009 Environmental Protection Agency Washington D C EPA 1988a Radon reduction techniques for detached houses EPA Office of Research and Development EPA 625 5 87 019 rev edition January 1988 Environmental Protection Agency Washington D C EPA 1988b Radon is a national health problem EPA Office of Air and Radiation and Research and Development press release dated September 1988 incl backround papers Environmental Prote
52. Erdgas in gwf gas erdgas vol 129 1988 no 2 p 71 75 KEHLHOFER ET AL 1984 Gasturbinenkraftwerke Kombikraftwerke Heizkraftwerke und Indu striekraftwerke Handbuchreihe Bd 7 Gr felfing K ln KEINHORST 1986 Umweltbelastung durch Heizanlagen in VDI 1986b S 1 10 KFA 1982 Atmosph rische Belastung durch toxische Metalle in der Bundesrepublik Deutschland Emission und Deposition Bericht j l 1776 J lich KFA 1987 Stickoxidminderung bei Kraftwerken j l conf 59 J lich KOENIG ET AL 1988 Wood smoke health effects and legislation in The Northwest Environmental Journal vol 4 1988 p 41 54 KRAWINKEL 1987 Biomassenutzung als Umweltstrategie im l ndlichen Raum Institut Wohnen und Umwelt Darmstadt KRAUS 1985 Ergebnisse und Erfahrungen der Betreuung von Forschungs und Entwicklungsvorhaben der Holz und Strohverbrennung in Energie aus Biomasse ISES Fachtagung 18 19 Nov 1985 in Freising S 169 180 KREUSING 1986 Einsatz von Braunkohlen Produkten in Kessel und Proze feuerungen in Braun kohle Jg 38 1986 Heft 11 S 340 ff KTBL 1983 Hackschnitzel aus Schwachholz KTBL Schrift 290 Darmstadt Oko Institut GhK WZ III 89 GEMIS KTBL 1984 Brikettierung von Stroh zur W rmeerzeugung Kuratorium fiir Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft KTBL Arbeitspapier 88 Darmstadt KTBL 1985 Energieverbundsysteme und Energiegemeinschaftsvorhaben in der Landwirtschaft KTBL Arbeitspapier 91 Darmstadt LANGE 198
53. GEMIS Der 3 Wege Katalysator l t NO Konversionen ber 95 zu lt BERGE 1986 gt lt FICHTNER 1988 gt lt ROSTEK W LTING 1985 gt soda im STANDARD Datensatz u E 200 mg m entsprechend rd 63 kg TJ anzusetzen sind F r den Datensatz BEST kommen Gasmotor BHKW mit 3 Wege Kat in Frage die durch gezielte Gemischaufbereitung und gro z gige Katalysatorauslegung NOx Werte von unter 50 mg n erzielen dies entspricht rd 16 kg TJ lt BERGE 1986 gt lt MAN 1986 gt lt PAULI 1988 gt Damit k nnen die BHKW trotz Stromerzeugung sogar am Standort geringere NO Werte erzielen als moderne Gashei zungen und so zu drastischen Immissionsverbesserungen f hren In Z rich sind die BEST Werte f r Gas BHKW als Grenzwerte vorgeschrieben lt PAULI 1988 gt Weiterhin sind Magermotoren verf gbar die ohne Katalysator NO Werte um 200 mg m einhalten Daher sind f r mittlere Motoren als BEST Wert 63 kg TJ anzusetzen F r gro e Gasmotoren mit SCR DeNOx dagegen kann derzeit kein sch rferer Wert als 200 mg m angenommen werden da weder Senkungen der Prim rbelastung unter 2000 mg m noch Abscheideraten gt 80 dem Stand der Technik entsprechen lt ROSTEK 1987 gt Auch in BEST sind daher f r gro e Gasmotoren 63 kg TJ als NO Emissionsfaktor anzusetzen Andere Schadstoffe Gasmotoren arbeiten weitgehend staub und ru frei eingerechnet werden mu aber Ru aus Schmier l und Katalysator Abrieb soda als typischer Staubwert mit 2 kg TJ
54. Gesamtinstrument integriert werden k nnen Eine wichtige Rolle solcher Modelle im Analyse und Entscheidungsproze besteht auch darin eine Ordnung und Systematik in die Vielzahl genannter Belastungsaspekte zu bringen Unsere Literaturanalyse zeigte da es nur in seltenen F llen gelingt die Belastungen und deren Wirkungen systematisch zu ordnen und aufeinander zu beziehen So werden vielfach Aspekte benannt die sich auf einen bereits genannten weiteren Aspekt z B Fl che zur ckf hren lassen also selbst bereits eine sekund re Wirkung darstellen Auch ist es schwierig den Stress lt MEDSKER 1982 gt selbst also das Bestehen einer Belastung von den Wirkungen der Belastung zu unterscheiden Modellgest tze Verfahren k nnen also eine Unterst tzung bei den Analyseaufgaben leisten auch wenn keine endg ltigen Resultate erzielt werden k nnen Sie weisen aber in ihrer Begrenztheit darauf hin wie wichtig eine vorsorgende Politik ist die Belastungen zu vermeiden sucht und nicht darauf beruht geschaffenen Probleme erst im nachhinein zu bearbeiten und Teill sungen herbeizuf hren z B Auswirkungen von Wasserkraftanlagen auf Fischwanderung berschwemmungsgebiete hydrogeologische Fragen vgl lt BPA 1986 gt z B RAINS mit dem die Folgen von sauren Schadstoffemissionen regionalisiert abgesch tzt werden k nnen vgl lt IIASA 1989 gt z B die Arbeiten des WZ III der GHK zu Fragen der kosystemmodellierung und generelle
55. Gewicht erhalten Diese Bewertung von Einzelaspekten ist nur umwelt politisch leistbar kann aber durch Erl uterungen zu e Art der jeweiligen Wirkung e Unsicherheit des Eintreffens und e Verursacherintensit t unterstiitzt werden Die szenarienorientierte Bewertung von Energieoptionen wird in den USA vom EVU der Stadt Seattle verwendet um den zuktinftigen Mix von Stromerzeugungsoptionen zu bestimmen Eine genauere Darstellung des Konzepts findet sich in der Literatur LEPRICH FRITSCHE 1989 SCL 1987 und im Anhang 1 Ein vergleichbares Vorgehen zur Einbeziehung von Umweltaspekten in die Energieplanung wird vom Northwest Power Planning Council geplant lt NWPPC 1989a gt nachdem andere M glichkeiten lt NWPPC 1989b gt verworfen wurden Als deutsches Beispiel szenarienorientierter umweltbezogener Entscheidung kann die Arbeit der Berliner Energie Enqu te Kommission EEK gelten die neben mehreren anderen Szenarien auch ein KO Szenario entwickelte das eine maximale Emissionsreduktion anstrebt lt EEK 1983 gt Die Szenarien Methode ist dann ein sinnvolles Hilfsmittel wenn eine Entscheidung e einen l ngeren Zeitraum e ber Einzelobjekte hinausgehende Versorgungsgebiete oder e Planungen von Energieversorgungsunternehmen Oko Institut GhK WZ III 234 GEMIS betrifft Bei Einzelfall Entscheidungen oder nur kurzem Betrachtungshorizont ist diese Methodik dagegen wenig hilfreich In die Szenarien sollte generell versucht werd
56. H unterliegen wie bei Steinkohle Anlagen starken Schwankungen die von der Betriebsweise der Feuerung Luft berschu Auslastung gepr gt werden Die oben ausgewiesenen Werte f r CO und GH sind Mittelwerte aus verschiedenen Betriebs punkten und k nnen nur als Gr enordnung des Bereichs m glicher Emissionen gewertet werden Als CO Emissionen kleinerer Feuerungen gelten Werte von 1 000 10 000 kg TJ f r C H Werte von 50 1 500 kg TJ Die PAH Summenwerte erreichen Gr enordnungen von einigen 10kg TJ bei kleinen Kohlefeuerungen f r Benzo a Pyren BaP wurden Werte von 3 100 g TJ gefunden lt BF 1987 gt lt FICHTNER 1986 gt Die vorliegenden Daten lassen die qualitative Aussage zu da auch Braunkohleheizungen im Vergleich zu anderen fossil betriebenen Feuerungen erhebliche CnHm und PAH Emissionen abgeben die wegen der geringen Kaminh hen und der in der Heizungszeit ung nstigen Ausbreitungsbedingungen gesundheitlich problematisch sein k nnen Schwermetalle Braunkohle enth lt zwischen 0 8 und 6 ppm Blei sowie 0 1 24 ppm Cadmium wobei die Gehalte hnlich stark schwanken wie bei Steinkohlen lt BF 1987 gt Die vorliegenden Untersuchungen f r Steinkohlen aus der BRD kommen zu den folgenden Ergebnissen Tabelle B 1 16 Schwermetallemissionen von Braunkohlebriketts mem EC eRe en a en Cadmium Cd 0 001 BF 1987 Wie schon diskutiert werden im GEMIS Projekt keine Schwermetall Datens tze erstellt sondern nur
57. Heizsysteme mit fossilen Festbrennstoffen AP EDS 3 Zusammenstellung von energiebezogenen Emissionsdaten f r Heizsysteme mit Heiz l und Erdgas AP EDS 4 Zusammenstellung von energiebezogenen Emissionsdaten f r Heizsysteme mit Kraft W rme Kopplung AP EDS 5 Zusammenstellung von energiebezogenen Emissionsdaten f r Hausm ll Verbrennungsanlagen Oko Institut GhK WZ III 313 GEMIS EDV Fragen AP EDV 1 GEMIS Programmstruktur AP EDV 2 Auswahl der Programmsprache f r das EDV Modell im GEMIS Projekt AP EDV 3 Eignung fortgeschrittener Computerinstrumente zur Einbeziehung qualitativer Umweltaspekte in das GEMIS Modell AP EDV 4 GEMIS User s Guide Introduction and Overview AP EDV 5 GEMIS Programm Handbuch Kurzfassung AP EDV 6 Beschreibung des Algorithmus zur Berechnung der Umwelteffekte Materialdatens tze AP MDS 1 Zusammenstellung von materialbezogenen Emissionsdaten AP MDS 2 Zusammenstellung von Materialvektoren f r Energiesysteme Proze datens tze AP PDS 1 Zusammenstellung von energiebezogenen Proze daten f r Brennstoffketten verschiedener Energiesysteme AP PDS 2 Erg nzung der energiebezogenen Proze daten f r Brennstoffketten der Energiesysteme AP PDS 3 Kenndaten der Proze ketten in GEMIS unter Einbeziehung der Endenergieumwandlung und verteilung Besuchs und Reise Berichte AP REP 1 Besuchsbericht BIO Technische Abfallverwertung GmbH M nchen AP REP 2 Besuchsbericht Forschungsstell
58. Heizungszeit oft ung nstigen Ausbreitung gesundheitlich problematisch sein k nnen Schwermetalle Die Schwermetall Inventare in Steinkohlen schwanken erheblich in Abh ngigkeit von Provinienz Abbautiefe und z T Korngr e Aussagekr ftige Daten sind u E nur f r die Elemente Blei Pb und Cadmium Cd zu erhalten wobei aber auch hier z T starke Schwankungen auftreten Inventare von Blei werden mit 11 270 ppm angegeben f r Cadmium dagegen 0 1 10 ppm lt KAMM R HM 1984 gt Neben der Inventarfrage bestimmt auch das Verhalten der Schwermetalle nach dem Verlassen der Feuerung in erheblichem Ma die Frage der Emission da Niederschl ge in Kesseln Abgasrohren und Kamin vorkommen Vorliegende Untersuchungen aus der BRD kommen zu folgenden Ergebnissen Tabelle B 1 12 Schwermetallemissionen von Steinkohlebriketts Schwermetall E Faktor kg TJinput Quelle Blei Pb 0 300 BF 1987 Oko Institut GhK WZ III 33 GEMIS Cadmium Cd 0 001 BF 1987 Wegen der starken Schwankungen ist es u E nicht sinnvoll Schwermetalle in einen allgemeinen quantitativen Vergleich von Emissionen verschiedener Energiesysteme einzubeziehen daher werden hier keine Standard Datens tze abgeleitet Dennoch kann die Gr enordnung der m glichen Schwermetall Freisetzungen aus Kohlefeuerungen denen aus anderen Anlagen gegen bergestellt werden die vorliegenden Daten lassen die qualitative Aussage zu da Kohleheizungen im Vergleich zu anderen Feuerun
59. In der BRD arbeiten mehrere SCR Anlagen in gro en Steinkohlekraftwerken und weisen Konversionsraten von ber 80 auf lt KFA 1986 gt Bei 80 Konversionsrate und Rohgasbeladungen unter 900 mg m wie sie bei allen Trockenfeuerungen durch prim re Ma nahmen erreicht werden lassen sich NOx Werte unter 180 mg m im Reingas sicher einhalten Bei SCR Anlagen hinter Schmelzkammerfeuerungen sind wegen der h heren NOx Rohgasbeladung 82 Konversion zur Einhaltung von 180 mg m notwendig und im Betrieb schon erzielt lt VGB 1987 gt F r den EDS STANDARD kann daher von 180 mg m entsprechend 60 kg TJ bei 5 O bzw 64 kg TJ bei 6 O2 bzw 68 kg TJ bei 7 O2 ausgegangen werden womit ein etwa 10 geringerer Wert als nach GFAVO UMK zul ssig unterstellt wird Hinsichtlich des EDS BEST kann derzeit u E nicht von einer h heren Konversionsrate als 85 f r SCR Verfahren ausgegangen werden daf r lassen sich aber bei Neuanlagen die M glichkeiten zur weiteren Minderung durch Prim rtechniken ausnutzen Wie Autoren des UBA dargestellt haben sind mit Brennstoffstufung schon Werte von 400 mg m bei Trockenfeuerungen erzielt worden lt LANGE 1985 gt lt SCH RER HAUG 1985 gt Daher ist f r BEST ein NOx Reingaswert von 100 mg n entsprechend rd 35 kg TJ bei 6 O2 anzusetzen wobei dieser Wert nur f r Trockenfeuerungen gilt 9 Entschwefelung Zur Abscheidung von SO ist der Einsatz einer Na Rauchgas Entschwefelungs Anlage REA auf Kalk
60. Kohle dagegen sind Auswirkungen auf Tier und Pflanzenwelt mit Ausnahme der Fl cheninanspruchnahme durch ggf notwendige eigene Hafen und Lageranlagen nicht gegeben Die genannten Wirkungen k nnen durch Standortwahl und Minderungsma nahmen z B Schutzbepflanzungen reduziert werden Oko Institut GhK WZ III 218 GEMIS Erdol und Erdgas Die direkte Gef hrdung von Tier und Pflanzenrten bei Ol und Gasf rderung an Land onshore ist je nach Standort gegentiber der Kohlef rderung eher als gering zu bezeichnen zu beachten sind vor allem Bohrl rm Indirekte Auswirkungen der F rderung dagegen vor allem die Freisetzung von Schadstoffen in Boden und Grundwasser ist ernst zu nehmen lt FAIRCHILD CANTER 1984 gt In Verbindung mit dem Unfallrisiko durch Brand und Explosionen k nnen je nach Gr e und Lage der F rderfelder erhebliche Aswirkungen auf benachbarte Lebensr ume auftreten lt PLAZA 1983 gt Da in Zukunft der F rderanteil von Erdgas und Erd l aus Offshore Feldern zunehmen wird sind auch die damit verbundenen Auswirkungen zu beachten Durch die o g h here Unfallgefahr auf dem Meer und den hier ung nstigeren M glichkeiten zur Schadensbek mpfung ergibt sich auch ein h heres Gef hrdungspotential f r aquatische Tier und Pflanzenarten lt BOLZE 1986 gt Vor allem die Freisetzung von schweren Kohlenwasserstoffen und Bohrschl mmen sind dabei problematisch Hinzu kommen Ableitungen von verunreinigtem Lagerst ttenwasser die e
61. McLean VA MITRE 1981 Health and environmental effects of oil and gas technologies research needs MITRE Corp DOE HHS EPA 08 McLean VA NAZAROFF NERO 1988 Radon and its decay products in indoor air W W Nazaroff A V Nero jr eds New York usw NERO 1988 Comparison of Environmental Effects of Various Conservation Resources Nero amp Ass for Bonneville Power Administration Portland OR NRDC 1988 Oil in the Arctic the environmental record of oil development on Alaska s north slope Natural Resources Defense Council Trustees for Alaska OECD 1983 Environmental effects of energy sources the OECD COMPASS Project Paris OECD 1986 Environmentally favourable energy options and their implementation OECD Environmental Monographs no 2 Paris OECD 1988 Environmental aspects of renewable energy sources OECD Paris OKO INSTITUT 1983 Risikountersuchungen zu Leichtwasserreaktoren Analytische Weiterentwicklung zur Deutschen Risikostudie Kernkraftwerke KO Berichte Nr 24 Freiburg KO INSTITUT 1987 Charakterisierung von Sicherheitsphilosophien in der Kerntechnik i A des Hessischen Ministers f r Wirtshaft und Technik Darmstadt KO INSTITUT 1989a Der Atomm ll Report B Fischer et al Hamburg KO INSTITUT 1989b Erste Beurteilung der Ergebnisse der Phase B der Deutschen Risikostudie Kernkraftwerke B Fischer L Hahn 1 A des Ministers f r Soziales Gesundheit und Energie Schleswig Holstein Darmstadt PETRAZZU
62. Projekte zur kosystemforschung unter Zuhilfenahme von Elementen der K nstlichen Intelligenz Oko Institut GhK WZ III 236 GEMIS 5 2 1 Luftschadstoffe Die Wirkungsaspekte der im GEMIS Programm quantifizierten Emissionen von SO und NO bestehen in erster Linie aus einer gesundheitlichen Gef hrdung von Menschen Tieren und Pflanzen Auf globale Wirkungen wird noch eingegangen Die ebenfalls quantitativ behandelten Staub Emissionen sind nur in dem Ma e umweltrelevant wie sie als Feinst ube lungeng ngig sind Die Staubbelastung kann aber als Indikator fiir die luftgetragene Belastung mit Schwermetallen angesehen werden da diese sich an Feinst uben anreichern und so auch transportiert werden Die qualitativ behandelten CnHm Emissionen k nnen hinsichtlich der Wirkungen durch die Begriffe Reizgas bei der Komponente Aldehyde sowie organische Verbindungen vor allem polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe PAH charakterisiert werden Die PAH stellen wiederum eine Sammelkategorie f r ein gro e Zahl von Aromaten dar deren Wirkung bis zur Kanzerogenit t reicht Die C Hm charakterisieren daher in erster Linie eine Gesundheitsgef hrdung des Menschen Gro r umig fungieren Kohlenwasserstoffe zusammen mit Stickoxiden auch als Vorl ufersubstanzen f r die ber UV Licht vermittelte Bildung von Ozon Oz das wiederum selbst als Atem und Pflanzengift wirkt und einen ma geblichen Bestandteil des photochemischen Smogs Sommer Smog
63. Regel auch der Materialaufwand genannt wobei auch Anlagen der vorgelagerten Proze stufen Bergbau usw einbezogen wurden Die Materialdaten f r die Gasgewinnung und Aufbereitung sowie die der Urankette stimmen gut mit Angaben der EPA Studie lt EPA 1979 gt sowie einer Arbeit von Oak Ridge berein lt ORNL 1980 gt Neben den amerikanischen Untersuchungen sind mehrere systematische Arbeiten aus der Bundesrepublik verf gbar in denen Materialvektoren diskutiert werden Im Zuge eines Forschungsprojekts f r das Umweltbundesamt wurde von INFRAS ein sog Proze datenspiegel f r 42 verschiedene Energiesysteme definiert der teilweise auch Angaben ber die Materialvektoren der Anlagen enth lt lt INFRAS 1981 gt Die Daten von INFRAS st tzen sich im wesentlichen auf Angaben der KFA J lich lt WAGNER 1979 gt und eigene Absch tzungen Eine weitere deutsche Untersuchung wurde von der Arbeitsgemeinschaft DIW ISI im Zuge einer Studie ber Potentiale regenerativer Energiequellen in der BRD durchgef hrt lt DIW ISI 1984 gt Hierbei wurden Materialvektoren f r konventionelle Heizsysteme Solarkollektoren und W rmepumpen definiert Insgesamt stellt die DIW ISI Studie u E eine gute Basis f r die Definition von Materialvektoren auf der Endenergienutzungsseite dar Als weitere systematische Untersuchung in der BRD k nnen Arbeiten der DFVLR zum Problemkreis Solarwasserstoff gelten lt WINTER NITSCH 1986 gt Hierbei sind vor allem die Daten f r Sol
64. Reingas nehmen wir 90 an Die folgenden Tabellen zeigen die GEMIS Kenndaten der Aufbereitungsstufe Tabelle 93 Kenndaten der Gas Aufbereitung Tabelle 94 Kenndaten des Gasturbinen HKW Eingangsanbindung Gas Transport BRD Stromkennzahl Koppelprodukt Grundlaststrom Netz Tabelle B 3 43 Emissionsdaten des Gasturbinen HKW Te pe f ee Gol SET Gas Pipeline Transport Der Transport des gereinigten Gases erfolgt ausschlieflich in Pipelines die durch Verdichter Gasturbinen angetrieben werden lt STEINMANN 1985 gt F r die Anlieferung des Gases ber gro e Entfernungen UdSSR sind Transportdistanzen in der Gr enordnung von 6 000 km zu berwinden wof r 10 des transportierten Gases aufgewendet werden mu d h 0 61 MJ t km als Brennstoff EBERHARD HUNING 1984 STEINMANN 1984 1985 Oko Institut GhK WZ III 129 GEMIS Die WEC Studie nennt unter Berufung auf lt BRECHT 1980 gt einen Brennstoffbedarf der Gasverdichter von 8 des Gasdurchsatzes bei Transportentfernungen von 6 000 km Die zitierte Stelle weist aber f r die UdSSR Pipeline den o g Wert von rd 10 aus und gibt nur als m glichen Wert bei zuk nftig gr eren Pipeline Durchmessern 8 2 an Wir gehen daher bei einer Transportdistanz von 6 000 km von einem Brennstoffbedarf der Verdichter von 10 aus Daraus ergibt sich bei einem Jahresnutzungsgrad der Gasturbinen Verdichter von 30 lt STEINMANN 1985 gt einem mechanischen Energiebedarf von 3 des
65. Staubwerte zu beachten Diese liegen bei den o g kombinierten RGR mit Aerosolabscheider um 20 mg m Daher gehen wir im EDS STANDARD von einem Staub Emissionsfaktor von rd 11 kg TJ aus Oko Institut GhK WZ III 78 GEMIS In Genehmigungsverfahren fiir neue MVA wurden dagegen schon sch rfere Grenzwerte festgesetzt um 10 mg m Hersteller garantieren mittlerweile schon Werte unter 10 mg m TABASARAN 1987 REIMER 1988 Daher ist im EDS BEST von 10 mg m bzw 6 kg TJ auszugehen Im EDS BEST ist au erdem zu beachten da nach der nassen Abscheidestufe vgl oben bei SO ein weiteres Filter geschaltet werden kann das verbleibende Feinst ube minimiert Je nach RGR System kann dies ein nasses E Filter oder ein Gewebeentstauber sein Damit sind Reingas Staubwerte lt 5 mg m m glich allerdings liegen bislang keine gesicherten Betriebserfahrungen vor soda die o g Werte den derzeitigen Stand beschreiben der sich aber ggf in den n chsten Jahren noch um den Faktor 2 10 verbessern K nnte Zusammenfassung zu klassischen Schadstoffen Die folgende Tabelle zeigt die Emissionsfaktoren der EDS im berblick wobei zus tzlich die Tagesmittelwerte des Abf VO Entwurfs angegeben wurden lt BMU 1988 gt Tabelle 32 GEMIS Emissionsfaktoren f r MVA EDS STANDARD EDS BEST in kg TJ bezogen auf den Brennstoff Heizwert Organische Schadstoffe ber die oben diskutierten klassischen Schadstoffe hinaus geh ren weitere Emissionen zur Betrach
66. TJ realisiert werden k nnen wozu ggf Oxidationskatalysatoren erforderlich werden W rmepumpen Anlagen Zu KWK Systemen z hlen auch W rmepumpen da hier eine Kopplung von Kraft und W rme ber die Verdichter bei motorischen Systemen erfolgt Wir z hlen aus Gr nden der Systematik auch Absorptionsw rmepumpen zu den KWK Anlagen Die Brenner von lbetriebenen Absorptionsw rmepumpen entsprechen nach uns vorliegenden Er kenntnissen praktisch vollst ndig denen von Heizsystemen oder Feuerungen der entsprechenden Lei stungsklasse Daher sind die Emissionsfaktoren f r Heizanlagen anzusetzen Die Antriebsaggregate von motorisch betriebenen W rmepumpen entsprechen den oben diskutierten Diesel Maschinen Auch hier ist u E eine direkte bertragung der entsprechenden Emissionsfaktoren abh ngig von der Brennstoffw rmeleistung f r die GEMIS Datens tze zul ssig Oko Institut GhK WZ III 67 GEMIS Zusammenfassung der Emissionsdaten lbefeuerter HKW Die folgende Tabelle gibt einen berblick zu den Emissionsfaktoren die f r l HKW als GEMIS Datens tze abgeleitet wurden Tabelle 28 GEMIS Emissionsfaktoren f r Ol HKW Anlage EDS BEST HEL Feuerung 75 75 29 Feuerung 75 29 29 Feuerung 75 Dieselmotor 75 75 Gasturbine3 lt 16 75 271 Gasturbine3 gt 16 232 in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert m CE CE E Nn gt 1 Werte f r 3 Vol O 2 Werte f r 5 Vol O 3 Werte f
67. Umwelt und Gefahrenkontrolle soweit verbessert werden da sich die Risiken nicht mehr signifikant von anderen Branchen unterscheiden 12 Dieser Wert wird gegenw rtig von unabh ngiger Seite einer kritischen berpr fung unterzogen vgl lt KO INSTITUT 1989c gt 13 Die Erfolgsquote dieser Eingriffe wird in der GRS Studie mit 99 angenommen Ohne Eingriffe l ge die H ufigkeit des Kernschmelzunfalls rd 100 fach h her als von der GRS angegeben Oko Institut GhK WZ III 223 GEMIS Dies gilt insbesondere fiir die Solarenergienutzung mit Photozellen auf der Basis von Silizium Hierzu liegen Untersuchungen aus den USA vor die gro e M glichkeiten zum Arbeits und Umweltschutz bei der Herstellung aller Materialien und Komponenten aufzeigen lt BNL 1980 1985 gt lt EPA 1982 gt lt JPL 1983 gt Auch eine Studie ber die erwartbaren europ ischen Produktionsverh ltnisse f r Solarzellen kommt zu einem entsprechenden Ergebnis lt STARR PALZ 1987 gt Wenngleich solche Arbeiten zeigen da die mit der Materialintensit t verbundenen Umwelt und Gef hrdungsaspekte auf ein in der Industrie bliches Ma reduziert werden k nnen bleibt doch die tats chliche Einordnung dieses Sonderaspekts den Entscheidern vor dem Hintergrund der konkreten Anlagen oder Nutzungskonzeption zu berlassen da allein aus der M glichkeit einer Risikominderung keine Schl sse ber Solarsystme im allgemeinen abzuleiten sind Daher ist u E die Materialint
68. Wahl unterschiedlicher Rahmenbedingungen Die Energiesysteme k nnen je nach Emissionsdatensatz unterschiedliche Schadstoffabgaben aufweisen Bei der Anwendung auf Energiekonzepte ist es erforderlich diese Rahmenbedingungen als Varianten f r die Emissionsberechnung der Szenarien zu beriicksichtigen Damit kann z B die Emissionsminderung die durch die Wahl von Energiesystemen im Sinne des Hessischen Energiespar Gesetzes anstelle solcher nach den gesetzlichen Vorgaben erreicht wird ausgewiesen und in der Entscheidungsfindung ber cksichtigt werden Ber cksichtigung von Einf hr und Realisierungszeiten Als weiteres entscheidungsrelevantes Kriterium gilt die zeitliche Entwicklung von Emissionen Hierzu ist es erforderlich die Emissionen der Szenarien nicht nur f r den Endzustand Gesamtinstallation aller Anlagen zu berechnen sondern die zeitliche Dynamik der Zubau entwicklung Ersatzzeiten zu beachten Die allgemeinen Emissionsdatens tze EDS reichen zwar f r die Berechnung von standardisierten Energieanlagen und Energieszenarien aus in Energiekonzepten k nnen aber ggf abweichende Systeme zum Einsatz kommen Daher erfolgt eine Flexibilisierung der EDS hinsichtlich der Einsatzbrennstoffe e der energetischen Parameter der Emissionsdaten Das GEMIS Programm soll dem Nutzer erm glichen entweder einzelne Komponenten der Standard EDS anzupassen oder komplette eigene EDS zu erstellen Ebenfalls sollten die Emissionsdaten der d
69. Werte f r CO und QH sind Mittelwerte aus verschiedenen Betriebspunkten und k nnen nur die Gr enordnung der m glichen Emissionen angeben Als Bereich f r die CO Emissionen kleinerer Feuerungen gelten Werte von 1 000 10 000 kg TJ f r C H von 50 500 kg TJ Als besonders relevante Untergruppe der CnHm gelten die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe PAH von denen mehrere Verbindungen krebserregend sind und die oft als Summe PAH gemessen werden lt EBI 1982 gt Solche Summenwerte erreichen Gr enordnungen von einigen 10 kg TJ bei kleinen Kohlefeuerungen sind aber wegen der unterschiedlichen PAH Spektren nur wenig aussagekr ftig Eindeutig krebserregend ist z B Benzo a Pyren BaP das im Bereich von 0 003 bis 0 1 kg TJ von Kohlefeuerungen emittiert wird lt BF 1987 gt Wegen der starken Schwankungen und der in den Summenparametern enthaltenen sehr unter schiedlichen Einzelkomponenten ist es u E nicht sinnvoll C H und PAH Emissionen in einen quantitativen Vergleich verschiedener Energiesysteme einzubeziehen Daher werden hier keine Standard Datens tze abgeleitet Dennoch kann die Gr enordnung der C H und PAH Freisetzungen aus Kohlefeuerungen denen aus biogen befeuerten Anlagen gegen bergestellt werden Die vorliegenden Daten lassen die qualitative Aussage zu da Kohleheizungen im Vergleich zu anderen Feuerungen erhebliche CO C Hm und PAH Emissionen abgeben die aufgrund der geringen Kaminh hen und der in der
70. Zentr U Brennelementfabrik U Konversion AKW Leichtwasser BallastStK Kraftwerk BrK Kraftwerk Gas Kraftwerk Heiz l Kraftwerk StK HKW grof StK Kraftwerk Solar Parabol Solar Turm Solar Panels l Die Begr ndungen fiir die einzelnen Werte sind dem Arbeitspapier AP All 8 zu entnehmen Oko Institut GhK WZ III 287 GEMIS Tabelle 196 Weitere ausgew hlte Flachenangaben Gas GT HKW gro Le GN PE E StK Heizwerk ANA Strohcob Heizwerk Bei den Ubertragungseinrichtungen wurden folgende Werte fiir Schutzstreifen zugrunde gelegt wobei in die Bilanzierung nur 10 des ermittelten Wertes einbezogen wurden Freileitungen 380 kV Freileitungen 110 kV Erd l und Erdgaspipelines Nah und Fernw rmeversorgung Oko Institut GhK WZ III 288 GEMIS A 4 2 Unterschiedliche Kategorien der Fl cheninanspruchnahme In den bisherigen GEMIS Rechnungen wurde jeder Anlage lediglich eine Fl chenangabe zugeordnet Es wurde aber bereits darauf hingewiesen da es sinnvoll w re die Fl cheninanspruchnahme in einzelne Kategorien zu unterteilen um die unterschiedlichen Typen der Inanspruchnahme besser unterscheiden zu k nnen Auch wenn dies aufgrund von l ckenhaften Datenmaterial bisher nicht durchgehend vorgenommen werden konnte sollen im folgenden die Kategorien kurz dargestellt werden die hierf r infrage k men und anschlie end Tabellen gezeigt werden in denen eine Zuordnung der Anlagen zu den einzelnen Kategorien vorgenommen wurd
71. acid rain R Shaw in Options 1 89 p 9 11 International Institut for Applied Systems Analysis Laxenburg LEPRICH FRITSCHE 1989 berlegungen zur Einbeziehung der Umwelt in den energie wirtschaftlichen Planungs und Entscheidungsproze Anhang zum EDU Endbericht lt KO INSTITUT 1989a gt LIS 1983 Dioxinemissionen aus Holzfeuerungen G Br ker H Gliwa in Schriftenreihe LIS Heft 57 1983 S 31 ff MEDSKER 1982 Side effects of renewable energy sources National Audubon Society Report 15 New York MFU 1988 Entsorgung von Reststoffen aus der Rauchgasreinigung Teil 1 Gro feuerungsanlagen Bericht der Arbeitsgruppe Kraftwerksreststoffe Ministerium f r Umwelt Baden W rttemberg Stuttgart NWPPC 1989a Decision Memorandum Accounting for the Environmental Consequences of Electricity Resources Northwest Power Planning Council Staff M Gardner 5 Juli 1989 Portland OR NWPPC 1989b Accounting for the Environmental Consequences of Electricity Resources During the Power Planning Process Issue Paper Northwest Power Planning Council 17 April 1989 Portland OR KO INSTITUT 1987 Stellungnahme zur Rauchgasentschwefelung der RWE Braunkohlenkraft werke im Auftrag der B rgeraktion Stommeln Darmstadt Oko Institut GhK WZ III 247 GEMIS OKO INSTITUT 1989a Energiedienstleistungsunternehmen M glichkeiten und Grenzen neuer unternehmerischer Zielsetzungen und Ma nahmen im Bereich kommunaler Energienutzung am Beispiel ausgew hlt
72. aufgenommen Bestimmung der Reststoffe In Rauchgasreinigungsanlagen werden neben der Staubabscheidung Teile der sauren Schadgase durch Zugabe von alkalischen Substanzen chemisch gebunden Ublicherweise werden dafiir Calcium Verbindungen eingesetzt die zu Calcium Sulfit Sulfat Chlorid bzw Flourid reagieren Die zugesetzten Calciumverbindungen reagieren mit dem beigemengten Wasser zu Calciumhydroxid Dieses geht dann die Verbindungen mit den Schadgasen ein SO Ca OH 1 20 gt CaSO H O 2HCl Ca OH gt CaCb 2H O 2HF Ca OH gt CaF 2H0 W hrend nasse REA mit einem st chiometrischen Verh ltnis von 1 gefahren werden wird bei trockenen oder quasitrockenen REA ein Verh ltnis ber 1 eingestellt um den gew nschten Abscheidegrad zu erreichen Der berschu an Calciumhydroxid geht in die Reststoffbilanz ein und wird vom Programm ausgewiesen 2 5 3 Bestimmung der umgesetzen Materialmenge Die durch Materialeinsatz beim Bau energietechnischer Anlagen Verbrennungs Umwandlungs Transport und F rderanlagen induzierten Umwelteffekte K nnen bilanziert werden indem die bei einer Anlage nachgefragte Energiemenge ins Verh ltnis zu der w hrend ihrer Lebensdauer bereitgestellten Energiemenge gesetzt wird Die gesamte umgesetzte Energiemenge einer Anlage ergibt sich durch Multiplikation aus der installierten Leistung der Lebensdauer und der j hrlichen Betriebszeit in Vollaststunden Das Verh ltnis von der
73. bewerten Zwar ist mittlerweile eine Anlage in Betrieb die ber eine thermische Oxidation aus den Sulfit Sulfat Gemischen der Spr habsorption technisches Anhydrit herstellt das verschnitten mit halogenarmem Natur Anhydrit in der Zementindustrie verwertet werden kann Dieses Verfahren ist aber noch nicht ausgereift und verursacht erhebliche Energie Kosten Die Verwertung von Misch Produkten im Bergbau als Untertagem rtel ist dagegen ohne Probleme m glich sofern eine regionale Nachfrage existiert In der Regel werden Produkte aus QT und T REA sowie aus station ren WSF zu deponieren sein lt BATTELLE 1987 gt Bei der Abgasreinigung von M llverbrennungsanlagen entstehen Salze die wegen ihrer Wasserl slichkeit und des Gehalts an Schwermetallen und organischen Verbindungen ebenfalls als Sonderm ll zu deponieren sind Sonstige feste Reststoffe Die Kategorie Sonstige feste Reststoffe ist ebenfalls sehr heterogen und wird daher im folgenden als qualitativer Aspekt mit einer Gewichtung versehen Fossile Prim renergien Bei der F rderung auf Aufbereitung von Stein und Braunkohle fallen erhebliche Mengen von Tr gergestein sogenannte Berge sowie Flotationsschl mme an die sofern sie nicht in die Bergwerke verbracht werden auf Halden zu deponieren sind Die m gliche Auswaschung von Sulfaten und Schwermetallen ber Sickerw sser sowie die Fl chen Inanspruchnahme sind davon abgeleitete Umweltaspekte Bei Kohle charakteris
74. body eq radon lung dose 15 000 000 cultivated land 2 3 harvested annually 2000 irrigation 0 1 year net forest clearing for agriculture 60 year industrial fertilizers l yr agric burning 0 8 year agricultural burning 30 year agricultural burning 30 year agricultur burning 10 year wheat handling negligible 0 3 year biocides 0 4 year 0 4 year agricultural burning unquantified extra radon release from tilling soil 5 000 000 forest land to supply 1980 fuelwood sustainably unquantified effects of deforestation 0 0 2 year net deforestation for fuelwood l year traditional fuels combustion 0 3 year traditional fuels combustion 4 year traditional fuels combustion 15 year traditional fuels combustion negligible 0 2 year traditional fuels combustion 0 2 year traditional fuels combustion negligible globale Perspektive Quelle HOLDREN 1987 150 000 occupied by energy facilities 2 3 hydropower 800 process wat cooling and evaora tion from hydro 6 year fossil fuel combustion 30 year fossil fuel combustion 60 year fossil fuel combustion 30 year 90 fosil fuel cmbusion 10 oil refining 40 year fossil fuel combstion 3 year from tankers drilling platforms coastal facilities 3 year from oil and coal burning 230 year fossil fuels 90 gasoline additives combustion l year 50 nuclear GEMIS 1
75. da die mit der Brennstoffbereitstellung ver bundenen Aktivit ten z T erhebliche Emissionsrelevanz haben von rd 10 CO bis ber 1 3 der Gesamtemissionen NO 3 2 Emissionsbilanzen fiir Heizysteme Mit den Basisdaten des GEMIS Programms wurden Bilanzierungen von quantifizierbaren Umweltaspekten verschiedener Modell Heizsysteme durchgef hrt 3 2 1 Gesamt Bilanz von Heizsystemen Die folgende Tabelle zeigt die Gesamt Emissionen f r die Bereitstellung von 100 MWh Nutzw rme Bei diesen Bilanzierungen wurde bei Heizkraftwerken der parallel bereitgestellte KWK Strom verrechnet Stromgutschrift wof r ein modernes Mittellast Steinkohle Kraftwerk diente Tabelle 174 Gesamtemissionen von Heizsystemen Heiz l Heizung 37 000 Erdgas Heizung 16 0 4 27 200 Elektro Hzg Max 98 800 Elektro Hzg Mix 80 400 Steinkohlebrikett Hzg 282 38 31 54 700 Braunkohlebrikett Hzg 70 61 65 100 Kohle Heizkraftwerk Entnahme Kondensation1 4 700 Erdgas Gasmotorl 38 9 3 6 12 900 Erdgas Gasturbine 1 46 19 2 8 19 600 Holz Hackschnitzel2 25 62 6 1 4 200 Strohcobs2 55 58 9 8 4 700 E W rmepumpe bivalent 31 28 2 1 32 700 E W rmepumpe monoval 19 21 2 2 23 500 Fernw rme3 10 10 0 7 11 500 Nahw rme4 32 15 3 4 900 in kg 100 MWh Nutzw rme Werte gerundet Anmerkungen Oko Institut GhK WZ III 194 GEMIS 1 Anlage mit Kraft W rme Kopplung Stromgutschrift ber Steinkohle Kraftwerk 2 gr ere Feuerungen in Heizwerken 3 Kombination Steink
76. dargestellt ist Abbildung A 1 Gegenwartswert zuk nftiger Kosten Einige amerikanischen Studien vgl unten diskontierten z B den zuk nftig m glicherweise zu zahlenden Betrag von 5 000 Milliarden US f r Dammbau Evakuierung und Umsiedlung durch steigende Meeresspiegel infolge einer globalen Temperaturerh hung Treibhauseffekt ab indem als Zeitrahmen 100 Jahre und ein Diskontsatz von 3 gew hlt wurden lt ECO 1983 1987 gt Durch die anteilige Verrechnung dieser Kosten auf die CO2 Abgaben von Kohlekraftwerken wurde so der anteilige Schaden einer Klimakatastrophe mit 8 300 US pro Jahr und Kohlekraftwerk bzw 0 002 c kWh rd 0 004 Pf kWh vernachl ssigbar gering hnliche Probleme existieren auch hinsichtlich der Bewertung der Folgekosten bei atomaren Reststoffen Atomm ll die ber Jahrtausende potentielle Unfall und Gesundheitsgefahren bergen wie eine amerikanische Studie zeigte Obviously very long term costs such as 100 000 year effects of radioactive tailings if undiscounted would overwhelm all other costs zit n lt GAINES ET AL 1979 gt S 100 Dieses Problem wird meist zu einfach gel st such costs are omitted here zit n lt GAINES ET AL 1979 gt S 100 Oko Institut GhK WZ III 268 GEMIS Wie von U Hampicke gezeigt wird ist die mit dem richtigen Diskontsatz verbundene Frage der zeitlichen Pr ferenzen intertemporale Allokation im Rahmen der neoklassischen Okonomie trotz vieler Versuche bislang unge
77. dem Minimierungsgebot der TA Luft f r kanzerogene Stoffe 2 1 3 TA Luft und dem f r organische Verbindungen besonderer Relevanz 3 1 7 TA Luft wie schon argumentiert wurde lt KO INSTITUT 1988 gt Anstelle von weitgehenden Prim rma nahmen ist daher u E eine Kombination von einfacher Prim r plus sekund re Entstickung zu w hlen Die Sekund r DeNOx kann nach der Abgasreinigung durch SCR Technik bzw im hei en Rohgas mittels NSCR Technik EXXON NOXOUT erfolgen wobei DeNOx Raten von 50 80 erzielt werden k nnen lt FICHTNER 1988b gt Dies wurde auch schon in Genehmigungsverfahren so gesehen f r die MVA in Darmstadt wurde eine Entstickung zur Auflage gemacht wobei 100 mg n einzuhalten sind in der MVA Bonn Nord wird ab 1 1 1991 ein Grenzwert von 100 mg m gefordert der nur mit sekund rer DeNO zu erreichen sein wird Daher ist als NO Wert 100 mg m f r neue Anlagen im EDS STANDARD anzusetzen entsprechend 57 kg TJ F r den EDS BEST kann wegen fehlender Betriebserfahrungen mit DeNOx f r MVA kein niedrigerer Wert angenommen werden soda der Emissionsfaktor des EDS STANDARD bernommen wird Staub Die TA Luft begrenzt die Staub Emissionen auf max 30 mg m entsprechend 17 kg TJ Da die Entstaubung neben der eigentlichen Partikelfilterung Elektro oder Gewebe Filter auch von der hier unterstellten Na Reinigung bzw Spr htrocknung W scher Kombination geleistet wird sind die hinter der RGR zu erwartenden
78. der Umweltaspekte soda eine Bewertung die ber den Vergleich potentieller Wirkungen hinausgeht auf solche lokalen Detailin formationen zur ckgreifen mu Ein Beispiel hierf r ist Pacific Northwest Rivers Study der Bonneville Power Administration lt BPA 1988a gt bei der ein EDV gest tztes Informationssystem ber die Gew ssernetze der Region f r die das EVU zust ndig ist und in der eine Wasserkraftnutzung angestrebt wird erstellt wurde Diese Datenbank lt BPA 1988b gt enth lt eine umfassende regionalisierte Informationssammlung der auftretenden Fischarten der zu beachtenden Restriktionen z B arch ologischer St tten und andere Informationen die f r die M glichkeit eines weiteren Ausbaus der Wasserkraftnutzung ma geblich sein k nnen Die Datenbank dient bei allen folgenden Diskussionen und Entscheidungen der BPA ber Standorte von Wasserkraftanlagen als Grundlage lt BPA 1988c gt Auf eine Forderung aus sterreich nach der Ermittlung des Naturschutzpotentials in Erg nzung zum Wasserkraftpotential lt RAD LER NACHTNEBEL 1989 gt die in eine hnliche Richtung geht wurde schon hingewiesen Die BPA Datenbank mag als Beispiel daf r gelten da ausgehend von einem solchen Informa tionskern weitere Instrumente zur Unterst tzung notwendiger Analyse und Berechnungsschritte f r Fragen der Wirkungen z B zur Restwasserberechnung oder erwartbarer Fischsch digungen durch Turbinendurchpassage entwickelt und in ein
79. einem exakten Ergebnis f hren Demgegen ber werden unter dem Begriff qualitativ verschiedenartige Werteauspr gungen gefa t die von teilquantifizierten Aspekten Restoffe und Fl cheninanspruchnahme vgl oben bis hin zu blo benennbaren Auswirkungen reichen Die qualitativen Umweltapsekte unterschieden sich von den quantitativen Aspekten auch darin da erstere stark situationsabh ngig sind Standort Umgebung und daher bei generellen Aussagen eher den Charakter von M glichkeiten annehmen w hrend letztere bezogen auf einen bestimmten technischen Stand der Anlage notwendigerweise auftreten Eine weitere Vorbemerkung betrifft die Frage auf welcher Ebene und in welchem Kontext eine Umweltbewertung ansetzen kann Wie in Kapitel E noch ausgef hrt wird sehen wir die Hauptaufgabe einer Umweltanalyse darin Informationen und Materialien f r eine vergleichende Bewertung verschiedener Energiesysteme bereitzustellen Dies bedeutet nicht die umfassende Beschreibung einer isolierten Einzelanlage zu leisten sondern diese als ein Teil eines bergreifenden Versorgungssystems und damit als Teil einer mit anderen konkurrierenden Versorgungsoption zu verstehen Oko Institut GhK WZ III 210 GEMIS Diese Ausrichtung erlaubt es die in die Bewertung einzubeziehenden Umweltaspekte nicht absolut sondern lediglich in einer komparativen Weise zu definieren und zu messen also so da ber zwei in Betracht kommende Anlagen gesagt wird welch
80. erlaubt so gegen ber herk mmlichen St ckholzkesseln einen schadstoffarmen Betrieb lt MARUTZKY 1986 gt Bei gr eren Leistungen ist neben Rostfeuerungen auch die Wirbelschichtfeuerung WSF geeignet geringe Emissionen und hohe Wirkungsgrade zu erreichen lt VJIL ET AL 1985 gt lt ZYLKOWSKVEHRLICH 1983 gt mittlerweile gibt es die WSF in den USA und Kanada auch f r kleine Feuerungen unter 100 kW vgl lt RTI 1984 gt lt TRIVETT ET AL 1982 gt F r die WSF mu der Brennstoff als Pellet oder Hackschnitzel zugef hrt werden Daher ist f r die emissionsarme Holzverbrennung in Stoker oder Vor fen sowie f r den Einsatz in WSF die Bereitstellung von Holz Hackschnitzel HHS erforderlich Die Verarbeitung von Restholz zu HHS ist inzwischen auch in der BRD eingef hrt lt CMA 1982 gt lt KTBL 19835 es existieren Nutzergemeinschaften die gemeinsam einen Hacker betreiben lt KTBL 1985 gt Weiterhin werden HHS auch kommerziell von Unternehmen als Brennstoff angeboten allerdings werden diese aus Schwachholz Sortimenten gewonnen und nicht aus Restholz Die folgende Tabelle zeigt einen berblick zu den gegenw rtig gesetzlich vorgeschriebenen Schadstoffbegrenzungen f r Holzfeuerungen und eine Umrechnung auf brennstoffbezogene Emissionsfaktoren 3 Die Werte sollen eine Orientierung f r die nachfolgende Diskussion der GEMIS Emissionsdatens tze bieten 13 Wegen der feuchtebedingten Heizwertunterschiede von St ckholz und Holz Hacksc
81. gerechnet werden sollte CO und Kohlenwasserstoffe sind bei Motoren ber 1 MWth von der TA Luft reguliert Je nach Minderungskonzept f r NO werden auch CO und C H beeinflu t beim Magerkonzept ist die NO Reduktion mit einer gesteigerten CO und C Hm Freisetzung verbunden die aber durch kosteng nstige metallische und keramische Oxidations Katalysatoren beherrscht werden kann bei der SCR Technik die zur Minimierung des NH3 Verbrauchs ebenfalls auf Magermotoren setzt k nnen ebenfalls preisgiinstige Ox Kats zur deutlichen Senkungen der CO und C H Werte f hren soda die TA Luft eingehalten werden kann der 3 Wege Kat erzielt 80 95 ige Konversionen auch bei CO und C H soda hier die TA Luft Werte unterschritten werden Gasturbinen Systeme GFAVO und TA Luft beziehen die Emissionsgrenzwerte fiir Gasturbinen auf trockenes Abgas im Normzustand 0 C 1013 hPa bei 15 Vol O Die damit verkn pfte Abgasverd nnung bedeutet da 100 mg m bei Gasturbinen 15 Vol O gleichzusetzen sind mit rd 267 mg m bei Gasmotoren 5 Vol O Oko Institut GhK WZ III 71 GEMIS Die TA Luft begrenzt die NO Emissionen von Gasturbinen mit mehr als 60 000 m3 h Abgasvolumen entsprechend rd 16 MWth auf 300 mg m woraus sich rd 258 kg TJ als Emissionsfaktor ergeben Diesen Wert k nnen moderne Turbinen allein durch optimierte Brennkammergeometrie und Luftzuf hrung also prim re Ma nahmen einhalten bzw deutlich unterschrei
82. gt lt WAGNER 1987 gt lt LOHFINK 1987 gt und Pipelines liegen unterschiedliche Vorschl ge vor In GEMIS werden mittlere Transportentfernungen angenommen und fiir die Flachenbilanz Pauschalwerte eingesetzt die bei Freileitungen noch reduziert wurden In den Ergebnisbilanzen sind 10 der so berechneten Fl che einbezogen worden In diesem Wert sind dann sowohl die Fl chen fiir Masten sockel die Umspannanlagen enthalten wie auch ein pauschaler Zuschlag f r die Beeintr chtigung der Fl chennutzung Dar ber ob ein 10 Anteil angemessen ist l t sich sicherlich diskutieren wir ha ben uns an den Faktor angelehnt der bei Entsch digungszahlungen Verwendung findet Ob bei Pipelines sowie Nah und Fernw rmeschienen die ermittelten Fl chen voll in die Bilanz eingehen m ssen lt EULER 1984 gt ist ebenfalls fraglich In den Ergebnisrechnungen Kapitel F wurden keine Abstriche von den ermittelten Fl chenwerten vorgenommen 4 2 Qualitative Umweltaspekte Zun chst sei erl utert was im GEMIS Projekt unter qualitativen in Abgrenzung zu quantitativen Aspekten verstanden wird Quantitative Eigenschaften sollen sich dadurch auszeichnen da ihre Werteauspr gung auf numerische Werte beschr nkt ist also z B die SO2 Emissionen einer Anlage die den Wert Xkg TJ annimmt Hinzu kommt ihr Status f r die Ermittlung des jeweiligen Wertes k nnen klare Berechnungsvorschriften angegeben werden die ggf mit benennbaren Fehlertoleranzen zu
83. in Naf REA wie auch von realen Betriebserfahrungen her ist bekannt da im W scher die Halogene mit mindestens den gleichen Raten abgeschieden werden als SO sofern die REA im alkalischen Bereich betrieben werden lt DAVIDS LANGE 1986 gt Schon im EDS STANDARD ist daher f r Halogene von mindestens 90 Abscheidung jeweils f r Na REA anzunehmen Im EDS BEST dagegen ist sowohl f r HCl wie auch f r HF mit mindestens 95 Abscheidung zu rechnen Andere Schadstoffe Gro e Steinkohlefeuerungen emittieren nach bereinstimmenden Messungen wegen des guten Aus brandes sehr geringe Mengen an CO kleiner 100 mg m und C H kleiner 10 mg nP soda eine weitere qualitative Diskussion dieser Stoffe entf llt Auch kanzerogene Stoffe wie z B einige PAH sind bei konventionellen Kohlefeuerungen deutlich unterhalb von 1 ug m anzunehmen Sofern unkontaminierte Steinkohlen eingesetzt werden sind auch die Emissionen von chlororganischen Verbindungen wie PCDD F allgemein nicht nachweisbar Sofern allerdings z B mit PCB belastete Kohlen verbrannt werden gilt dies nicht mehr Anlagen mittlerer Leistung Bei Feuerungsw rmeleistungen von 50 300 MWth k nnen wie in der ersten Gruppe weiterhin Staubfeuerungen betrieben werden Hinzu kommen neben Wirbelschichtfeuerungen vgl unten vor allem Rostfeuerungen bei denen st ckige Kohle auf einem von unten bel fteten Verbrennungsrost liegend verbrennt Stickoxide Die GFAVO begrenzt die NOx Emi
84. in einem Szenario nachgefragten Energiemenge zur gesamter Energiemenge wird mit dem Materialvektor f r den Bau der Anlage multiplizert um den f r die nachgefragte Energiemenge spezifischen Materialvektor zu erhalten Energievorleistungen durch die Materialproduktion werden bilanziert aber deren Vorleistungen nicht ber cksichtigt Oko Institut GhK WZ III 189 GEMIS 2 5 4 Bestimmung der Umweltaspekte Ist der Energieflu berechnet so kann die nachfolgende Bestimmung der Umwelteffekte mit wenig Aufwand erfolgen Eigener Rechenaufwand ist bei der Zuordnung der Emissionen zu den verschiede nen Ebenen der Energieumsetzung notwendig Bestimmung der direkten Umweltaspekte Die direkten Umweltaspekte werden durch Multiplikation der umgesetzten Energiemenge mit den entsprechenden Emissionsfaktoren ermittelt Dabei wird bei den Luftschadstoffen zwischen lokalen Anlagen und berregionalen Anlagen unterschieden Lokal zur Nachfrage ist eine Anlage unter folgenden Vorraussetzungen 1 die Verbrennungs Anlage bei der die Energie vom Szenario nachgefragt wird Za ist die Anlage ein Dispatcher oder ein Szenariengesteuerter Dispatcher so wird falls die vorgeschaltetete Anlage eine Verbrennungsanlage ist diese als lokal angesehen Szenarien die ihre Energie bei einer Transportanlage wie etwa ein Fernw rmenetz nachfragen haben nach dieser Implementierung keine lokalen Emissionen obwohl das Heizwerk ggf nur eine H userreihe weiter steht Dies
85. ist aber der Kompressionsaufwand aufgrund der geringeren Rohrdurchmesser spezifisch h her als in den vorgelagerten Transportstufen lt BOHN SAUER ZEISE 1984 gt Wir gehen als Sch tzwert von einem doppelt so hohen Hilfs energiebedarf aus d h 0 37 MJoutput t km Im lokalen Verteilnetz kommen Verluste in der Gr enordnung von 0 2 hinzu da die Gasleitungen Leckagen aufweisen In einer internationalen Datenzusammenstellung f r die Klima Enquete Kommission ber Verluste bei der Gasgewinnung und verteilung lt ISI 1988 gt sind Verlustwerte von 1 2 f r die BRD aufgef hrt die WEC Studie nennt Verluste im Unterverteilsystem des Gasnetzes von 2 des transportierten Gases lt WEC 1988 gt bei modernen Netzen k nnen auch 0 erzielt werden lt BGW 1988 gt Als Mix von vorhandenen und modernen Gasleitungen unterstellen wir in bereinstimmung mit der WEC Studie und den ISI Daten einen Verlust von 1 des eingespeisten Gases als Richtwert f r die 90er Jahre Die oft angesprochene Arbeit zur Speicherung von Erdgas in Kavernen lt MAIER 1986 gt stellt nach der vorliegenden Literatur und Ausk nften der Gaswirtschaft keine relevante Proze kettengr e dar lt BGW 1988 gt da die Hilfsenergiebedarfe dieser Speicher einerseits gering sind andererseits nur ge ringe Gasmengen bezogen auf den Jahresverbrauch in der BRD zum saisonalen Ausgleich einge speichert werden Wir vernachl ssigen daher diesen Proze schritt in der Gaskette
86. ist das Oberfl chen V olumen Verh ltnis und damit die Homogenit t der ersten beiden Verbrennungsphasen F r st ckiges Holz in lufttrockenem Zustand kann ein emissionsarmer Betrieb nur dann erreicht werden wenn der Nutzer die speziellen Verbrennungseigenschaften durch aktives Handeln ber cksichtigt bei richtiger Bef llung und Einstellung von St ckholzkesseln sind dann geringe Staub CO und CnHm Werte erreichbar wenn Holz in kleinen Mengen zugegeben und die Luftzufuhr nach dem Verbrennungsablauf geregelt wird lt IFE 1988 gt lt RAWE ELTING KASS 1986 gt Dies ist aber sehr zeitaufwendig und u E nur in Ausnahmef llen zu erwarten Bei diskontinuierlicher Beschickung ist daher generell kein schadstoffarmer Betrieb m glich lt SCHULZE LAMMERS HELLWIG 1986 gt lt BRENND RFER 1986 gt F r offene Kamine wurden hohe vor allem organische Emissionen gemessen lt KAMM 1983 gt lt SNV 1980 gt zudem ist die Energieausnutzung gering lt IFE 1988 gt Die 1 BImSchV erlaubt den Betrieb offener Kamine nur noch gelegentlich Als Verbrennungstechnik f r kleinere Anlagen kommt somit wegen der Emissionsproblematik z Zt vor allem die Holzhackschnitzelfeuerung in Frage die als Stoker oder Vorofensystem realisiert werden kann vgl lt WKI 1985 gt Diese Feuerungstechnik unterteilt die Verbrennung in eine Entgasungsphase und eine Nachverbrennung f hrt nur jeweils geringe Mengen der Verbrennung zu kontinuierliche Beschickung und
87. ist eine Schw che der pauschalen Abgrenzung zwischen lokal und berregional Bestimmung der Umweltaspekte durch Materialvorleistungen F r die einzelnen Materialien ergeben sich die Umweltaspekte durch die spezifischen Angaben ber deren Umweltaspekte materialbezogene Werte siehe B 4 Die Summe der f r die nachgefragten Energiemengen und anlagenspezifischen Materialvektoren wird f r die Gesamtbilanz mit der Vorleistungsmatrix multipiziert Der errechnete Bilanzvektor wird ausgewiesen Oko Institut GhK WZ III 190 GEMIS Zuordnung zu den verschiedenen Ebenen der Energieumsetzung In den Arbeiten zur Proze kettenanalyse die vor GEMIS ver ffentlicht wurden unterschied man zwischen Prim r Gewinnung Prim r Transport Prim r Umwandlung Sekund renergie Transport und e Sekund renergie Umwandlung Um die Ergebnisse von GEMIS mit diesen Arbeiten vergleichbar machen zu k nnen wurde im Programm ein Algorithmus implementiert der eine Zuordnung der bilanzierten Energiestr me und Umweltaspekte auf die 5 Proze stufen erm glicht Im Handbuch zu dem Programm ist dieser Algorithmus weiter erl utert Erstellung einer Proze kette Eine zusammengefa te Proze kette wird erstellt indem f r eine Anlage die Vorleistungen f r eine Energieeinheit berechnet werden Diese Vorleistungen werden dann in einem zu Anlagen gleichartigen Datensatz abgespeichert F r die weitere Rechnung kann der Proze kettendatensatz wie eine
88. ist zu beachten da die F rdersch chte ventiliert werden m ssen um die Konzentration an Grubengas vor allem Methan gering zu halten Wegen der Klimarelevanz von Methan interessiert auch welche Mengen hierbei freigesetzt werden 5 Die Grubenkraftwerke erzeugen mehr Strom als der 20 Anteil am Eigenbedarf der Forderung speisen ihn aber in das Verbundnetz ein 6 vgl hierzu n her Kapitel E 2 2 Oko Institut GhK WZ III 135 GEMIS Als Emissionsfaktor fiir Methan werden in amerikanischen Quellen 200 ft3 ton gef rderter Kohle genannt dies entspricht 6m3 t bzw rd 161 kg TJ Brennstoffw rme der gef rderten Kohle lt RADIAN 1976 gt F r die BRD gibt eine Zusammenstellung des Umweltbundesamtes lt UBA 1988 gt einen Wertebereich von 20 60 m3 t entsprechend rd 480 1400 kg TJ Brennstoffw rme an Die folgenden Tabellen zeigen die Kenndaten der Steinkohlef rderung im Tiefbau Tabelle 106 Kenndaten der Steinkohle F rderung BRD Hilfsenergie Ballastkohle Kraftwerk ikea Tabelle 107 Kenndaten des Importkohle Tiefbaus Hilfsenergiebedarf Steinkohle Tagebau Im Gegensatz zur deutschen Kohle wird im Ausland Steinkohle auch im Tagebau gef rdert Das sogenannte strip mining findet in flachem Gel nde statt wo Kohlefl ze parallel zur Oberfl che liegen Es wird vor allem fiir US Western Coal angewendet Das open pit mining ist vergleichbar mit deutschen Braunkohle Tagebauen die ber den Fl zen liegende Bodenschich
89. mg m und bei aufgeladenen Motoren von bis zu 5 000 mg m m ssen Ma nahmen zur Senkung der Emissionen ge troffen werden lt VDI 1987a gt Die TA Luft begrenzt bei Gasmotoren 4 Takt ab 1 MWth Feuerungsw rmeleistung NO auf max 500 mg m entsprechend rd 157 kg TJ F r 2 Takt Motoren sind dagegen 800 mg m vorgesehen Die 500 mg Grenze ist mit drei Verfahren einzuhalten lt DIETRICH 1985 gt beim Magerprinzip wird der Motor mit einem brennstoffarmen mageren Gemisch betrieben wodurch die prim re NO Bildung minimiert werden kann aber CO und C H Emissionen ansteigen das SCR Verfahren entspricht dem bei Kohlefeuerungen allerdings m ssen die Katalysatoren gegen die starke mechanische Belastung im Abgas des Verbrennungsmotors best ndig sein e der Drei Wege Katalysator kann bei Lambda 1 Betrieb eingesetzt werden d h bei st chiometrischer Verbrennung sauerstofffreies Abgas und reduziert einerseits NO zu N und H O oxidiert aber parallel auch CO und C H Magermotoren erreichen derzeit in der Regel NO Werte von 250 400 mg m soda f r den Datensatz STANDARD bei diesen Motoren u E von 400 mg m entsprechend rd 125 kg TJ auszugehen ist Das SCR Verfahren wird in der Regel eingesetzt um gro e Gasmotoren zu entsticken lt VDI 1987a gt lt IWU 1988 gt und kann bei 80 Konversionsrate und 2 000 mg m Rohgasbeladung ebenfalls 400 mg m gleich 125 kg TJ einhalten lt HANDROCK 1986 gt Oko Institut GhK WZ III 70
90. regionale Situation erfordert um umweltbezogene Fragen zu bearbeiten Dieses Werkzeug kann zudem analytische Hilfsmittel Szenariengeneratoren mehrdimensionale Optimierung und Test Verfahren anbieten die in komplexen Entscheidungen typischerweise Verwendung finden oder auch weitere M glichkeiten der Ergebnisdarstellung z B durch eine Darstellung mit Fl chenbezug unter Ausnutzung der Computerkartografie Als Teilmodelle sind z B bei Wasserkraftwerken e Sch tzverfahren zur Restwassermengenbestimmung e stauh henabh ngige berflutungsmodelle f r Uferrandzonen 6 Dabei sind die Erfahrungen des OKO Instituts sowie anderer Forschungseinrichtungen mit Produktlinienanaly sen nutzbar 7 Dies gilt f r Biomassen sowie Solarenergie und Wasserkraftnutzung f r Windenergiesysteme sind erg nzende Orientierungsmessungen erforderlich Oko Institut GhK WZ III 261 GEMIS e Rasterungen von Ergebnissen biologischer Screening Verfahren und e Datenbanken mit Ortsbezug f r Populationen m gliche Bestandteile des Werkzeugs Bei Biomassen sind dagegen e sorten und fl chenbezogene Ertragsmodelle e einfache N hrstoff Bilanzen und e dkosystemare Modelle der Wirkungen von Biomasse Entnahmen m gliche Bestandteile Ein Forschungsvorhaben zu diesem Problembereich w re wie das GEMIS Projekt in einen wissens und einen methodenorientierten Aspekt unterteilt Der wissensorientierte Teil h tte zur Aufgabe die verstreuten Ans tze f r halb qu
91. transportierten Gases bzw 0 18 MJoutput t km F r den westeurop ischen Transport in die BRD aus Skandinavien Holland unterstellen wir ein vergleichbares System allerdings sind hier die Transportdistanzen mit im Mittel 250 km deutlich gerin ger lt EBERHARD HUNING 1984 gt F r den berregionalen Transport in der BRD werden ebenfalls die Hochdruck Pipelines des kontinenalen Transportsystems und eine mittlere Transportdistanzen von 250 km angenommen lt EBERHARD HUNING 1984 gt Die Kenndaten der Gasverteilung sowie die Emissionswerte fiir den Verdichter zeigen die folgenden Tabellen Tabelle 95 Kenndaten der Gas Pipeline interkontinental Eingangsanbindung Gas F rd Ausland Transportierter Brennstoff Erdgas H Hilfsenergiebedarf MJ t km Transportl nge km 6 000 Tabelle 96 Kenndaten der Gas Pipeline kontinental Gas Verdichter Tabelle 97 Kenndaten des Gas Transports BRD Eingangsanbindung Gas Aufbereitung Transportierter Brennstoff Erdgas H Oko Institut GhK WZ III 130 GEMIS Hilfsenergiebedarf MJ t km Transportl nge km 250 Tabelle 98 Emissionsdaten des Gas Verdichters Te p Tem p mem moi a NO 300 Bo 300 250 a Gas Unterverteilung Das berregional angelieferte Gas mu lokal verteilt werden wof r nicht mehr Gasturbinen als Verdichter eingesetzt werden sondern Kolbenmaschinen Gasmotoren Die Transportentfernung ist mit 10 km gering lt EBERHARD HUNING daf r
92. um 52 w hrend der OPEC Anteil auf rd 37 sinkt Unter dieser Abgrenzung ist f r die 90er Jahre anzunehmen da die Nordsee F rderung weiter ausgebaut wird und bei Werten um 45 bleibt Hinzu wird ein Anteil von 5 aus der UdSSR gez hlt da hier die Transportentfernungen in der gleichen Gr enordnung liegen F r die OPEC Importe wird ein Anteil von 45 angenommen und weitere 3 aus S damerika dazugez hlt da auch hier die Transportentfernungen in beiden F llen vergleichbare Gr enordnungen aufweisen F r die heimische lf rderung wird ein Anteil von 2 angenommen dies entspricht einer j hrlichen F rderquote von etwa 2 5 3 Mio t Roh l Die folgende Tabelle zeigt die f r die GEMIS Modelldaten gew hlten Werte Tabelle 5 _GEMIS Roh limportstruktur der BRD Werte f r Beginn der 90er Jahre Liefergebiet Transport System Nordsee Roh l Pipeline Ausland Oko Institut GhK WZ III 116 GEMIS Erd l Exploration Vor der Gewinnung von Roh l steht die Exploration also die Suche nach und Erschlie ung von Lagerst tten In der Abgrenzung der Proze kette kann dieser Aspekt in der Regel ausgeklammert werden zumal hierzu nur wenige Daten vorliegen Die amerikanische Literatur gibt Werte f r die onshore lexploration an lt DOE 1983 gt lt EPA 1979 gt lt RADIAN 1976 gt die den Treibstoffverbrauch f r Probebohrungen und Transport des Bohrgest nges reflektieren und gegen ber der Gesamtf rderung bei f
93. vergleichende Aussagen abgeleitet Die Untersuchungen lassen die qualitative Aussage zu da Braunkohle gegen ber anderen fossilen Festbrennstoffen vergleichsweise schwermetallarm ist Oko Institut GhK WZ III 38 GEMIS Zusammenfassung zu Braunkohlebrikett Feuerungen Die nachfolgende Tabelle gibt nochmals einen Uberblick zu den Emissionsfaktoren die fiir rheinische Braunkohlenbriketts als GEMIS Datens tze abgeleitet wurden Tabelle 16 GEMIS Emissionswerte fiir Braunkohlebriketts Typ Leistung EDS STANDARD EDS BEST Anlage kW SO2 NOx Staub SO2 NOx Staub Heizung 10 1 000 110 75 55 110 75 55 Heizwerk gt 1 000 110 150 20 64 100 10 in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert Anmerkungen im EDS BEST mit Na w sche zur Entschwefelung Koksbefeuerte Anlagen Die oben diskutierten Werte f r Steinkohlen k nnen auch f r Steinkohlenkoks verwendet werden wobei bislang geringere Staubwerte auftraten durch die 1 BImSchV die Unterschiede allerdings nivelliert werden Da uns keine spezifische Daten zu Steinkohlekoks vorliegen wurde dieser Brennstoff nicht in das GEMIS Programm aufgenommen 2 1 4 Emissionen von Heizsystemen f r Holz und Stroh Biogene Festbrennstoffe werden aufgrund der geringen Schwefelinventare und m iger NOx Bildung weithin als umweltfreundlich angesehen w hrend der Betrieb von entsprechenden Feuerungen wegen der Geruchsbel stigung zu vielen Nachbarbeschwerden f hrt lt KAMM R HM 1984 gt
94. vgl weiter unten Oko Institut GhK WZ III 55 GEMIS Nach der GFAVO miissen 85 des Brennstoffschwefel Inventars abgeschieden und diirfen maximal 400 mg m3 an SO emittiert werden Bei Schwefelgehalten unter 1 Gew ist die Mindestabscheideforderung der GFAVO der begrenzende Faktor es ergeben sich Reingaswerte kleiner 290 mg m Da Na REA mit einem mittleren Abscheidegrad von 90 betrieben werden kann u E f r Vollwertkohlen im EDS STANDARD mit 200 mg m entsprechend 66 kg TJ f r 5 O bzw 71 kg TJ f r 6 O2 gerechnet werden 0 Beim EDS BEST dagegen ist von mehr als 95 REA Leistung auszugehen wie sie durch Betriebserfahrungen belegt werden Damit ergeben sich Reingaswerte unter 100 mg m SO bzw 33 kg TJ 5 O2 bzw 35 kg TJ 6 O Staub Minderung F r die Entstaubung von gro en konventionellen Kohlefeuerungen werden zwei Verfahrenstypen ein gesetzt die ahnliche Abscheideraten erlauben Elektrofilter 4 bis 5 feldrig Gewebefilter Tuch oder Schlauchfilter Die Abscheideleistung h ngt bei E Filtern neben einer genauen Regelung von der Anzahl der elektri schen Felder ab lt DAVIDS LANGE 1984 gt Heute bliche 3 feldrige Filter erreichen Staubwerte um 50 mg m w hrend 4 und 5 feldrige Anlagen Reingaswerte unter 10 mg m erlauben lt VGB 1985 gt Durch die weiteren Feldkammern verteuern sich E Filter etwa proportional Die hohe Abscheidung bei Gewebefiltern ergibt sich u a durch die Wirkung des so
95. vol 34 1982 Heft 7 S 229 236 SCHNELL DEHLI 1986 Strom aus Kernenergie f r den W rmemarkt in Brennstoff W rme Kraft vol 38 1986 Heft 6 SCHULZ 1988 pers Mitt von Herrn Schulz VDEW am 26 7 1988 in Frankfurt SMITH 1987 Environmental Factors and Biomass Energy Development in HALL OVEREND 1987 S 449 465 STARKE 1987 Geringere Betriebsfl che durch wenige gro e Tagebaue in Braunkohle vol 39 1987 Heft 12 S 414 422 STEINMANN 1984 Entwicklung des Rohrleitungstransports des Europ ischen Erdgasverbundsystems und der Untertagespeicherung K Steinmann in Erd l und Kohle Erdgas Petrochemie vol 37 1984 Heft 10 S 429 432 STEINMANN 1985 Die Westeurop ische Erdgasversorgung und das Pipelinesystem in Erd l Erdgas vol 101 1985 Heft 6 S 182 187 Oko Institut GhK WZ III 167 GEMIS STREHLER 1984 Die Trocknung von Holzhackschnitzeln Landtechnik Weihenstephan Freising Vortragsmanuskript TUM 1987 Wirtschaftlichkeit verschiedener Verfahren der Herstellung von Pre lingen aus Stroh Rinde Restholz S gewerksabf llen Papier etc sowie Rohstoffgemischen zur Verfeuerung in kleineren Heizanlagen TU Miinchen Endbericht 03E 8422 A Miinchen Weihenstephan UBA 1986 Schiedsspruch vertagt Glatzel Beck Schm lling in ENERGIE vol 38 1986 no 3 S 36 ff UBA 1988 Methanemissionen aus dem Steinkohlebergbau Vermerk 111 3 70518 3 des Umweltbundesamts Berlin UBA 1989 Luftreinhaltung 88 Umweltbundesamt
96. vol 5 1980 p 241 ff EULER 1984 Umweltvertr glichkeit von Energieversorgungskonzepten Forschungen zur Raumentwicklung Bd 12 Bundesforschungsanstalt fiir Landeskunde und Raumordnung Bonn EULER 1987 Umweltbezogenes Wertesystem zur Beurteilung von W rmeversorgungssystemen Beitrag zur PBE BfLR Tagung Umweltfreundliche W rmeversorgungskonzepte am 23 24 3 87 in Norderstedt FICHTNER 1986a Schadstoffbewertung der Heizsysteme Einflu von emissionsmindernden Ma nahmen auf die Schadstoffbewertung der Heizsysteme unter Ber cksichtigung der damit verbundenen Kosten Reihe rtliche und regionale Energieversorgungskonzepte Bd 10 Bonn FICHTNER 1986b Umweltvergleich von elektrischen mit anderen Heizsystemen Teil II Bewertung ausgew hlter Systeme zur Hausheizung unter dem Aspekt der Schadstoffabgabe Stuttgart GEE 1988 Umweltschutz neue Determinante f r die Energiepolitik Schriftenreihe der Gesellschaft f r Energiewissenschaft und Energiepolitik e V K ln GEK 1978 Die Umweltbelastung im Energiebereich Schriftenreihe der Eidgen ssischen Kommission f r die Gesamtenergiekonzeption Nr 24 Bern GLATZEL 1984 Planender Umweltschutz am Beispiel der W rmeversorgung Erlangens in BFLR 1984 S 787 809 GLATZEL BECK 1984 Umweltvorsorge durch Energieversorgungskonzepte in BFLR 1984 S 769 ff GOPA 1985 Regional energy analysis a survey of regional energy planning studies and community energy supply concepts in European co
97. von 85 95 erreichen wobei von einer mittleren Reduktion von 90 auszugehen ist Damit ergeben sich bei Vollwert Kohlen SO Emissionen von rd 70 kg TJ die im EDS BEST als Emissionsfaktor f r gr ere Heizanlagen Heizwerke ber 1 000 kWth angenommen werden Stickoxide Die Bildung von NO wird in den hier betrachteten Feuerungssystemen berwiegend durch die Oxidation des Brennstoff Stickstoffs bestimmt da die Verbrennungstemperaturen deutlich unter der Grenze f r thermisches NO liegen Messungen der Bergbau Forschung lt BF 1987 gt ergaben f r Durchbrand fen 6 kW mit Anthrazit als Brennstoff NOx Werte zwischen 20 und 55 kg TJ f r Briketts und Gasflammkohlen dagegen Werte zwischen 50 und 65 kg TJ wobei im Vollast Betrieb Werte um 110 kg TJ erreicht wurden Beim Einsatz von Anthrazit in einem Universal Dauerbrenner UDB mit 6 kW ergaben sich NOx Emissionen von 35 bis 87 kg TJ bei Verwendung von Briketts und Gasflammkohle dagegen wiederum Werte um 65 kg TJ bei Spitzenwerten Vollast Betrieb um 100 kg TJ Eine Untersuchung des Engler Bunte Instituts lt EBI 1982 gt kommt f r einen UDB mit 7 KW Leistung beim Einsatz von Anthrazit Briketts za NOx Werten umgerechnet auf NO2 von rund 73 kg TJ Mittel aus verschiedenen Betriebszust nden Die DFVLR nennt fiir Steinkohle Briketts NOx Werte von 50 kg TJ lt DFVLR 1984 gt was gut mit Daten von FICHTNER bereinstimmt wo f r Anthrazit Feuerungen NOx Werte von 53 kg TJ angegeben
98. von Ballastkohle Kraftwerken Te p e p me ja pe fen o pa p p p v fpa p p pe se po ss 8 EEE LC Tabelle 65 Emissionsdaten von Erdgas Kraftwerken ee Ten Term pe moi o p p o o e C CE COM EC BE Oko Institut GhK WZ III 111 GEMIS Tabelle 66 Emissionsdaten von Heiz l S Kraftwerken Ten p e Terme pe mom Tl pps p p p m p po e EEC Alle Nutzungsgrade der Kraftwerke wurden auf der Basis der WEC Studie sowie der IFE Studie lt JENSCH 1988 gt ermittelt und stellen Netto Gr en dar d h der Eigenbedarf der Kraftwerke u a Pumpen Rauchgasreinigung Gebl se wurde ber cksichtigt Die folgende Tabelle zeigt die jeweiligen Nutzungsgrade Tabelle 67 bersicht zu Nutzungsgraden von Kraftwerken Angaben netto in bezogen auf Brennstoffeinsatz Anmerkungen 1 Werte fiir Neuanlagen bei Vollast 2 Werte fiir Kraftwerksbestand in der BRD 3 Druckwasserreaktor F r die Stromverteilung wurde angenommen da ber die Hochspannungs und Mittelspannungs ebene und unter Einrechnung der lokalen Verteilerstufe 0 4 KiloVolt Leitung Gesamt Verluste von durchschnittlich 5 auftreten Hierbei sind die Umspann Verluste eingerechnet Die folgenden Tabellen zeigen die Einzelwerte des Stromverteilnetzes Tabelle 68 Kenngr en des 380 kV Stromnetzes Eingangsanbindung Strom KW Park Transportverluste 100 km Oko Institut GhK WZ III 112 GEMIS Tabelle 69 Kenngr en des 110 kV Stromn
99. von modernen Hard und Softwarekomponenten bestehen Kapitel 7 Im Anhang zum Endbericht werden verschiedene Teilaspekte genauer diskutiert und Materialien zusammengefa t Ein Bewertungsprofil f r Umweltaspekte das ein amerikanisches Stadtwerk verwendet gibt Anhang 1 w hrend eine n here Darstellung der M glichkeiten zur Monetarisierung von Umweltaspekten im Anhang 2 aufgenommen wurde Der Anhang 3 enth lt Angaben zu globalen und nationalen Verursacheranteilen f r verschiedene Umweltaspekte In Anhang 4 finden sich weitere Informationen zur Fl cheninanspruchnahme in Anhang 5 die wichtigsten Kenndaten von Brennstoffen und in Anhang 6 die Materialvektoren aller in GEMIS enthaltenen Energiesysteme Der Anhang 7 enth lt ein Verzeichnis aller GEMIS Arbeitspapiere in Anhang 8 wurde schlie lich ein Abk rzungsverzeichnis aufgenommen Nicht in diesem Endbericht enthalten ist das Benutzerhandbuch f r das GEMIS Computerprogramm Dieses Handbuch kann interessierten Nutzern vom Hessischen Ministerium f r Wirtschaft und Technik zur Verf gung gestellt werden Oko Institut GhK WZ III 4 GEMIS 1 2 Stand der Einbeziehung von Umweltaspekten zu Projektbeginn Zur Fundierung der weiteren Arbeiten wurde in der ersten Projektphase der aktuelle Stand der Methodenentwicklung und die Datenlage f r Umweltanalysen bei Energiesystemen zusammengefa t und komprimiert dargestellt wobei kontroverse Ans tze aufgezeigt wurden Aus der Vielzahl der int
100. zu einer Anlage ge pumpt die zur Trennung von Ol Gas und Wasser dient Diese Emulsionstrennung erfordert Destabilisierung der Grenzfl chen zwischen Wasser und ltropfen Koagulation der Oltropfen Trennen der l und Wasserphase Um die Emulsion zu dehydrieren werden vier Methoden verwendet e Erhitzen Chemische Behandlung Elektrizit tsanwendung elektrische Felder Absetzen Schwerkrafteinflu Oko Institut GhK WZ III 119 GEMIS Die Erhitzung der Emulsion wird generell als unterst tzende Behandlung eingesetzt um den Proze zu beschleunigen Die chemische Behandlung nutzt grenzfl chenaktive Substanzen und wird durch W rmeeinflu verbessert Alle vier Methoden werden blicherweise kombiniert in Proze kolonnen sogenannte heater treater durchgef hrt Die anschlie ende Gas l Trennung erfolgt mit verschiedenen meist mechanischen Abscheidetechniken Das r ckgewonnene Gas wird zur Aufbereitung geleitet wo eine Reinigung erfolgt vgl unten Als Energieverbrauch f r die gas oder lbefeuerten Heater Treater wird in Abh ngigkeit vom Salz Gehalt brine der Emulsion 2 50 mit Werten zwischen 0 1 und 4 7 der durchgesetzten Roh l Energie gerechnet lt RADIAN 1979 gt Aus der WEC Studie kann f r den Oleinsatz bei der Produktion ein Wert von 0 2 der produzierten Menge abgeleitet werden wobei diese Daten auf Statistiken beruhen lt WEC 1988 gt Als Standard Wert f r alle Roh le gehen wir vo
101. zwar erhebliche Schadstoffreduzierungen bringen verm gen aber insbe sondere die PAH Entstehung nicht g nzlich zu verhindern Daher sind holzbefeuerte Systeme auch hinsichtlich der Feinstaubabscheidung zu optimieren um die Freisetzung von daran angelagerten Kohlenwasserstoffen zu verringern Hierbei kommt bei gr eren Anlagen dem Gewebefilter besondere Bedeutung zu da eine Adsorption von PAH am holzkohlehaltigen Filterkuchen stattfindet lt RTI 1984 gt Eine Alternative zum Einsatz von Holzhackschnitzelheizungen die im unteren Leistungsbereich mit erheblichem Kostenaufwand verbunden sind k nnen St ckholzkessel in Kombination mit Oxidationskatalysatoren sein Hier wird das unvollst ndig ausgebrannte Abgas durch einen keramischen oder metallischen Katalysator geleitet der unverbrannte Kohlenwasserstoffe und CO zu CO2 und Wasser oxidiert Verschiedene Untersuchungen an Oxidationskatalysatoren im hei en Abgaskanal von Holzfeuerungen konnten deutliche Senkungen der Formaldehyd Phenol und CO Emissionen nachweisen auch die leichten PAH Fraktionen wurden z T vermindert Neben der direkten Schadstoffreduzierung wirken Katalysatoren auch indirekt emissionsmindernd da sie die Verbrennungswirkungsgrade deutlich verbessern und so den Brennstoffeinsatz senken Solche Systeme werden in den USA verst rkt gefordert lt DEQ 1985 gt und realisiert lt OMNI 1986a gt um die CO und CnHm Emissionen zu senken Betriebserfahrungen belegen da die A
102. 0 GEMIS Werte fiir Erdgas Offshore F rderung t Auslastung h a 7 900 Output MWth 1 000 Oko Institut GhK WZ III 302 GEMIS GEMIS Werte fiir Erdgas Aufbereitung CC seat aT CN GEMIS Werte fiir Erdgas Transport Te p a sah seo je fen E CM CA OI EEC EE HO EII CAN CANIS ANS GEMIS Werte fiir Steinkohle F rderung TEE CIA CCA emn po CINE Auslastung b a 7 900 7 900 Output MWth 1 500 1 500 Oko Institut GhK WZ III 303 GEMIS GEMIS Werte fiir Steinkohle Transport po p Tre Ti a oe I I GEMIS Werte f r Braunkohle F rderung GEMIS Werte f r die Braunkohlestaub Fabrik Stahl t 10 000 Fl chenbedarf 103 m2 1000 Auslastung h a 7 900 Output MWth 1 500 Oko Institut GhK WZ III 304 GEMIS GEMIS Werte fiir Braunkohle Transport ih Toa ened fm eer fo foe Lebensdauer a Auslastung h a 5000 6000 4500 GEMIS Werte fiir die Uran ProzeBkette 1 000 200 000 1 500 10 000 Auslastung h a 7 000 7 000 7 000 7 000 Output MWth 13 800 8 000 10 000 20 000 GEMIS Werte fiir Kohle Kraftwerke es 5 a Ramat CA ECC E CON owm CO e Oko Institut GhK WZ III 305 GEMIS GEMIS Werte fiir Ol und Gas Kraftwerke Loo Ol Kraftwerk Gas GuD Kraftwerk Stahl t 24 000 5 000 GEMIS Werte fiir Wasser und Atomkraftwerke GEMIS Werte fiir die Stromverteilung eo EEC oo sme Oko Institut GhK WZ III 306 GEMIS GEMIS Werte fiir Solarkollektoren O
103. 1 964 BRAUN ET AL 1986 Emissionen bei Strohfeuerungen Beitr ge 1 86 Forschungsberichte des Bundesministeriums fiir Gesundheit und Umwelt Wien BRENNDORFER 1984 Hat die Strohbrikettierung Zukunft in Lohnunternehmen vol 39 1984 no 3 S 171 176 BRENND RFER 1985 AbschluBbericht zum Pilotvorhaben des Landes Hessen Strohbrikettiergemeinschaft Aarbergen Panrod KTBL Darmstadt BRENND RFER 1986 Stroh und Holzfeuerungen aus heutiger Sicht in Landtechnik vol 41 1986 no 2 p 88 90 BROCKHAUS TOMINGAS 1976 Emissionen polyzyklischer Kohlenwasserstoffe bei Verbrennungsprozessen in kleinen Hausheizungsanlagen und ihre Konzentration in der Atmosph re in Staub Reinhaltung der Luft vol 36 1976 Heft 3 S 96 101 BROSE 1984 Immissionsvergleich zentraler und dezentraler W rmeversorgungssysteme in VDI Bericht 543 D sseldorf S 233 238 BUSCHULTE 1985 Untersuchungen ber die NOx Reduzierung bei blaubrennenden Haushalts lbrennern in VDI 1985 S 465 479 CMA 1982 Bereitstellung von Rohholzhackschnitzeln durch die Forstwirtschaft Centrale Marketinggesellschaft der deutschen Agrarwirtschaft Bonn COOPER 1980 Environmental impact of residential wood combustion emissions and its implications in JAPCA vol 30 1980 p 855 861 DAVIDS 1976 Emissionsfaktoren f r l und Gasfeuerungen in Staub Reinhaltung der Luft vol 36 1986 S 91 95 DAVIDS ET AL 1985 Luftreinhaltung bei Kraftwerks und Industriefeuerungen
104. 1983 Evaluation du service global d une chaine industrielle essai sur les co ts indirects application la production d lectricit en central Institute de M chanique Appliqu e technical note 53 zit n lt SESO 1984 gt Oko Institut GhK WZ III 282 GEMIS GYSIN 1985 Externe Kosten der Energie in der Schweiz Reihe Okologie Band 5 Gr sch Schweiz HAMPICKE 1987 Ethik Natur und neoklassische Okonomie in Okonomische Theorie und Ethik Bievert Held eds Frankfurt New York S 78 100 HEQ VOUCHE 1984 An economic and ecological assessment of the three electric power plants coal pitch and nuclear PWR The integration of damage costs in the kWh cost prices and comparison ULB Br ssel Centre d Economie Politique zit n lt SESO 1984 gt HOLDREN 1987 Global environmental issues related to energy supply the environmental case for increased efficiency of energy use in Energy vol 12 1987 no 10 11 p 975 992 ISI 1988 Die sozialen Kosten des Energieverbrauchs O Hohmeyer Fraunhofer Institut f r Systemtechnik u Innovationsforschung ISI Berlin usw KFA 1989 CO2 reduction potential through rational energy utilization and use of renewable energy sources in the Federal Republic of Germany Bericht jiil spez 502 Jiilich KRAM OKKEN 1989 Two low CO2 energy scenarios for the Netherlands paper presented at the OECD IEA Expert Seminar on Energy Technologies for Reducing Emissions of Greenhouse Gases 12 14 April 89 Paris
105. 20 Kenndaten der Roh l Pipeline a 22 EB 120 Spezifischer Energiebedarf von Erd l Raffinerien rs42snse nennen 121 Kenndaten der Raffinerie u 23 2 seem 123 Kenndaten des Raffineriebetriebs ein aha 123 Emissionsdaten des Erd lgas Kessels ccssececeeececeeceecseececeneeecsneeeenaeees 123 Emissionsdaten des Schwer l Kessels 224022200220022Br esse nnnennnnennnen en 123 Kenndaten der Anlage HEL LkW oooooonnnnccinnncccnononononacononacononacononaconononon 124 Kenndaten des Heiz l EL Bahntransports ooooooccononcccnoocccnoncnononcnonnnnncnnncnnnno 124 Kenndaten des Heiz l S Bahntranspotts coococnnocccnoncncnoncnononcnonnnanonnnncnonncnnnno 124 Kenndaten der Proze kette Heiz l S u zur2200sn0esnnersnnennnennnnennnenenn 125 Kenndaten der ProzeBkette Heiz l EL u a a 125 Kenndaten des Gas Aufkommen in GEMIS uu22ssssessnersnnesnnennnnennnnn nen 126 Kenndaten der Erdgas Forderung Onshore 22 22240224r sn snnennnnen nennen 127 Kenndaten der Gas Aufbereitung aasrsaeen sten 128 Kenndaten des Gasturbinen HKW 20022202 202 snnernnnensnersnnesnnennnnennnen een 128 Kenndaten der Gas Pipeline interkontinental u rs4r 20er 129 Kenndaten der Gas Pipeline kontinental u 22002244r 20 rnnennnnennnen een 129 Kenndaten des Gas Transports BRD 2 22200022sssssnsensensennnnnnnnnn 129
106. 274 GEMIS Emissionsvermeidungskosten werden als konomische Interpretationsm glichkeit f r die Effekte verstanden die durch die Wahl eines emissionsarmen Energiesystems gegen ber einem emissionsintensiveren System entsteht oder vice versa als zus tzlicher Aufwand der bei der Ent scheidung f r ein emissionsintensives System aufzubringen w re um global die Mehremissionen zu kompensieren Der SESO Argumentation unter b kann begegnet werden indem die realen mit den Verursacheranteilen gewichteten Emissionsvermeidungskosten und nicht die Kosten einer technisch m gliche Emissionsvermeidung als Ma verwendet werden Allerdings ist es richtig da die Emissionsvermeidungskosten einen klaren Zeitbezug aufweisen mit zunehmender Emissionsminderung wird der Wert der weiteren Vermeidung immer h her da die verbleibenden Emissionen nur durch einen h heren Aufwand vermindert werden k nnen Dieser Trend kann aber durch technische Verbesserungen der Emissionsminderung teilweise kompensiert werden Der Zeitbezug gilt aber auch f r die Bestimmung von Schadenskosten wobei dabei viel weniger Informationen vorliegen als bei den Emissionsvermeidungskosten Wenn der Zeitbezug als Argument aufgegriffen wird kann der Vermeidungskostenansatz methodisch klarer reagieren indem zeitlich dynamisierte Kosten oder Grenzkosten verwendet werden Dies ist bei Schadenskosten derzeit nicht m glich Schlie lich gilt da die Emissionsvermeidungskosten im w
107. 36 Energiekenndaten der MVA Gegendruck Betrieb AAA AAA TA Sa MAA Tabelle 37 Energiekenndaten eines mittleren Kohle HKW Gegendruck Betrieb A A Seale AA Ergebnisse des Vergleich der nutzenergiebezogenen Emissionen Die nutzenergiebezogenen Emissionen fiir Fernw rme aus der MVA und dem Kohle HKW wurden mit dem GEMIS Programm fiir die Emissionsdatens tze STANDARD und BEST berechnet Dabei wurde die Schadstoffmenge bestimmt die zur Bereitstellung von 1 TJ nutzbarer Fernw rmeabgabe und 0 6 TJ Strom emittiert werden Da die Heizkraftwerke nicht gen gend Strom bereitstellen wird die Differenz aus dem Verbundnetz bezogen Fiir die MVA wurde dabei als optimistische Randbedingung angenommen daf die Fernw rmeabgabe ganzj hrig realisiert werden kann Trotz dieser giinstigen Rahmenbedingungen fiir den nutzenergiebezogenen Vergleich zeigt die Tabelle B 1 38 da Fernw rme aus MVA mit 2 bis 5 mal mehr klassischen Schadstoffen bereitgestellt wird als die aus neuen Steinkohle HKW EDS STANDARD bzw in Tabelle B 1 39 sogar bis zu 12 mal mehr im EDS BEST Noch h here Gr enordnungen gelten f r die nutzenergiebezogenen Schwermetallbelastungen 20 200 fach h her bei MVA sowie f r die anfallenden Reststoffe vgl Tab B 1 40 wo die MVA Aschemengen ber 23 mal h her liegen als bei einem Kohle HKW Tabelle 38 Nutzenergiebezogene Emissionen EDS STANDARD TA Ja rem some A A pe em ARAS AA ECOS IR A A IA AE Oko
108. 5 Vorschriften und technische Ma nahmen zur Schwefeldioxid und Stickstoffoxid Emissionsminderung in HDT 1985 p 3 9 LIS 1980 Emissionsfaktoren fiir die Emission von Blei Zink Cadmium und Quecksilber bei Hausbrandfeuerungen fiir feste Brennstoffe Bericht Nr 50 Essen LIS 1983 Dioxinemissionen aus Holzfeuerungen G Br ker H Gliwa in Schriftenreihe LIS Heft 57 1983 S 31 ff LK SLH 1987 Zusammenstellung von Emissionsmessungen an Stroh und Holzfeuerungen im Zeitraum Januar 1985 November 1987 unver ffentlichte Daten der Landwirtschaftskammer Schleswig Holstein zur Verf gung gestellt durch Herrn Eggersl Landwirtschaftskammer Schleswig Holstein L FFEL 1986 Erdgas in Gasturbinen in ASUE 1986a L FFLER 1984 Staubabscheidung mit Schlauchfiltern und Taschenfiltern Braunschweig LORBER 1983 Die Zusammensetzung des M lls und die durch M llverbrennungsanlagen emittierten Schadstoffe in MVA und Rauchgasreinigung Thom Kozmiensky ed S 559 594 LTW 1987 Verfeuerung von Stroh als Briketts in Kleinanlagen Hausbrand und ber Gro ballen in Gro anlagen Brennereien G rtnereien ab 500 kW Heizleistung Kurzfassung 0E3 8319 A Landtechnik Weihenstephan Freising MAARTMANN 1982 Control of particulate emissions using biomass as the main fuel in RSF 1982 vol IV p 435 441 MAN 1986 Kat im Block in Betrieb amp Energie 1 86 Sonderdruck MAN Augsburg MARUTZKY 1986 Emissionsminderung bei holzbetriebenen Klei
109. 87 gt Wir bernehmen diese Verteilverluste und beziehen sie in den Nutzungsgrad der Zentralheizsysteme ein soda sich die folgenden effektiven Nutzungsgrade ergeben Tabelle 50 Effektive Nutzungsgrade von GEMIS Heizsystemen Oko Institut GhK WZ III 101 GEMIS Gas Absorptions WP 118 E WP bivalent alt 245 E WP monovalent Diese effektiven Nutzungsgrade stimmen gut mit den Werten der KFA Jiilich der Parameterstudien und der FICHTNER Studie lt FICHTNER 1986 gt berein Zum Betrieb der W rmeverteilung wird f r Zentralheizsysteme eine elektrische Pumpe unterstellt die als Strombedarf 1 der transportierten W rmemenge aufweist Nahw rmesysteme Die Leitungsverluste im Nahw rme Verteilnetz sind stark von der Systemauslegung insbesondere der Trassenl nge und der W rmed mmung der Rohre abh ngig Als Mittelwert der verschiedenen Studien gilt ein Wert von 5 Verlusten bezogen auf die Einspeisung des Heizsystems Wird die Haus bergabe Station mit weiteren 1 Verlusten sowie die Hausverteilung mit 2 Verlusten vgl oben eingerechnet ergibt sich ein effektiver Verlustwert des Nahw rmenetzes von rund 8 d h der Nutzungsgrad betr gt rd 92 F r die Umw lzung des Heizwassers wird ein pauschaler Wert von 1 der transportierten Heizenergie angenommen als Antrieb ein Elektromotor Die folgende Tabelle zeigt die entsprechenden Werte Tabelle 51 Kenndaten des Nahw rme Netzes Eingangsanbindung Nahw rme Lieferant Ok
110. A A esan E S SC ACA E A A A Oko Institut GhK WZ III 292 GEMIS Tabelle 200 Flachenbedarfe berregionaler Anlagen Fl chenkategorien A Pee ee e O O O O EN Pp en u u r po ee E ES AA TAE SAB Pr ESE E SS E A pra E BA BL Fe a 091 0000 Tu E pp E TE ETA pa POT A AS A O AE TE pe AE A TEO pa MOE ae A THESE A pre TRE EA e a Y CN ee A E e eee ei pe EE EA Pa IET RA E PA MA A A ti E CAOS JE a en ee A a ERA u u E u Bu Heel A gt Oko Institut GhK WZ III 293 GEMIS A 5 GEMIS Brennstoffdaten Brennstoffdaten fiir Ballast Steinkohle Gew Wassergehalt 10 0 Asche Gehalt 28 50 Gew Kohlenstoff Gehalt 50 0 Luftbedarf 5 25 m3 kg Wasserstoff Gehalt 3 5 Abgasstrom 5 10 m3 kg Schwefel Gehalt 1 3 spez Abgasstrom 0 26 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 5 0 CO2 Gehalt i tr A 18 17 Vol Stickstoff Gehalt 1 5 Emissionsfaktor CO2 91610 kg TJ Chlor Gehalt 0 2 Fluor Gehalt 1 0E 03 Heizwert 20 0 MJ kg Brennstoffdaten f r Biogas Vol CH4 Gehalt 64 8 Unterer Heizwert 23 30 MJ m3 CO2 Gehalt 35 0 Luftbedarf 6 21 m3 m3 H2S Gehalt 0 20 Abgasstrom 5 91 m3 m3 spez Abgasstrom 0 25 m3 MJ biogener Brennstoff CO2 Gehalti tr A 16 90 Vol Emissionsfaktor CO2 0 kg TJ Brennstoffdaten fiir Braunkohle Brikett Gew Wassergehalt 12 0 Asche Gehalt 4 88 Gew Kohlenstoff Gehalt 56 71 Luftbedarf 5 50 m3 kg Wasserstoff Gehalt 4 30 Abgasstrom 5 40 m3 kg Schwefel Gehalt 0 34 spez Abgasstr
111. A Tram ne CAN ECOS COMINO CH ECU COMICO CAN e p p p Reset COMAS CO CA ICI CA pe GEMIS Werte fiir Solarzellen DEE LE CA E CI IN Oko Institut GhK WZ III 307 GEMIS GEMIS Werte f r solare Gro stromerzeuger Kupfer 1 540 6 700 3 350 EC GEMIS Werte fiir Windkraftwerke C E ES A EUA EEC A GEMIS Werte f r Kleinwasserkraftwerke Oko Institut GhK WZ III 308 GEMIS GEMIS Werte fiir Biomasse Aufbereitung AAN Hackschnitzel Herstellung Pellet Cob Herstellung Stahl kg 10 000 10 000 Auslastung h a 4 000 4 000 GEMIS Werte f r Holz Stroh Vergaser GEMIS Werte f r Biogas Anlagen a a Poem Resse CO GS E GEMIS Werte fiir konventionelle Heizsysteme p p Tamm ewm fo p po po C fo oe CA Oko Institut GhK WZ III 309 GEMIS Oko Institut GhK WZ III 310 GEMIS GEMIS Werte fiir Warmepumpen DO A CN CCC CAS CON CON CC CESE Of GEMIS Werte fiir Kohle HKW SR TES SIR ERSTE Timm frie poe po a GEMIS Werte fiir Ol und Gas BHKW Diesel BHKW Gas BHKW Kupfer kg 1 250 1 250 5 000 Stahl kg 25 000 30 000 5 000 Zement kg 20 000 20 000 3 000 LEA EEC Oko Institut GhK WZ III 311 GEMIS GEMIS Werte fiir W rmenetze ne AE omp A Rear A CO O fear Lebensdauer a Auslastung h a 4 500 4 500 Oko Institut GhK WZ III 312 GEMIS A 7 Verzeichnis der GEMIS Arbeitspapiere Allgemeine Fragen AP ALL 1 Kurzdarstellung des GE
112. ARTER HEINDLER ZACH 1984 Energieanalyse von Sonnenkollektoren in Proc 5th Int Sol Forum Berlin Dt Gesellschaft f Solarenergie ed S 300 305 HOHENWARTER HEINDLER 1988 Net power and energy output of the German LWR nuclear power system in Energy vol 13 1988 no 3 S 287 300 HUBER 1982 Umweltgef hrdung durch Heizungssysteme Ein Vergleich ausgew hlter Systeme in Wissenschaft und Umwelt 3 1982 S 147 156 INFRAS 1981 Proze datenspiegel f r 42 F rderungs Transport und Umwandlungsprozesse im Bereich der Raumw rmeversorgung UBA Projekt 10105006 Z rich JENSCH 1988 Vergleich von Energieversorgungssystemen unterschiedlicher Zentralisierung IfE Schriftenreihe Heft 22 M nchen JPL 1983 Environmental health and safety assessment of photovoltaics Jet Propulsion Lab JPL Publ 83 88 Pasadena KFA 1983 Stand und Entwicklungstendenzen der Raumw rmeversorgung der Haushalte Vergleich ausgew hlter Heizungssysteme unter energetischen konomischen und kologischen Gesichtspunkten Spezielle Berichte der KFA J lich Nr 234 Bd 3 J lich KFA 1987 Schreiben von Dr Wagner KFA J lich STE an die GEMIS Projektleitung vom 6 2 1987 betreffend Verf gbarkeit von Basisdaten KOLB ET AL 1975 Der Energieaufwand f r den Bau und Betrieb von Kernkraftwerken Berichte der KFA J lich Nr 1230 J lich Oko Institut GhK WZ III 180 GEMIS MARME SEEBERGER 1982 Der Prim renergieinhalt von Baustoffen in Bauphysik 4 1982 Heft
113. CO gt Vermeidungskosten ae me oo Soe nee Forma Bei der rationellen Energienutzung wurde angenommen da als Mehraufwand rd 1 Pf kWh Einsparenergie anzurechnen ist wenn die rationelle Energienutzung ber das betriebswirtschaftlich sinnvolle Ma hinaus genutzt wird sog strategisches Sparen vgl FRITSCHE HENNICKE 1989 Als ersparte CO Emission durch nicht mehr verbrannte Brennstoffe wurde ein Mix angenommen das sich aus der folgenden Tabelle ergibt Tabelle 192 CO Verursacheranteile in der BRD 90er Jahre 2 Erdgaskraftwerke moderner Bauart z B Gasturbinen mit Kombiproze erreichen deutlich h here elektrische Wirkungsgrade als Kohlekraftwerke und haben geringere Kapitalkosten Oko Institut GhK WZ III 278 GEMIS sr Die berechneten Werte fiir die daraus resultierenden Vermeidungskosten fiir unterschiedliche Substitutionswege zeigt die folgende Tabelle Tabelle 193 CQO Vermeidungskosten durch Substitution Termin iat Rosen Wie bei den klassischen Schadstoffen unterscheiden sich die CO Vermeidungskosten je nach Brennstoff und Substituent betrachtlich Da die Kosten fiir die Substitution von Ol und Gas durch Solarwasserstoff am h chsten sind wird ein least cost Ansatz diese erst dann nutzen wenn die kosteng nstigeren Potentiale ausgesch pft sind Dies gilt umso mehr als kurzfristig realisierbare Emissionsminderungen unter Klima Risikominderungsaspekten wegen des Akkumulationsproblems wichtiger
114. Die Unfallgefahren bei Installation und Wartung von Energiewandlern auf exponierten Standorten z B D chern kann im Zuge des bei einer breiten Einf hrung zu erwartenden Einsatzes von geschultem Fachpersonal in branchen blichen Grenzen gehalten werden f r die Energienutzer ergeben sich ebenfalls keine signifikanten Gefahren Durch Materialversagen bedingte Unf lle z B Rotorbruch bei Windkraftanlagen haben bestenfalls lokale Bedeutung lt OECD 1988 gt und k nnen durch Standortwahl und geeignete Techniken stark reduziert werden lt MEDSKER 1982 gt Eine Ausnahme hiervon bildet die Ernte von Biomasse insbesondere Restholz da hierbei ein hoher Anteil von menschlicher Arbeitskraft unter unfalltr chtigen Randbedingungen Seilzug zum R cken S gewerkzeuge einzusetzen ist Wird dieses Gef hrdungspotential durch den Einsatz von Gro erntemaschinen reduziert kann sich an vielen Standorten die forst kologische Problematik des Erntevorgangs erheblich versch rfen da dann Bodenverdichtung Aufri der Humusauflage und Rindenverletzungen besonders bei Jungpflanzen auftreten k nnen lt KWF 1985 gt Eine Bewertung dieses Gegensatzes kann nur f r reale Standortbedingungen erfolgen 3 Dabei ist anzumerken das die gesundheitliche Folgen von Niedrigstrahlung umso schwerer eingesch tzt werden je j nger die wissenschaftlichen Erkenntisse sind Als Beispiel hierzu kann die Erh hung der Dosisfaktoren f r Gammastrahlung gelten die aufgrund ei
115. EVY 1984 gt Die Unfallgefahr bei Tankern ist weder zu vernachl ssigen noch stehen ausreichende Techniken zur Schadensbek mpfung auf See zur Verf gung Diese Problematik wird sich im Zuge der o g Erschlie ung von F rderfeldern in Permafrost Regionen sowohl unter dem Aspekt der Eintritth ufigkeit wegen l ngerer Routen als auch unter Wirkungsaspekten f r das aquatische Leben wegen der h heren Empfindlichkeit noch versch rfen 9 vgl die Beitr ge in lt BOESCH RABALAIS 1987 gt sowie lt PETRAZZUOLOET AL 1985 gt 10 Dies wird in Kapitel D 2 5 als Sonderaspekt noch ausgef hrt Oko Institut GhK WZ III 219 GEMIS Primdrenergie Uran Im Hinblick auf nukleare Prim renergiegewinnung ist u E sicher da zumindest beim Uranbergbau erhebliche Eingriffe in den Naturhaushalt stattfinden lt PLAZA 1983 gt die qualitativ denen des Kohlebergbaus gleichen lt OECD 1986 gt lt USBACK 1985 gt Hinzu kommt da erhebliche Abraummengen auftreten lt EPA 1985 gt sowie die anfallenden schwachradioaktiven Reststoffmengen in der gesamten Proze kette wesentlich gr er sind als dies oft mit Verweis auf die relativ geringen Mengen an hochaktivem Atommiill behauptet wird Weiterhin mu u E davon ausgegangen werden da sich die Rekultivierung wegen der umfangreichen schwachradioaktiven Abraum und Riickstandsmaterialien aus F rderung Konversion Anreicherung schwieriger gestaltet als bei den fossilen Energien da die Salzbelas
116. Emissionsseite gebracht wenn diese Brennstoffe in herk mmlichen Feuerungen eingesetzt wurden lt KAMM 1983 gt lt KAMM R HM 1984 gt lt LTW 1987 gt Wird dagegen brikettiertes Stroh in daf r ausgelegten Kesseln verbrannt k nnen durchaus geringe Schadstoffabgaben erreicht werden lt BRENND RFER 1985 gt Noch g nstiger als die Brikettierung ist der Einsatz von Strohpellets oder geh ckseltem Stroh in Stoker oder Vorofen Feuerungen Diese Anlagen zeigen relativ geringe CnHm und Staubemissionen wenn sie gut dimensioniert wurden lt ARENHA 1985 gt lt JOHANSSON 1987 gt Bei schlechter Auslegung k nnen aber auch solche Anlagen hohe Schadstoffwerte aufweisen lt RAMDAHL M LLER 1983 gt Brikettierstationen und Anlagen zum Pellettieren von Stroh sind in der BRD eingef hrt aber nicht verbreitet lt ARENHA 1985 gt lt BRENNDORFER 1984 85 gt lt KTBL 1984 gt da die Kosten f r die Brennstoff Aufbereitung relativ hoch liegen lt TUM 1987 gt In D nemark wird dagegen bedingt durch h here W rmepreise verst rkt auf die Verdichtung von Stroh zu Cobs Pellets gesetzt und diese in Heizwerken mit Stoker oder Pyrolyse Feuerungen und nachgeschaltetem Gewebefilter verbrannt lt JOHANNSON 1987 gt lt KRAWINKEL 1987 gt Nah und Fernw rme auf Strohbasis wird auch in sterreich demonstriert lt ANO 1987 gt in der BRD sind dagegen erste Versuche wegen unzul nglicher Entstaubung noch verbesserungsbed rftig lt EGGERSL S
117. Fraktionen Konversion Hydrierung wird der spezifische Energiebedarf zunehmen Der Wert in lt HAMANN 1985 gt ber cksichtigt diese Tendenz soda f r die 90er Jahre ein Brennstoffbedarf von 6 5 in guter bereinstimmung mit der WEC Studie bzw den IEA Daten angenommen werden kann Bei einem Jahresnutzungsgrad der Proze w rme Feuerungen von 85 entspricht dies einem Proze w rmebedarf von rd 5 5 bezogen auf den Output der Raffinerie Die Deckung des Proze w rmebedarfs erfolgt durch Feuerungen mit Erd lgas und Heiz l S Die Verteilung zwischen Gas und l wurde vom MWV mit 80 zu 20 als Sch tzung der Verh ltnisse zu Beginn der 90er Jahre genannt lt MWV 1988b gt derzeit liegt die Verteilung bei 55 Gas 45 l lt MWV 1988a gt ber den Proze w rme Bedarf hinaus wird auch elektrische Energie f r Raffinerien ben tigt Der Strombedarf liegt nach unserer Sch tzung sowie nach der FICHTNER FTA Studie lt MAIER 1986 gt bei 0 5 bezogen auf den Raffinerie Output Der Strom soll f r die GEMIS Modell Raffinerie durch Bezug aus dem Verbundnetz gedeckt werden Damit wird zur Vereinfachung eine Eigenerzeugung in Kraft W rme Kopplung die eine g nstigere Energiebilanz als der Fremdstrombezug aufweist nicht angenommen Weiterhin treten in Raffinerien Verluste durch Tank Evaporation Transporte Leckage und Fackeln auf die nach der WEC Studie bei 0 3 0 7 des Roh l Durchsatzes liegen Aufgrund der Anstrengungen die
118. Heiz l u 00000222222ssnsnsennesssssennnnnn 95 2 2 2 Heizsysteme zur Nutzung von Kohle ccccceceeeesesessecececeeeceesenecaececececesseseaneaeceeeeeeeeeeeaas 95 2 2 3 Heizsysteme zur Nutzung von Strom ccccccccceceesessssecececececeeseseaececececeseeseaneaeceeeeeeeeeeeaas 95 2 2 4 Heizsysteme zur Nutzung von Biomasse cceeeesessecececeeecessesecaececeeecesseseaneaecececeeeeeeeaas 96 Oko Institut GhK WZ III v GEMIS 2 2 5 Heizsysteme mit Kraft W rme Kopplung ooooccccnnnnoconocnnonccnnnconononononanccnnnnnnonononnnccncninannonoss 96 2 2 6 Kenndaten der W rmeverteilungs Systeme eeeeseecceceeeceesesenececeeececeesssnaeeeeeeeceseeeas 100 2 21 Literatur zu Kapitel Di dirias 103 2 3 Proze ketten f r Energiesysteme iii eek 105 2 3 1 Elementare Prozesse in GEMIS eeeesesscceccceceseesssncaececeeecesesnecaececeeeceseesssnaaeeeeeeeeeseeaeaas 105 2 3 2 Kenndaten von Brennstoff Prozebketten occococonononoconcccnnnnnonononnnonccnonnnnnnonononccnoninnnno nooo 113 2 33 Literatur zu K pitel 2 3 A aae aa AERE EEE NEES 162 2 4 Materialbezogene Emissionen nr u ie aes da pense dese 168 2 3 Der Algorithmius GEMS RES 181 2d Anlagentypen u shies A ds 181 2 5 2 Verbrennungsrechnung sieniniai EE E E EA a a EE aai 182 2 5 3 Bestimmung der umgesetzen Materialmenge ccsccecceeceesesesnececeeececeesenneaeeeeeeeeeseeeaes 188 2 5 4 Bestimmung der Umweltaspe
119. II 69 GEMIS Fir den BEST Datensatz sind solche Feuerungen heranzuziehen die durch st chiometrische Verbrennung den Einsatz von Drei Wege Katalysatoren erlauben Die zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr erforderliche Lambda Sonde kommt aus Kostengr nden u E durchaus f r Systeme ab 1 MWth in Frage womit die Regelung tr gheitsarm realisiert werden kann Bei 75 Konversion von NOx und einer Prim rbelastung von 200 mg m ergeben sich f r den BEST Datensatz Werte von 50 mg m bzw 14 kg TJ f r die Feuerung mit geregeltem Drei Wege Katalysator Dies wurde auch schon allein mit gestuften Brennern und Abgasrezirkulation erreicht lt HOFBR U 1989 gt Andere Schadstoffe Gasfeuerungen arbeiten praktisch staub und ru frei soda der f r Kleinfeuerungen typische Staub wert von 0 1 kg TJ u E bernommen werden sollte CO und Kohlenwasserstoffe sind bei Gasfeuerungen ber 1 MWth wegen des extrem guten Ausbrandes und ausreichend gro en Feuerr umen von allen fossilen Feuerungsanlagen am geringsten Sie liegen im Bereich von 1 35 kg TJ f r CO und 0 5 10 kg TJ f r GH Beim BEST Datensatz werden diese durch den Katalysator noch weiter reduziert Motoren Anlagen BHKW Im Gegensatz zu Gas Feuerungen entstehen in Gasmotoren sehr hohe NO Mengen da die Tempe ratur und Druckverl ufe bei der Verbrennung auf wesentlich h herem Niveau stattfinden und insta tion rer sind Bei Rohgasbeladungen von Saugmotoren im Bereich von 1 000 3 000
120. Importkohle Bahn 22240022000snsnnenssnnennnnnnnnen 136 Kenndaten des Importkohle Schiffs 2242244222002 Bner sone nnnennnnennnen een 136 Kenndaten des Steinkohle Transports BRD usssensseeennn 137 Kenndaten des StK Binnenschiffs 2 220 22444 20422000 n nennen snnesnnennnnen nennen 137 Kenndaten der StK Bahn BRD u 240220022000snsennnensnnennennnnennnen een 137 Kenndaten der StK Brikeit Pahrik ici aeg en 138 Kenndaten des StK Industrie HKW 2202202222002nnennnensnnernennnnnnnnon een 138 Emissionsdaten des StK Industrie HKW u 220022002 sr snnennnennnnennnnn en 138 Kenndaten des StK Brikett LKW oooncocnnccccnnncccnonccconncccnoncnonnncnconancnonnnnnnns 139 Kenndaten der Proze kette Steinkohle frei Kraftwerk 139 Kenndaten der Proze kette StK Brikett frei Haus uenee 139 Kenndaten der Braunkohle F rderung BRD u esssnneenenenn 141 Kenndaten der Braunkohle Brikett Fabrik uu2200s sense 141 Kenndaten des BrK Industrie HKW 220222422200020es ner snnesnnennnnennnen een 141 Emissionsdaten des BrK Industrie HKW 2uu2nsessnersneesnnennnennnnennnnn een 142 Kenndaten des BKS Transports BRD 20022200ssssenssneennsnnnnnn 142 Kenndaten des BKS Bahnntranspotts essceceenceceeeee
121. Institut GhK WZ III 83 GEMIS in kg bezogen auf 1 TJ Nutzw rme und 0 6 TJ Strom Tabelle 39 Nutzenergiebezogene Emissionen EDS BEST ree AA A A Summe MVA in kg bezogen auf 1 TJ Nutzw rme und 0 6 TJ Strom Tabelle 40 Nutzenergiebezogene Reststoffmengen MVA 9000 76400 HKW 2000 3300 in kg bezogen auf 1 TJ Nutzw rme und 0 6 TJ Strom 2 1 7 Literatur zu Kapitel 2 1 ADRIAN QUITTEK WITTCHOW 1986 Fossil beheizte Dampfkraftwerke Handbuchreihe Energie Bd 6 Gr felfing K ln AHLBERG ET AL 1983 Chemical amp biological characterization of emissions from coal and oil fired power plants in Env Health Persp vol 47 1983 S 85 102 AHMADI 1986 Emissionsverhalten von lbrennern kleiner Leistung in VDI 1986b S 65 78 ALFHEIM ET AL 1983 Mutagenicity in emissions from coal and oil fired boilers in Env Health Persp vol 47 1983 S 177 187 AHLING LINDSKOG 1982 Emissions of chlorinated organic substances from combustion in Chlorinated Dioxins and Related Compounds Impact on the Environment O Hutzinger et al eds Oxford 1982 p 215 225 Oko Institut GhK WZ III 84 GEMIS ARENHA 1986 Energiekonzept Nienburg Weser Reihe rtliche und regionale Energieversorgungskonzepte Band 9 Bundesforschungsanstalt f r Landeskunde und Raumordnung Bonn ARENHA 1987 Strohfeuerungsanlage Ebersdorfer Grund Projektbericht der ARENHA f r den Hessischen Minister f r Wirtschaft und Technik Hannover AN
122. K WZ III 154 GEMIS Brennstoff Aufbereitung Das Hacken von Restholz erfordert Antriebsenergie fiir die Hackmesser Ublicherweise werden hier dieselmotorgetriebene Hacker eingesetzt der Energieaufwand betr gt rd 1 des Holz Heizwerts lt CMA 1982 gt lt KTBL 1983 85 gt Die FFE Studie unterstellt fiir das Hacken einen Bedarf von 0 25 des Heizwerts der produzierten Hackschnitzel lt FFE 1983 gt was u E eine Untersch tzung darstellt Somit ergeben sich die folgenden Werte fiir die HHS Bereitstellung Tabelle 146 Kenndaten der Holz HS Herstellung Eingangsanbindung Holz Lkw Hie Eine aktive Trocknung des Hackguts wird nicht angenommen da die Erzeugung von Grobhackgut unterstellt wird das bei sachgerechter Lagerung selbst auf rd 20 Gew H2O trocknet lt STREHLER 1984 gt Bei einer angenommenen aktiven thermischen Trocknung von 50 Rohfeuchte auf 20 Restfeuchte wird eine thermische Energie von rd 1 MJ kg HHS erforderlich unter Einrechnung eines Wirkungsgrads der W rmeeinkopplung in einer typischen Trockentrommel von rd 50 demnach 2 MJ kg HHS Bei einem Heizwert des getrockneten Hackgutes von 16 5 MJ kg sind dies etwa 12 Zur Bereitstellung der Trocknerw rme wird eine gr ere Holz Hackschnitzel Feuerung Heizwerk angenommen durch die Trocknung ergeben sich weiterhin durch Ausgasung rd 1 Verluste Damit ergeben sich die in den folgenden Tabellen genannten Werte fiir die Trocknungs Option Tabelle 147 Kenndaten
123. KA hat anhand verschiedener Beispiele f r die USA gezeigt da die IOA eher f r grobe Absch tzungen und vor allem f r bekannte traditionelle Produkte des Wirtschaftssystem geeignet ist w hrend die PKA f r detaillierte Analysen besonders f r unkonventionelle Systeme Vorteile bietet lt BNL 1981a gt lt BNL 1984 gt Hierbei ist anzumerken da die statistische Datenaufbereitung ber die Wirtschaftsbranchen und zweige in den USA wesentlich trennsch rfer ist als in der Bundesrepublik soda bei der bertragung der IOA Methodik die reduzierte Aussageg te zu beachten ist Ausgehend von mehreren Studien wurde am Brookhaven National Laboratory ein EDV gest tztes Referenz Material System entwickelt das Daten zum Materialaufwand die damit verbundenen Energieaufw nde f r verschiedene Energiesysteme enth lt lt BNL 1981b gt und gut mit neueren amerikanischen Daten aus Proze kettenanalysen lt DOE 1985 gt bereinstimmt Die j ngste uns bekannte Arbeit zum energetischen Aufwand bei der Materialherstellung ist eine Studie der Weltenergiekonferenz bei der ausgew hlte Grundstoffindustrien in einem internationalen Fallstudienvergleich vergleichend untersucht wurden lt WEC 1986 gt Diese Daten belegen da international der Energieaufwand f r die Herstellung von Materialien nicht stark streut sondern innerhalb enger Grenzen liegt Somit kann die Problematik von importierten Materialien weitgehend vernachl ssigt werden Ausg
124. Kenndaten der Proze kette Erdgas frei Haus CO 3 000 Oko Institut GhK WZ III 133 GEMIS Proze kette Steinkohle In der BRD werden gegenw rtig rd 10 der f r energetische Zwecke eingesetzten Steinkohlen aus Drittl ndern importiert Daher ist ber Inlandskohle hinaus auch Importkohle zu ber cksichtigen Einen berblick zur der im GEMIS Projekt betrachteten Kohle Proze kette gibt die folgende Abbildung Abbildung 4 Schema der GEMIS Proze kette Steinkohle Steinkohle Aufkommen F r die Verh ltnisse Anfang der 90er Jahre unterstellen wir in Anlehnung an die PROGNOS Studie lt PROGNOS 1984 gt f r die energetisch genutzte Steinkohle eine Verteilung von 90 heimischer und 10 Importkohle F r die Importkohle wird angenommen da sie vollst ndig auf dem Seeweg angeliefert wird Herkunftsl nder USA Australien Afrika S damerika VR China Diese Annahme wurde unter der Annahme getroffen da polnische Kohle aufgrund der st rkeren inl ndischen Nutzung nicht mehr exportiert wird F r die Importkohle wird au erdem unterstellt da eine Verteilung von 75 Tagebau F rderung und 25 Tiefbau F rderung besteht da die g nstigen Gestehungskosten dieser Kohlen nur in einem hohen Anteil von Tagebau auftreten Tabelle 104 Kenndaten des Steinkohle Aufkommens Eingangsanbindung Prozentualer Anteil oS Tabelle 105 Kenndaten der Steinkohle F rderung Ausland Eingangsanbindung Prozentualer Anteil Steinkohle F rd
125. Kraftwerksfl chen sowie der bertragungsleitungen Ebenfalls auf einem Mittelplatz sind die solaren Heizsysteme und die Erdgas und lheizung zu finden Schlie lich schneiden auch hier die gekoppelten Systeme aufgrund von Fl chengutschriften berechnet ber substituierten Kondensationsstrom wieder am besten ab mit z T negativen anrechenbaren Fl chenverbr uchen Im Gegensatz zur Stromerzeugung sind die solaren Heizsysteme ebenso wie andere Systeme auf der Basis regenerativer Energietr ger bei der W rmebereitstellung nicht sehr fl chenintensiv was haupts chlich daran liegt da die Fl cheninanspruchnahme oft nur ber die Hilfsenergiebereitstellung angerechnet wird Interessant ist auch eine Betrachtung bei der diejenigen Fl chen die aufgrund des Transportes der Energie Pipelines Stromleitungen in die Bilanzierung eingehen ausgeblendet und lediglich die Prim renergiebereitstellung und die Fl chen der Kraftwerke betrachtet werden vgl Tabellen unten Oko Institut GhK WZ III 251 GEMIS Tabelle 182 Heizsystemvergleich mit und ohne Energietransport AS EE E E IE E O A COS A AA EI ERIN Fl cheninanspruchnahme in m2 bei 100 MWh Nutzw rme Anmerkungen 1 Anlage mit Kraft W rme Kopplung Stromgutschrift ber Steinkohle Kraftwerk 2 gr ere Feuerungen in Heizwerken 3 Kombination Steinkohle HKW mit l Spitzenkessel inkl W rmenetzverluste 4 Kombination Erdgas BHKW mit Gas Spitzenkessel inkl W rme
126. Lebewesen Durch das Verbrennen von 14C armen fossilen Brennstoffen entsteht CO2 das praktisch kein radioaktiven Isotope enth lt und bei der globalen Verteilung in der Atmosph re zu einer Verd nnung der nat r lichen 14C Konzentration f hrt Damit wird die globale Folgedosis durch 14C verringert wobei die Bilanz der Mehrbelastung durch bei der Kohleverbrennung freigesetzte Radioaktivit t und der Entlastung durch die Verd nnung der 14C Konzentration negativ ist lt IFEU 1983 gt lt DESANTIS LONGO 1984 gt lt BMUR 1988 gt Bei einer Nettobetrachtung ergeben sich daher durch die Nutzung fossiler Energien Veringerungen bei der kollektiven Strahlenbelastung Die Gesundheitsgef hrdungen der Besch ftigen sind bei der F rderung Verarbeitung und Nutzung von Erd l und Erdgas gegen ber der Kohle und Uran vgl unten deutlich geringer HOLDREN 1982 1987 IKE 1987 auch die Unfallgefahren sind von Explosionen durch ausstr mende Gase abgesehen im Bereich anderer Industriebranchen anzusetzen Inwieweit zuk nftig Gef hrdungen als direkte oder indirekte Folge verst rkter seismischer Aktivit ten im Offshore Bereich die bei der l und Gasentnahme auftreten k nnten lt IGBE 1988 gt zu erwarten sind ist ungekl rt Durch sekund re und terti re F rdertechniken bei denen die Reservoire zumindest teilweise wieder verf llt werden k nnen sich diese Risiken verringern lassen Da zuk nftig verst rkt auf diese Techniken zur ckgeg
127. MIS Projekts Ansatz Fragestellung und Perspektiven AP ALL 2 Brief Description of the GEMIS Project General Issues Basic Questions and Perspectives AP ALL 3 Analyse der Methoden und Datengrundlage zur Ber cksichtigung der Umweltaspekte von Energiesystemen in verschiedenen Studien AP ALL 4 Auswertung von Energiekonzepten hinsichtlich der Ber cksichtigung von Umweltauswirkungen AP ALL 5 Qualitative Aspekte bei der Beschreibung und Bewertung von Energiesystemen Systematik und Beispiele AP ALL 6 Emissionsvermeidungskosten als Basis zur Monetarisierung der Umwelteffekte von Energiesystemen AP ALL 7 entf llt AP ALL 8 Weiche Kenndaten f r Energiesysteme AP ALL 9 Umwelt Wirkungsaspekte und Umweltbewertung von Energiesystemen AP ALL 10 Benefits of new and renewable sources of energy preliminary results from the GEMIS Project Paper for the EUROFORUM New Energies AP ALL 11 Darstellung und erste Ergebnisse des GEMIS Projekts Vortrag beim EWEKO Seminar 2 3 7 88 in Frankfurt AP ALL 12 Emissionsvermeidungskosten und Monetarisierung Aktualisierung und erg nzende Diskussion AP ALL 13 Umweltaspekte der Kraft W rme Kopplung Beispielrechnungen fiir Berlin Emissionsdatens tze AP EDS 0 Die Verbrennungsrechnung im GEMIS Programm AP EDS 1 Zusammenstellung von energiebezogenen Emissionsdaten f r Heizsysteme mit biogenen Festbrennstoffen AP EDS 2 Zusammenstellung von energiebezogenen Emissionsdaten f r
128. Mineral lwirtschaftverbands vom August 1988 NELLEMANN 1989 Basisdaten zur geplanten Biogas Zentralanlage in Gro Umstadt Lars M ller NELLEMANN Consultants Viby D nemark NERO 1984 Environmental Costs and Benefits Case Study Nuclear Power Plant Nero amp Ass prepared for Bonneville Power Administration Portland OR OECD 1986 Environmental effects of automotive transport Organization for Economic Co Operation and Development Paris OECD 1988 Environmental Impacts of Renewable Energy Sources Organization for Economic Co Operation and Development Paris KO INSTITUT 1988 Energiekonzept Darmstadt Dieburg Teil Biogas im Auftrag des Landkreises Darmstadt Dieburg Darmstadt KO INSTITUT 1989a Weitere Untersuchungen zur geplanten Biogas Zentralanlage in Gro Umstadt i A Landkreis Darmstadt Dieburg Darmstadt KO INSTITUT 1989b Zusammenstellung klimarelevanter Emissionsdaten f r Energiesysteme in der BRD i A der Enquete Kommission Vorsorge zum Schutz der Erdatmosph re des Deutschen Bundestags Darmstadt Oko Institut GhK WZ III 166 GEMIS OKO INSTITUT 1989c Stellungnahme zu ausgew hlten Fragen im Genehmigungsverfahren fiir Staudinger Block V 1 A der Stadt Hanau Darmstadt ORNL 1980 A methodology and a preliminary data base for examining the health risks of electricity generation from uranium and coal fuels Oak Ridge National Lab ORNL sub 7615 1 Oak Ridge OSZUSZKY 1976 Nuklearer Brennstoffzyklus und
129. O2 79128 kg TJ Fluor Gehalt 0 0 Heizwert 38 9 MJ kg Oko Institut GhK WZ III 295 GEMIS Brennstoffdaten fiir Erdgas H CH4 Gehalt 95 49 Unterer Heizwert 36 60 MJ m3 H2 Gehalt 1 00 Luftbedarf 9 74 m3 m3 C2H6 Gehalt 2 00 Abgasstrom 8 72 m3 m3 C3H8 Gehalt 1 00 spez Abgasstrom 0 24 m3 MJ N2 Gehalt 0 50 CO2 Gehalti tr A 11 75 Vol H2S Gehalt 4 0E 04 Emissionsfaktor CO2 55371 kg TJ Brennstoffdaten fiir Erd lgas CH4 Gehalt 95 45 Unterer Heizwert 36 60 MJ m3 H2 Gehalt 1 00 Luftbedart 9 73 m3 m3 C3H8 Gehalt 1 00 spez Abgasstrom 0 24 m3 MJ N2 Gehalt 0 50 CO2 Gehalti tr A 11 75 Vol H2S Gehalt 0 05 Emissionsfaktor CO2 55353 kg TJ Brennstoffdaten f r Hausm ll BRD Wassergehalt 33 0 Asche Gehalt 25 0 Gew Kohlenstoff Gehalt 23 0 Luftbedarf 2 35 m3 kg Wasserstoff Gehalt 3 00 Abgasstrom 2 29 m3 kg Schwefel Gehalt 0 40 spez Abgasstrom 0 27 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 15 0 CO2 Gehalt i tr A 18 58 Vol Stickstoff Gehalt 0 30 Emissionsfaktor CO2 0 kg TJ Chlor Gehalt 0 29 Fluor Gehalt 1 0E 02 Unterer Heizwert 8 40 MJ kg biogener Brennstoff Oko Institut GhK WZ III 296 GEMIS Brennstoffdaten fiir Heiz l EL Wassergehalt 0 00 Asche Gehalt 0 05 Gew Kohlenstoff Gehalt 85 20 Luftbedarf 11 30 m3 kg Wasserstoff Gehalt 14 00 Abgasstrom 10 52 m3 kg Schwefel Gehalt 0 16 spez Abgasstrom 0 25 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 0 00 CO2 Gehalt i tr A
130. OLO ET AL 1985 Assessment of environmental fate and effects of discharges from offshore oil and gas operations EPA 440 4 85 002 NTIS PB86 114964 Springfield Oko Institut GhK WZ III 229 GEMIS PLAZA 1983 Impacts of energy development on wildlife a preliminary study EPAD Report 13 prerelease copy National Audubon Society New York PTB 1978 Die Emission radioaktiver Stoffe mit der Abluft aus Kern und Steinkohlekraftwerken ein Vergleich der Strahlenbelastung PTB Bericht Ra 8 Physikalisch Technische Bundesanstalt Braunschweig PTB 1985 Strahlenschutzprobleme bei der Gewinnung und Nutzung von Erd l und Erdgas in der BRD PTB Bericht Ra 17 Braunschweig RADLER NACHTNEBEL 1989 Festlegung von Pflichtwasserabfl ssen in sterreich in BLW 1989 S 19 35 RICCI ROWE 1985 Health and environmental risk assessment P F Ricci M D Rowe eds EPRI EA 4114 SR New York RSSG 1983 Risk assessment Report of a Royal Society Study Group London RUPP WEBEL 1988 kologische Auswirkungen von Wasserkraftanlagen auf Flie gew sser Wasserwirtschaftsamt Freiburg Manuskript zum Vortrag beim Seminar Energiewende am 28 9 1988 in Freiburg SCHMEISKY 1988 pers nl Mitteilung von Prof Schmeisky Fachbereich 20 an der GH Kassel Witzenhausen vom April 1988 SRU 1981 Energie und Umwelt Sachverst ndigenrat f r Umweltfragen Stuttgart Mainz SRU 1985 Umweltprobleme der Landwirtschaft Stuttgart Mainz SRU 1987 Luftverunreinigungen in In
131. Oko Institut GhK WZ III 164 GEMIS GEIGER 1988 Schreiben von Dr B Geiger an die Projektleitung GEMIS vom 1 Juni 1988 ber die Datengrundlagen f r den Beitrag lt GEIGER 1987 gt GEIGER ROUVEL 1989 pers nl Mitt von Dr Geiger und Prof Dr Rouvel bei einem Treffen am Lehrstuhl f r Energiewirtschaft und Kraftwerkstechnik TU M nchen vom 19 1 1989 GLATZEL 1984 Emissionsbilanzen f r Stromheizungen in VDI 1984 S 157 ff GRIMM RATHMANN 1983 Abtrennung von Ethan schweren Kohlenwasserstoffen Stickstoff und Helium aus Erdgasen und Erd lbegleitgasen in Erd l und Kohle Erdgas Petrochemie vol 36 1983 Heft 2 S 75 84 HAGEL KEN 1987 Transportleistungen des Braunkohlenbergbaus in der Bundesrepublik Deutschland in Braunkohle vol 39 1987 Heft 11 S 397 401 HALL OVEREND 1987 Biomass D O Hall R P Overend ed New York usw HAMACHER KR GER 1988 NOx Minderung in Westeuropa Sekund rma nahmen der VGB Mitglieder in Energiewirtschaftliche Tagesfragen vol 38 1988 no 4 p 266 272 HAMANN 1985 Stickstoffoxid Emissionen aus Mineral lraffinerien und ihre Bewertung in Erd l und Kohle Erdgas Petrochemie vol 38 1985 S 165 171 HARTMANN 1986 Simulation des kumulierten Energieverbrauchs industrieller Produkte IfE Schriftenreihe Heft 20 M nchen HILDEBRAND 1988 Rauchgasentschwefelung bei EVU Kraftwerken in Energie wirtschaftliche Tagesfragen vol 38 1988 no 7 p 533 539 HITMANN 1974 Environmental impacts
132. Pressung der Kohle der durch ein Braunkohlekraftwerk gedeckt wird Wie bei Steinkohle Briketts wird ein Verlust von 0 5 der Eingangskohle durch Abrieb usw angesetzt Die folgenden Tabellen zeigen die Kenndaten im berblick Tabelle 121 Kenndaten der Braunkohle Brikett Fabrik Eingangsanbindung BrK F rderung BRD Hilfsenergie 1 BrK Kraftwerk Tabelle 122 Kenndaten des BrK Industrie HKW Eingangsanbindung BKS Transport BRD 0 6 Stromkennzahl Koppelprodukt Grundlaststrom Netz Oko Institut GhK WZ III 142 GEMIS Tabelle 123 Emissionsdaten des BrK Industrie HKW TEE ICE ACI IRC BE Transport von Braunkohleprodukten F r den Transport von Briketts zu Kleinverbrauchern Heizungen kleine Heizwerke und Proze feuerungen wird wie bei Steinkohlenbriketts ein Lastkraftwagen angenommen als Transportentfernung werden ebenfalls 100 km unterstellt Braunkohlestaub BKS f r Heizkraftwerke dagegen wird wie Steinkohle mit Schiff und Bahn transportiert wobei auch hier eine Verteilung von je 50 und eine Transportentfernung von 250 km angesetzt wird Tabelle 124 Kenndaten des BKS Transports BRD Eingangsanbindung Prozentualer Anteil Tabelle 125 Kenndaten des BKS Bahntransports Tabelle 126 Kenndaten des BKS Schiffs Eingangsanbindung BrK Staub Fabrik Transportierter Brennstoff BrK Staub Hilfsenergiebedarf MJ t km Oko Institut GhK WZ III 143 GEMIS Tabelle 127 Kenndaten des BrK Brikett Lkw Eingangsan
133. Proze w rme von Gaskesseln Uranerz F rderung Der Natururan Erzgehalt f r heutige Abbautechniken liegt zwischen 0 1 und 0 3 Uran bezogen auf die gef rderte Gesteinsmenge Die F rderung von Uranerz erfolgt hnlich wie die von Kohle im Tief und Tagebau Die ORNL Studie geht von einem Mix der F rderarten von jeweils rd 50 aus wobei hieraus ein Strombedarf von 2 8 GWh je Reaktornachladung und ein Treibstoffbedarf von rd 260 MBTU resultiert Bezogen auf den thermischen Input des AKW sind dies rd 0 01 Strom und rd 0 4 Treibstoff der vor allem f r Dieselantriebe gebraucht wird Die Arbeit von lt OSZUSZKY 1976 gt geht demgegen ber mit 250 MWh von einem rd 10 fach niedrigeren Strombedarf je Nachladung aus und nennt keinen Treibstoffbedarf Bezogen auf den thermischen Input des AKW entspricht dies rd 0 001 Strom Da die ORNL Werte f r die Proze stufe Uranf rderung gr enordnungsm ig mit DOE Werten bereinstimmen verwenden wir sie 9 18 Eine Ausnahme hiervon wurde bei der Anreicherung gemacht 19 Diese Werte stimmen gr enordnungsm ig mit Angaben der VDEW berein die f r kanadische Erze inklusive Konversion 0 1 0 4 Strom und Treibstoffbedarf bezogen auf den Energieinhalt des U308 nennen lt VDEW 1989b gt Oko Institut GhK WZ III 149 GEMIS Die folgende Tabelle zeigt die entsprechenden GEMIS Werte Tabelle 137 Kenndaten der Uran F rderung Prim renergiequelle Uran Uran Aufbereitung und Konv
134. R SCHRANNER 1984 Eine Modellbetrachtung der VDEW die eine bertragung dieser regionalen Daten auf die BRD versuchte 3 wurde als unzureichend kritisiert da der Stromaustausch zwischen EVU und die zur Reservehaltung erforderlichen fossil betriebenen Kraftwerke andererseits nicht einbezogen wurden lt FRITSCHE KOHLER 1985 gt 10 Dabei ist eine Betrachtung der durchschnittlichen Situation in der Bundesrepublik ma gebend da die GEMIS Grunddaten keine regionalen Besonderheiten abbilden Dies ist nicht unter energetischen sondern konomischen Randbedingungen des Kraftwerksparks zu entscheiden Ein EVU kann zwar noch freie Erzeugungsm glichkeiten in bestehenden Kraftwerken haben deren variable Kosten aber den anlegbaren Preis f r Heizstrom bersteigen z B lbefeuerte Kraftwerke F r diesen Fall gilt ebenfalls die in der vorstehenden Fu note genannte konomische Rahmenbedingung 13 Diese Modellbetrachtung findet sich in lt JUNG 1985 gt und wrde auch in lt MAIER 1986 gt bernommen Oko Institut GhK WZ III 145 GEMIS Eine nachvollziehbare Absicherung des Modells durch reale Betriebswerte der Lastverteiler in der BRD Superposition der Einzeldaten und Vergleich der temperaturabh ngigen Lastkurven steht bislang aus Zudem sind die Stromzuwachsraten die von der VDEW fiir die Absch tzung der Lastverh ltnisse zu Beginn der 90er Jahre verwendet wurden mittlerweile berholt Damit ist eine Revidierung der VDEW Annahmen daf
135. S 1985 1986 gt Die d nischen Erfahrungen werden aber in neueren Planungen auf gegriffen wenn Strohcobs in Stoker Feuerungen mit nachgeschaltetem Entstauber verbrannt werden sollen lt ARENHA 1987 gt Die hier diskutierten Emissionswerte beziehen sich daher auf Stoker und Vorofensysteme f r Cobs und Pellets sowie Strohheizwerke mit Entstauber Die folgenden Tabellen geben einen berblick zu den gegenw rtig gesetzlich vorgeschriebenen Schadstoffbegrenzungen f r Strohfeuerungen und eine Umrechnung auf brennstoffbezogene Emissionsfaktoren Die Werte dienen zur Orientierung f r die nachfolgende Diskussion der GEMIS Emissionsdatens tze Oko Institut GhK WZ III 48 GEMIS Tabelle 21 Emissionsgrenzwerte f r Strohfeuerungen Brennstoff Strohcobs Quelle Leistung Staub CO C H NO Bezugs O 1 BImSchV 1 BImSchV 1 BImSchV 1 BImSchV TA Luft TA Luft Tabelle 22 Quelle Leistung 1 BImSchV 1 BImSchV 1 BImSchV 1 BImSchV TA Luft TA Luft gt 15 150 gt 50 150 gt 150 150 gt 500 150 gt 1 000 gt 5 000 Emissionsfaktoren f r Strohfeuerungen gt 15 101 gt 50 101 gt 150 101 gt 500 101 gt 1 000 gt 5 000 Staub CO Schwefeldioxid Die SO2 Emissionen der strohgefeuerten Systeme werden durch die Brennstoffbasis bestimmt Der Schwefelgehalt liegt im Bereich um 0 1 Gew Die SO2 Emissionen betragen ausgehend von einem Schwefelgehalt von 0 1 Gew und einem Heizwert von 14 4 MJ kg bei einer Ascheeinb
136. Steigerung der Vielfalt an Biotop Typen z B durch Vergr erung von Wasserfl chen verbessert werden lt SCHMEISKY 1988 gt Dagegen ist unumstritten da z B vergr erte Salzlasten und die Belastung durch Schwermetalle zu einer Ver nderung der Gew sserpopulationen f hren k nnen Ob dies allerdings zu einer Gef hrdung von Populationen f hrt die ber eine rein lokale Bedeutung hinausreicht scheint zumindest fraglich zu sein wobei auch hier noch einmal darauf hingewiesen werden mu da die Einhaltung von Vorgaben des Naturschutzes bei Bau und Betrieb von Energiesystemen vorausgesetzt wird Stein und Braunkohle Bei der F rderung von Stein und Braunkohle sind mikro kologische Auswirkungen einerseits direkt durch die tempor re Entfernung der oberen Bodenschicht zu erwarten wenn die Lagerst tten in entsprechenden Lebensr umen liegen lt WALI 1979 gt lt PLAZA 1983 gt Andererseits ergeben sich auch indirekte Wirkungen durch die zur F rderung in Tief und Tagebau notwendige Absenkung des Grundwasserspiegels die je nach hydrogeologischer Situation drastische Ausma e annehmen kann lt EULER 1984 gt sowie durch die Lagerung von Taubgestein auf Halden die neben der Fl cheninanspruchnahme auch sulfat und schwermetallhaltige Sickerw sser Umwelt belastung bewirken k nnen lt CHADWICK HIGHTON LINDMAN 1987 gt Auch Spreng und Maschinenl rm kann empfindliche Tierarten st ren lt PLAZA 1983 gt Beim Transport von
137. Systemtechnik BMFT Studie 0328830A Zwischenbericht v 20 Mai 1988 0 0 CHAPMAN 1974 The ins and outs of nuclear power in New Scientist vol 64 1974 no 928 CHAPMAN 1975 Energy Policy vol 3 1975 p 285 zit n lt HOHENWARTER HEINDLER 1988 gt DAVIDS LANGE 1986 Die TA Luft technischer Kommentar Berlin DFVLR 1988 Unterlagen der Deutschen Forschungs und Versuchsanstalt fiir Luft und Raumfahrt Dr Nitsch beziiglich Materialdaten Stuttgart DIW ISI 1984 Absch tzung des Potentials erneuerbarer Energiequellen in der BRD Berlin Karlsruhe DOE 1980 Technology Characterizations Environmental Information Handbook US Department of Energy DOE EV 0072 Washington D C DOE 1983 Energy Technology Characterizations Handbook Environmental Pollution and Control Factors 3rd edition Aerospace Corp DOE EP 0093 DOE 1985 Energy analysis of 108 industrial processes Drexel University Project Team prepared for US DOE Contract E 11 1 2862 Washington D C DOE 1988 Energy Technologies amp the Environment Environmental Information Handbook Assistant Secretary for Environment Safety and Health Office of Environmental Analysis DOE EH 077 Washington D C EPA 1979 Energy from the West Energy Resource Development Systems Report EPA 600 7 79 060e Washington D C EPA 1982 Photovoltaic energy systems environmental concerns and control needs Brookhaven National Lab EPA 600 7 82 066 Upton EPA 1983 Compilation o
138. T Verfahren sowie Unterlagen der Firma FUEL TECH Eschborn OECD 1988 Environmental Impacts of Renewable Energy Sources Paris OKO INSTITUT 1987 Stellungnahme zur Rauchgasentschwefelung der RWE Braunkohlenkraft werke 1 A der B rgeraktion Stommeln Freiburg Darmstadt KO INSTITUT 1988 Stellungnahme zu ausgew hlten Fragen des Genehmigungsverfahrens zur geplanten MVA Frankfurt Osthafen i A des Umweltamts Offenbach Darmstadt KO INSTITUT 1989 Stellungnahme zu ausgew hlten Fragen des Genehmigungsverfahrens zur Staudinger Block V 1 A der Stadt Hanau Darmstadt OMNI 1986a Particulate carbon monoxide and acid emission factors for residential wood stoves P Burnet et al in JAPCA vol 36 1986 p 1012 1018 OMNI 1986b Effects of design factors on emissions from non catalytic residential wood combustion appliances OMNI Environmental Services Beaverton OR OMNI 1987 An in situ performance evaluation of two woodstove catalytic retrofit devices OMNI Environmental Services Beaverton OR PAULI 1988 Offertenauswertung und Kommentar zu Standard Blockheizkraftwerk Dr Eichler amp Pauli AG Liestal CH PFEIFFER 1986 NOx seine Entstehung und M glichkeiten der Reduzierung bei erdgasgefeuerten Anlagen in ASUE 1986b POWER 1986 Steam injection enables gas turbine to meet strict NOx limits in POWER October 1985 p 17 18 PREAG 1989 Erfahrungen mit NOx mindernden Ma nahmen an Feuerungen gro er Dampferzeuger P Zehner Pr
139. TANDARD gehen die Emissionsbegrenzungen der Gro feuerungsanlagen Verordnung GFAVO der Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft TA Luft sowie der Kleinfeuerungsanlagen Verordnung 1 BImSchV ein Oko Institut GhK WZ III 19 GEMIS Weiterhin wurden aktuelle Genehmigungsbescheide f r moderne Anlagen herangezogen das Be triebsverhalten von Emissionsminderungstechniken ber cksichtigt sowie Erkenntnisse aus Betriebsmessungen verwendet Der EDS STANDARD gibt somit ein Bild ber die Emissionsdaten von Neuanlagen die bestimmungsgem betrieben werden In die Definition des BEST Datensatzes gingen demgegen ber auch Betriebserfahrungen mit optimierten und weitergehenden Emissionsminderungstechniken aus dem In und Ausland ein Dieser Datensatz beschreibt das Emissionsverhalten von Anlagen die ohne erheblichen finanziellen Aufwand gemessen an den Gesamtinvestitionen die derzeitig beste verf gbare Emissionsminderungstechnik realisieren F r die Ableitung dieser Emissionsfaktoren wurden Brennstoffe unterstellt deren Eigenschaften im Anhang 5 aufgef hrt sind Ausgehend von diesen Brennstoffen wurde mit Hilfe des GEMIS Programms eine Verbrennungsrechnung durchgef hrt vgl dazu Kapitel 2 5 die brennstoffspezifische Umrechnungsfaktoren f r Abgaskonzentrationen und energiebezogene Emissionsfaktoren liefert Bei der Diskussion von Emissionsfaktoren im Zusammenhang mit Emissionsgrenz und Me werten ist zu beachten da di
140. USA Stand der Technik gr ere Gasturbinen mit Wasser Dampfeindiisung plus nachfolgender DeNO auszur sten womit sich NO Werte um 25 mg m entsprechend 20 kg TJ einhalten lassen lt BACT 1988 gt Zudem zeigen Ergebnisse von Gasturbinen im Vormisch Betrieb aus den USA lt SMITH ANGEL LO KURZYNSKE 1988 gt und der BRD lt PREAG 1989 gt da NO Werte um 25 mg m allein mit Prim rma nahmen erzielt werden k nnen Staub Gasturbinen arbeiten weitgehend staub und ru frei soda u E von 5 mg m als typischem Staubwert ausgegangen werden kann dies sind rd 4 kg TJ Im BEST Fall kann die Emission um 50 reduziert werden womit sich 2 kg TJ ergeben W rmepumpen Anlagen Wie schon bei den lnutzenden Systemen ausgef hrt k nnen die Emissionen der W rmepumpen WP jeweils ber den die Exergie liefernden Proze bestimmt werden F r Absorptions WP AWP gelten daher die Werte der Heizungen w hrend f r Motor W rmepumpen MWP die f r BHKW abgeleiteten Emissionsfaktoren je nach Motortyp und Anlagengr e anzusetzen sind Zusammenfassung der Emissionsdaten gasbefeuerter HKW Die folgende Tabelle gibt einen berblick zu den Emissionsfaktoren die f r Erdgas HKW als GEMIS Datens tze abgeleitet wurden Tabelle 30 GEMIS Emissionsfaktoren f r Gas HKW Oko Institut GhK WZ III 72 GEMIS Gasmotor Gasmotor in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert Anmerkungen 1 0 0 0 0 sw sw sw sw un 3 3 3
141. USING 1986 gt Dies entspricht einem SO Emissionsfaktor von 38 kg TJ beim Einsatz von getrockneter Braunkohle der f r den EDS BEST anzusetzen ist Die NO Werte von zirkulierenden WSF liegen im Bereich von 50 200 mg m lt KREUSING 1986 gt wobei f r gro e Anlagen ber 300 MWth auch das SNCR Verfahren lt BACT 1988 gt zur Anwendung kommen kann Damit sind bei 50 Minderung durch die SNCR NO Werte unter 100 mg m erzielbar d h 38 kg TJ als Emissionsfaktor im EDS BEST anzusehen Zusammenfassung der Emissionsdaten kohlengefeuerter HKW Die nachfolgenden Tabellen geben nochmals einen berblick zu den Emissionsfaktoren die bei Stein und Braunkohle HKW f r GEMIS abgeleitet wurden Tabelle 25 GEMIS Emissionsfaktoren f r Steinkohle HKW MW EDS STANDARD EDS BEST po js a Je Je je LH 27 Dies k nnen insbesondere SNCR Techniken sein die erfolgreich ab RWE Braunkohlenkraftwerken erprobt wurden vel lt NOXOUT 1989 gt Oko Institut GhK WZ III 63 GEMIS pam pe pe fesse po soo ns pa is sm so fre res ee AE e a Zu meee eS ee A EC E EMO ae ee u in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert Anmerkungen 1 Werte f r 7 Vol O 2 Werte f r 6 Vol O 3 Werte f r 6 Vol O trockenentaschte Feuerungen 4 Werte f r 5 Vol O Schmelzkammer Feuerungen Tabelle 26 GEMIS Emissionsfaktoren f r Braunkohle HKW are ne ea O CC LEAN ESO A A ee GE paro tE TE A AT A AD O AO A E CP fone fsa
142. Umwelt in Atom Strom vol 22 1976 Heft 2 S 34 43 PAUSS NAVEAU NYNS 1987 Biogas Production in HALL OVEREND 1987 S 273 291 PECKHAM KLITZ 1978 Energy requirements for north sea oil by secondary and teriary production methods CEC Report EUR 6062 EN Ispra Varese PERETTI 1982 The combined use of continuously and discontinuously operating opencast mine equipment in Braunkohle vol 34 1982 Heft 4 S 93 99 PROGNOS 1984 Die Entwicklung des Energieverbrauchs in der BRD und seine Deckung bis zum Jahr 2000 1 A des Bundesministers f r Wirtschaft Basel PROGNOS 1987a Umweltwirkungen des Eisenbahnverkehrs unter besonderer Beriicksichtigung des Hochgeschwindigkeitsverkehrs 1 A des Verkehrsforums Bahn e V Basel PROGNOS 1987b Rationelle Energieverwendung und erzeugung ohne Kernenergienutzung 1 A des Ministeriums fiir Wirtschaft NRW Basel RADIAN 1976 Atmospheric pollution potential from fossil resource extraction on site processing and transportation EPA 600 2 76 064 RISCHM LLER 1986 Kurzer berblick ber den Stand bew hrter und die Entwicklung neuer Verfahren in der Erd lf rdertechnik in Erd l Erdgas Kohle vol 102 1986 Heft 1 S 19 22 SCHAEFER 1985 Nutzungsgradketten bei der Raumw rme in El Wirtschaft vol 1984 S 539 ff SCHAEFER HARTMANN JENSCH 1986 Dezentrale Energieversorgung in Energiewirtschaftliche Tagesfragen Heft 8 1986 SCHMIDT 1982 Steinkohletagebau Peak Downs Australien in Braunkohle
143. Umweltbundesamt geht von einem Emissionsfaktor von 0 1 kg TJ im Bereich Haushalt aus lt UBA 1989 gt der u E auch in den GEMIS Datens tzen f r Gasfeuerungen zu verwenden ist CO und Kohlenwasserstoffe C HA PAH Die CO Emissionen von Gasfeuerungen schwanken je nach Brennertyp und Lastbereich zwischen 10 und 100 kg TJ Da CO als Ma stab f r die Verbrennungsqualit t gilt belegen die relativ niedrigen Werte bei Gas die ausgesprochen gute Verbrennung Entsprechend niedrig liegen auch die gemessenen Werte von Kohlenwasserstoffen und PAH die von allen im GEMIS Projekt betrach teten Brennstoffen bei Gas am geringsten sind Oko Institut GhK WZ III 27 GEMIS Schwermetalle Der Gehalt an Schwermetallen in Erdgas ist nach der Aufbereitung praktisch gleich Null Von Interesse ist allein Quecksilber Hg dessen Inventar nach umstrittenen Angaben in Erdgas bei 0 002 mg m Gas liegt lt UBA 1980 gt Bei der Verbrennung des Gases resultieren hieraus 2 mg TJ wenn das Hg vollst ndig freigesetzt wird Diese Menge ist gegen ber den Werten anderer fossiler Energietr ger sehr gering Qualitativ ist Erdgas damit der schwermetall rmste fossile Brennstoff Zusammenfassung zu Emissionen von Gasfeuerungen Die nachfolgende Tabelle gibt einen berblick zu den Emissionsfaktoren die f r Erdgas Feuerungen abgeleitet wurden Tabelle 9 GEMIS Emissionswerte f r Erdgas Feuerungen EDS STANDARD E EDS BEST Beware fiw fso o Sus 50 NO sus ME am
144. Uran neben der Problematik der Niedrigstrahlung in der Freisetzung und damit biologischen Verf gbarkeit von radioaktivem Material durch Unf lle bei denen vorhandene Barrieren versagen lt SRU 1981 gt Dieses Risiko ist f r die gesamte Proze kette gegeben reicht also vom Schlammdeponien bei Minen und Konversionsanlagen lt PLAZA 1983 gt ber Anreicherung Brennelementfertigung und Reaktorbetrieb lt KO INSTITUT 1983 gt bis zur gef erfolgenden Wiederaufarbeitung und Zwischen bzw End lagerung lt KO INSTITUT 1989a gt Oko Institut GhK WZ III 222 GEMIS F r die Unfallrisiken des Reaktorbetriebs zeigt eine Untersuchung lt GRS 1989 gt da die H ufigkeit eines Kernschmelzunfalls zwar in der Gr enordnung von 3 10 5 je Reaktorbetriebsjahr liegen k nnte wenn ber technische Sicherungen hinaus Eingriffe in das Unfallgeschehen gel ngen Dieselbe Studie belegt aber da unbeherrschte Kernschmelzunf lle entgegen bisheriger offizieller Annahmen zu einer schnellen und massiven Radioaktivit tsfreisetzung f hren und best tigen damit entsprechende Bef rchtungen lt KO INSTITUT 1989b gt Diese Problematik f hrt u E dazu da unbeachtlich der Wahrscheinlichkeit die Auswirkungen eines Kernschmelz Unfalls Super GAU im Vergleich zu Unfallabl ufen bei anderen Energieformen so extrem sind lt SRU 1981 gt da ein Verrechnen dieser Folgen durch Multiplikation mit umstrittenen geringen H ufigkeiten zwar zu niedrigen Risik
145. W rme Kopplung Stromgutschrift ber Steinkohle Kraftwerk 2 gr ere Feuerungen ber 1 MWth in Heizwerken 3 Kombination Steinkohle HKW mit Ol Spitzenkessel inkl W rmenetzverluste 4 Kombination Erdgas BHKW mit Gas Spitzenkessel inkl W rmenetzverluste 3 2 3 Relevanz materialbedingter Emissionen Die Materialaufwendungen zur Herstellung der Heizsysteme und vorgelagerter Prozesse sind in der vorstehenden Tabelle enthalten Wie die Werte zeigen sind sie nur bei den solaren Heizsystemen relevant sie liegen etwa eine Gr enordnung unter den Gesamtemissionen der Konventionellen Systeme Oko Institut GhK WZ III 197 GEMIS In berschl gigen Rechnungen k nnen sie daher vernachl ssigt werden hnliches gilt auch f r die materialbezogenen Emissionen von regenerativen Stromerzeugungssystemen vgl Kapitel 3 5 Diese GEMIS Ergebnisse stehen in guter bereinstimmung mit neuesten amerikanischen Untersuchungen die eine vergleichbare Fragestellung hatten 3 3 Beispielrechnungen f r KWK Systeme Die vergleichende Diskussion der Umweltaspekte von Kraft W rme Kopplungs Systemen nimmt im Rahmen von rtlichen und objektbezogenen Energiekonzepten bislang nur wenig Raum ein Dies steht in deutlichem Widerspruch zur Problematik der vor Ort Belastung durch solche KWK Anlagen insbesondere hinsichtlich NOx der vor allem in verdichteten und vorbelasteten Ballungsr umen eine wesentliche Rolle zukommt Da im Zuge der Arbeiten zum GEMIS Pro
146. Wassergehalt 20 0 Asche Gehalt 0 31 Gew Kohlenstoff Gehalt 41 11 Luftbedarf 3 96 m3 kg Wasserstoff Gehalt 5 30 Abgasstrom 3 90 m3 kg Schwefel Gehalt 0 044 spez Abgasstrom 0 26 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 33 15 CO2 Gehalti tr A 19 58 Vol Stickstoff Gehalt 0 088 Emissionsfaktor CO2 0 kg TJ Unterer Heizwert 15 2 MJ kg biogener Brennstoff Oko Institut GhK WZ III 298 GEMIS Brennstoffdaten fiir Holzgas CH4 Gehalt 89 0 Unterer Heizwert 32 88 MJ m3 C2H6 Gehalt 0 50 Luftbedarf 8 76 m3 m3 C4H8n Gehalt 0 50 Abgasstrom 7 94 m3 m3 CO2 Gehalt 2 50 spez Abgasstrom 0 24 m3 MJ N2 Gehalt 7 50 CO2 Gehaltitr A 11 90 Vol biogener Brennstoff Brennstoffdaten fiir Steinkohle Wassergehalt 8 50 Asche Gehalt 5 19 Gew Kohlenstoff Gehalt 74 5 Luftbedarf 7 61 m3 kg Wasserstoff Gehalt 4 20 Abgasstrom 7 42 m3 kg Schwefel Gehalt 1 00 spez Abgasstrom 0 25 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 5 00 CO2 Gehalti tr A 18 62 Vol Stickstoff Gehalt 1 40 Emissionsfaktor CO2 93173 kg TJ Chlor Gehalt 0 20 Fluor Gehalt 1 0E 02 Unterer Heizwert 29 3 MJ kg Brennstoffdaten fiir Steinkohle Brikett Wassergehalt 4 00 Asche Gehalt 2 93 Gew Kohlenstoff Gehalt 85 0 Luftbedarf 8 72 m3 kg Wasserstoff Gehalt 4 50 Abgasstrom 8 48 m3 kg Schwefel Gehalt 1 00 spez Abgasstrom 0 25 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 2 00 CO2 Gehalt i tr A 18 57 Vol Stickstoff Gehalt 0 50 Emissionsfaktor CO2 91610 kg TJ
147. age Eingangsanbindung G lle Lkw Oko Institut GhK WZ III 161 GEMIS Hilfsenergiebedarf 2 20 0 Tabelle 163 Kenndaten des Biogas BHKW Biogas Zentralanlage Koppelprodukt Kohlestrom Netz Tabelle 164 Emissionsdaten des Biogas BHKW te ar l ra Pe Zusammenfassung zur Biogas Proze kette Aus den genannten Daten wurden zusammengefa te Proze ketten f r die Einzel und Zentralanlage generiert die alle Verfahrensschritte bis zur Bereitstellung von Biogas frei Verbraucher enthalten Die folgende Tabellen zeigen diese Werte Tabelle 165 Kenndaten der Proze kette Biogas Einzel So CA IN O AUN Tabelle 166 Kenndaten der Proze kette Biogas Zentral Emissionsfaktoren kg TJ Endenergiel EEE O A Oko Institut GhK WZ III 162 GEMIS CO 43 000 Die negativen Bilanzwerte bei SO Staub und CO zeigen da durch die Stromerzeugung der Hilfssysteme TOTEM BHKW mehr Emissionen substituiert werden als der Verg rungsprozef plus Lkw Transport bei der Zentralanlage abgibt Schon bei der Biogasbereitstellung kann daher eine Umweltentlastung bei diesen Schadstoffen erzielt werden Beachtlich ist aber wie beim Holzgas auch hier der durchaus hohe NOx Aussto der trotz Dreiwege Katalysator des Hilfssystems TOTEM bzw des Magermotor BHKW auftritt Dies liegt vor alle am niedrigen organischen Trockensubstanz Gehalt der G lle woraus spezifisch hohe Transportemissionen auftreten 2 3 3 Literat
148. ahnstrom im GEMIS Programm wird damit von den folgenden Kraftwerken bereitgestellt Tabelle 58 Kenndaten des Bahn Kraftwerkspark Erzeugungstyp Anteil Die energetischen und emissionsseitigen Kenndaten der Kraftwerke entsprechen denen des ffentlichen Kraftwerksparks vgl unten Die Verteilung des Bahnstroms erfolgt dagegen ber ein eigenes Netz das mit 8 etwas h here Verteilverluste inkl Umspannung aufweist als das ffentliche Netz bis zur lokalen Stufe lt VIA 1986 gt Die Werte des Bahnstromnetzes zeigt die folgende Tabelle Tabelle 59 Kenndaten des Bahnstrom Netzes Eingangsanbindung Bahn Kraftwerkspark Mit dem GEMIS Programm wurde eine zusammengefa te Proze kette generiert die alle Proze schritte frei Eisenbahn ber cksichtigt Die folgende Tabelle zeigt die Kenndaten dieser Proze kette Tabelle 60 Kenndaten der Proze kette Bahnstrom Emissionsfaktor kg T J Endenergiel Oko Institut GhK WZ III 109 GEMIS Offentliche Kraftwerke und Stromnetz Weitere wichtige Basissysteme im GEMIS Programm sind Kraftwerke sowie das zugeh rige Verteilungsnetze Die ffentliche Stromerzeugung der Bundesrepublik zu Beginn der 90er Jahre wird in Anlehnung an die Trend Variante der j ngsten PROGNOS Studie lt PROGNOS 1987b gt modellm ig erfa t da diese Untersuchung weitgehend auf der fr heren Studie f r den Bundeswirtschaftsminister beruht lt PROGNOS 1984 gt aber datenseitig aktualisiert wurde Damit ergibt
149. allinventare im Hausm ll Schwermetall Mittelwert Schwankungsbreite 399 178 639 gt in g t M ll nach lt UBA 1983 gt Die Freisetzung dieser Inventare ist stark anlagen und betriebsabh ngig Typische Werte f r moderne Anlagen lt BARNISKE 1985 gt die TA Luft Grenzwerte sowie die des Abf VO Entwurfs lt BMU 1988 gt zeigt folgende bersicht Tabelle 34 Schwermetallemissionen von MVA eo f a in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert Die hier genannten brennstoffbezogenen Werte sind mit denen anderer Heizkraft Systeme zu verglei chen wobei die kohlebetriebenen Anlagen in Relation zu den anderen fossilen Brennstoffen am ehe sten schwermetallrelevant sind Die folgende Tabelle zeigt eine Gegeniiberstellung der Emissionsfak toren von modernen MVA und Steinkohle Heizkraftwerken nach lt BARNISKE 1985 gt Tabelle 35 Schwermetall Emissionen von MVA und Kohle HKW Schwermetall Steinkohle HKW MVA HKW in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert Diese bersicht belegt da unter Beachtung der Schwankungsbreiten allein von den brennstoffbezogenen Emissionsfaktoren her der W rme aus MVA etwa um den Faktor 10 100 mehr Schwermetalle zuzurechnen sind Oko Institut GhK WZ III 81 GEMIS Durch aufwendigere Gasreinigung insbesondere bessere Aerosol und Feinststaub Minderung sowie vorgelagerte Ma nahmen zur Reduzierung des Schwermetall Inputs Aussortierung von Kunststoffen und Metallen k nnte in Zukunf
150. anischen Daten beziehen sich meist auf Emissionsfaktoren der amerikanischen Umweltbeh rde lt EPA 1979 gt die sich aus einer Mischung von Me werten Grenzwerten und Sch tzungen ergeben Die amerikanischen Untersuchungen k nnen u E f r eine Diskussion deutscher Verh ltnisse und Daten nicht herangezogen werden In der Bundesrepublik sind uns zwei Studien bekannt die Schadstoffemissionen bei der Materialherstellung untersuchen Eine Arbeit der KFA J lich versuchte materialbezogene Emissionsfaktoren zu ermitteln lt KFA 1983 gt Sowohl in der Studie selbst wie auch in einem Artikel lt HUBER 1982 gt werden jedoch keine Hinweise darauf gegeben wie die Werte aus den angegebenen Quellen abgeleitet wurden Die Quellen nennen mit Ausnahme von Staub keine herstellungsbedingten Emissionsdaten sondern nur Emissionsfaktoren f r Kraftwerke und Feuerungen die mittlerweile veraltet sind2 Neben der KFA Studie wurde im Auftrag des Umweltbundesamtes versucht ein sogenanntes Emissionsursachenkataster EMUKAT f r Schwefeldioxid und Stickoxide zu erstellen in dem auch die industrielle Produktion branchenbezogen erfa t wird lt L BLICH 1985 gt Diese Untersuchung stellte wesentlich auf Angaben der Industrie ab die aus Emissionserkl rungen bzw soweit nicht von Betreiberseite verf gbar aus der Literatur bestimmt wurden Die Arbeit unterscheidet explizit zwischen den aufgrund des Energieeinsatzes freiwerdenden und den produktbezogenen Schadst
151. annter Sonderaspekt klassifiziert und im qualitativen Teil von GEMIS ber cksichtigt Fossile Prim renergien Stein und Braunkohle erhalten den Hinweis auf die Halogenfreisetzung da diese Schadstoffe bei den anderen Prim renergietr gern praktisch nicht auftreten Beim Erd l ist die Gef hrdung der Umwelt durch Freisetzungen von Kohlenwasserstoffen vor allem in die Weltmeere als besonderer Umweltaspekt zu nennen Dies wird einerseits durch die chronische Freisetzung ber oil spills bei der F rderung und bei der Erschlie ung der lfelder vermittelt lt BOESCH RABALAIS 1987 gt Als schwerwiegender und daher u E herauszustellen ist aber der regelm ige Transport von Erd l bzw Folgeprodukten ber Wasserwege einzusch tzen der wie mit den Unf llen der letzten Monaten vor Augen gef hrt wurde ein besonderes Gefahrenmoment f r die maritime Umwelt birgt soda als Sonderaspekt Tankerunf lle anzusehen sind Bei den gesamten vorgelagerten Prozessen der Gaskette F rderung Transport und Lagerung f hren die leichte Entz ndbarkeit von Erdgas und das Druckgef lle gegen ber der Umgebung zu einer vergleichsweise hohen Explosionsgefahr die bei anderen Prim renergien nicht gegeben ist Die Explosionsgefahr wird daher von uns als Sonderaspekt des Erdgases aufgef hrt Prim renergie Uran ber die in Kapitel 4 2 3 diskutierten klassischen Unfallrisiken f r Besch ftigte liegt das eigentliche Risiko bei der Prim renergie
152. antitative verbale usw Modelle zu sichten und auf Anwendungsm glichkeiten hin zu berpr fen Hinzu k me eine Analyse der Verwendbarkeit von regionalisierten Screening Verfahren f r kologische Wirkungen Der methodenorientierte Teil mu nach geeigneten formalen Ans tzen und Hilfsmitteln suchen insbesondere unter Ausnutzung der M glichkeiten wissensbasierter Hochsprachen und deren konkrete Anwendbarkeit untersuchen Dabei ist eine intensive R ckkopplung mit m glichen Nutzern des Werkzeugs erforderlich Wenngleich dieser Aufwand angesichts der Ergebnisunsicherheit hoch erscheint ist ein solches Vorhaben dennoch gerechtfertigt da eine grundlegende Analyse hierzu bislang fehlt Somit ware auch ohne direktes Ergebnis d h ohne Werkzeug ein n tzlicher Beitrag zur Diskussion im Problemfeld Energie Umwelt m glich Oko Institut GhK WZ III 262 GEMIS Anhang zum Endbericht A 1 Umweltbewertung der Seattle City Light Die Methodik zur Beriicksichtigung von Umweltaspekten in der Energieplanung der Stadtwerke von Seattle stellt u E eine interessante M glichkeit auch f r hiesige Verh ltnisse dar Im folgenden soll diese Konzeption kurz dargestellt werden Die Analysen im Strategic Corporate Plan der Seattle City Light lt SCL 1987 gt f r die zuk nftige Stromversorgung der Stadt Seattle beruhen darauf verschiedene technisch wirtschaftlich m gliche Versorgungsoptionen zu benennen die das sogenannte resource portfolio bilden al
153. ar und Windkraftwerke interessant die f r eine Kapazit t von 200 MWel ausgelegt wurden und als Stromlieferanten f r Elektrolyse Anlagen einer Wasserstoffwirtschaft dienen sollen Die DFVLR wertete hierzu internationale Literaturquellen aus und versuchte moderne Anlagenkonzepte und Ferti gungsverfahren zu ber cksichtigen Oko Institut GhK WZ III 177 GEMIS Bei der Anlagen Auslegung ist anzumerken da die Systeme f r besonders g nstige Standorte konzipiert wurden womit insbesondere hohe Auslastungen erzielbar sind Insoweit stellen die o g Werte optimistische Randbedingungen dar Die Daten m ssen f r bundesrepublikanische Verh ltnisse im Einzelfall angepa t werden Die aktuellste systematische Untersuchung zu Materialvorleistungen ist eine Studie der TU M nchen lt JENSCH 1988 gt Diese Arbeit gibt mit Ausnahme eines Steinkohle Kraftwerks allerdings nicht die Einzel Zusammensetzung von Energiewandlern wieder sondern aggregiert in die Kategorien Metall und Nichtmetall Da diese Differenzierung f r das GEMIS Projekt zu grob ist kann die Arbeit nicht direkt verwendet werden aber als Basis f r die Gr enordnungen eigener Daten dienen F r die Gewinnung und den Transport von Prim renergietr gern gibt die Untersuchung ebenfalls Anhaltswerte Die Analyse von Studien zum Problemkreis Materialvorleistungen ergab da keine der Arbeiten f r eine konsistente Abbildung aller Energieanlagen im GEMIS Programm ausreicht Um dennoch
154. arburger Stadtentwicklung Nr 25 Marburg OECD 1983 Environmental effects of energy systems the OECD COMPASS Project Paris OECD 1985 Environmental effects of electricity generation Paris OECD 1986 Environmentally favourable energy options and their implementation Environment monographs no 2 Paris OECD 1988 Environmental Impacts of Renewable Energy Sources Paris KO INSTITUT 1984 Energie und Umwelt Werkstattreihe Nr 11 Freiburg KO INSTITUT 1985 Energiesysteme im Umweltvergleich in Die Energiewende ist m glich P Hennicke et al Frankfurt KO INSTITUT 1988 Energiekonzept Darmstadt Dieburg Teilkonzept Biogas Freiburg Darmstadt PETERS 1984 Umweltwirkungen von W rmeversorgungssystemen in KO INSTITUT 1984 PROGNOS FICHTNER 1984 Parameterstudie rtliche und Regionale Versorgungskonzepte f r Niedertemperaturw rme Frankfurt RADIAN 1976 Atmospheric pollution potential from fossil resource extraction on site processing and transportation RADIAN Corp EPA 600 2 76 064 SPREER 1984 Energieversorgungskonzepte als Instrumente kommunalen Umweltschutzes in VDI 1984 S 257 283 UBA 1986 Schiedsspruch vertagt W D Glatzel P Beck J Schm lling in ENERGIE vol 38 1986 no 3 S 36 ff UNEP 1979 The environmental impacts of production and use of energy Vol I II United Nations Environmental Program UNEP Nairobi UNEP 1985 The environmental impacts of production and use of energy Vol IV V Unit
155. arf Erwiderungen zur Kritik an Freispruch fiir Strom in ENERGIE vol 38 1986 Nr 1 2 S 72 80 KANTELBERG 1988 pers Mitt von Herrn Kantelberg Verein Deutscher Kohlenimporteure Hamburg vom 18 7 1988 KFA 1977 Die Entwicklungsm glichkeiten der Energiewirtschaft in der BRD Berichte der KFA J lich ASA Nr 1 Bd II J lich KLITZ 1980 North Sea Oil Resource Requirements for Development of the U K Sector HASA Report Oxfort KTBL 1983 Hackschnitzel aus Schwachholz KTBL Schrift 290 Darmstadt KTBL 1985 Energieverbundsysteme und Energiegemeinschaftsvorhaben in der Landwirtschaft KTBL Arbeitspapier 91 Darmstadt KUCHELKA 1986 Urananreicherung in Braunkohle vol 38 1986 1 2 S 10 17 KUNTZ 1979 Unterwassermotor Pumpen zum Einsatz in der Offshore und Onshoretechnik in Erd l amp Kohle Erdgas Petrochemie vol 32 1979 7 S 316 322 KURTZ SPANGENBERG 1987 Die Trocknung von Weichbraunkohle in dampfbeheizten R hrentrocknern in Braunkohle vol 39 1987 Heft 1 2 S 2 13 LLOYD 1985 Emissionskataster der Freien und Hansestadt Hamburg Emissionen durch den Schiffsverkehr 1982 Germanischer Lloyd Hamburg MAIER 1986 Umweltvergleich von elektrischen mit anderen Heizsystemen Teil II Bewertung ausgew hlter Systeme zur Hausheizung unter dem Aspekt der Schadstoffabgabe FICHTNER Studie im Auftrag der FTA Stuttgart MWV 1988a Mineral lzahlen 1987 Mineral lwirtschaftverband Hamburg MWV 1988b pers nl Mitt des
156. as Hzg 240 470 4 680 zu Elektro Hzg max Elektor Hzg mix Steinkohlebrikett Hzg Braunkohlebrikett Hzg Kohle HKW gro l Erdgas Gasturbinel Erdgas Gasmotorl Holz Hackschnitzel2 Strohcobs2 0 50 0 m m Em am 30 10 50 4 4 7 4 4 EWP bivalent 7 EWP monovalent 4 Fernw rme3 3 3 110 Nahw rme4 1 1 470 bezogen auf 100 MWh Nutzw rme Werte gerundet Anmerkungen 4 320 1 Anlage mit Kraft W rme Kopplung Stromgutschrift ber Steinkohle Kraftwerk 2 gr ere Feuerungen ber 1 MWth in Heizwerken 3 Kombination Steinkohle HKW mit Ol Spitzenkessel inkl W rmenetzverluste 4 Kombination Erdgas BHKW mit Gas Spitzenkessel inkl W rmenetzverluste Oko Institut GhK WZ III 256 GEMIS Tabelle 185 Monetarisierte Emissionen von Stromsystemen System Emissionsvermeidungskosten in DM Braunkohle Kraftwerk Steinkohle Kraftwerk 930 70 Kohle Entnahme Kond 1 Erdgas Gasturbine 1 Erdgas Gasmotorl fiir 100 MWh Strombereitstellung frei Netz Werte gerundet Anmerkungen 1 W rmegutschrift ber Ol Heizung 2 Gro es System auf nutzbarer Fl che keine D cher o Die sich aus diesen Kenngr en ergebende Rangfolge der Energiesysteme stimmt weitgehend mit der expliziten Bewertung der quantifizierbaren und den Intensit ten der qualitativen Umweltaspekte berein soda von dieser interpretativen Kenngr e zumindest beim vorgestellten Bewertungsraster keine falschen Signale
157. asen d h mit l oder Wasseranteilen dagegen auch eine Trocknung US Quellen geben als Richtzahlen f r den Proze energiebedarf der einzelnen Stufen die folgenden Werte an RADIAN 1976 DOE 1983 EPA 1979 Proze Energiebedarf M Jerennstott M output H S Entfernung 0 002 Dehydration 0 001 C Hm Absorption 0 007 Diese Werte schwanken je nach Gaszusammensetzung um rund den Faktor 2 F r die GEMIS Datten wird ein Modell Mix von 50 trockenem und 50 nassem Gas sowie eine ebenfalls h lftige Aufteilung f r zu entschwefelndes und nicht zu entschwefelndes Gas gew hlt Damit ergibt sich als Brennstoffbedarf der Proze w rmebereitstellung 0 5 des Gas Outputs F r die CnHm Absorption wird eine moderne Technik angenommen die einen Strombedarf von rd 0 5 bezogen auf den Gas Output erfordert lt GRIMM RATHMANN 1983 gt Die Proze w rme soll modellm ig von einer gro en Gasturbine mit Kraft W rme Kopplung geliefert werden f r den Strombedarf nehmen wir Fremdbezug an Damit ergibt sich ein Hilfsenergiebedarf von 0 425 des Heizwerts des Gas Outputs Oko Institut GhK WZ III 128 GEMIS Neben dem Proze energiebedarf treten auch Verluste auf Durch die Gasreinigung wird zwischen 2 und 20 des Gasinputs abgetrennt lt CERBE 1988 gt wobei die entfernten Stoffe schwere CnHm Lagerst ttenwasser H2S z T als Nebenprodukte genutzt werden k nnen lt GRIMM RATHMANN 1983 gt Als typischem Wert der Umwandlung Rohgas
158. astik Werkstoffe zu geben Dieses konservative Vorgehen wurde gew hlt da keine verl sslichen Daten ber die Aufteilung der Kunststoffe beim Materialaufwand von Energiewandlern vorliegen 2 4 1 Emissionsfaktoren der Materialherstellung F r die in GEMIS interessierende Frage der Umweltauswirkungen von Energiesystemen ist die Nettoenergiebilanz nur ein indirekter Indikator da e einerseits die zur Herstellung von Materialien erforderliche Energiebereitstellung auf unterschiedlichem Wege erfolgen kann z B Kohle oder Wasserkraftwerke f r Strom Gas oder Schwer lfeuerung f r W rme andererseits bei der Materialherstellung auch Emissionen unabh ngig von der Energie auftreten k nnen Somit ist zu fragen mit welchen Emissionen die Materialherstellung verbunden ist Oko Institut GhK WZ III 173 GEMIS Die bei der Nettoenergieanalyse bestehende M glichkeit grobe Daten zum Energieaufwand ber eine Input Output Matrix zu erhalten besteht bei der Frage nach den Emissionen nicht da hierzu in der Regel keine aufbereiteten statistischen Daten vorliegen Daher ist generell eine Proze kettenanalyse erforderlich Die PKA darf dabei nicht allein auf die eingesetzten Energietr ger abstellen da herstellungsspezifische Emissionen hinzutreten oder auch Emissionen eingebunden werden k nnen lt L BLICH 1985 gt Die vorliegende Literatur geht nur in wenigen F llen auf die Problematik der Emissionen bei der Materialherstellung ein US amerik
159. astung e die Lebensdauer der Energiewandler Energieaufwand der Materialherstellung Die wissenschaftliche Diskussion um den Energieaufwand bei der Herstellung von Energiewandlern begann bereits Mitte der 70er Jahre in den USA mit der Debatte dar ber ob die energetischen Gesamtaufwendungen f r den Bau Betrieb und Abri von Atomkraftwerken sich amortisieren also kleiner sind als die vom AKW w hrend seiner Lebensdauer bereitgestellte Energiemenge lt CHAPMAN 1974 gt Bei der Diskussion der Amortisationsfrage und damit verwandten Analysen stellen sich methodische Probleme da nicht einfach die konomische Definition von Kosten und Ertrag bernommen werden k nnen wenngleich das Vorgehen hierzu analog ist Als erstes ist die Definition der Bezugsgr en zu nennen 1 vgl hierzu kritisch KOLB ET AL 1975 ROTTY ET AL 1975 Oko Institut GhK WZ III 169 GEMIS Unter dem energetischen Aufwand im Sinne von Investitionskosten sind alle mit der Roh Materialherstellung verarbeitung und der Konstruktion der Anlage d h des jeweilig interessierenden Energiewandlers verbundenen Energieinvestitionen zu verstehen Dabei ist auch der energetische Aufwand f r notwendige Transporte Bauplatzvorbereitung etc zu ber cksichtigen Erg nzend treten die Aufwendungen f r Abri und Entsorgung der Anlagen teile hinzu da dies als zum Lebenszyklus zugeh rig angesehen werden mu Hierbei ist zu beachten da bei vielen Energiesystemen
160. atz kommt Schwermetalle ber die im Holz enthaltenen Schwermetalle liegen uns keine Daten vor die ausgewerteten Unter suchungen geben hierzu ebenfalls keine Hinweise Da auch in den Aschen aus der Holzverbrennung keine erh hten Schwermetallmengen gefunden wurden kann u E Holz als schwermetallarmer Brennstoff angesehen werden kontaminierte Standorte und mit Additiven behandelte H lzer ausgenommen Zusammenfassung zu Emissionen von Holzfeuerungen Folgende Tabelle zeigt die Emissionsfaktoren die f r GEMIS abgeleitet wurden Tabelle 20 GEMIS Emissionswerte f r Holzfeuerungen Typ Leistung EDS STANDARD EDS BEST Anlage kW SO2 NOx Staub SO2 NOx Staub Heizung 15 1 000 49 100 50 49 100 34 Heizwerk gt 1 000 49 100 11 49 100 5 in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert Anmerkungen 1 Brennstoff Holz Hackschnitzel oder Scheitholz mit Katalysator 2 mit Entstaubung Gewebefilter Oko Institut GhK WZ III 47 GEMIS Strohverbrennung Mit dem Einsatz von Stroh Heizanlagen sind prinzipiell die gleichen Probleme verbunden wie bei der Holznutzung wobei die Strohverbrennung mit herk mmlichen Techniken gegen ber Holz emissionsintensiver ist Alle Versuche allein mit Feuerungstechnik die hohen Staub CO und organischen Schadstoffabgaben zu vermindern sind bisher bei kleineren Anlagen wenig erfolgreich Auch Versuche mit verdichtetem Stroh Pellets Briketts oder Cobs haben nur geringe Verbesserungen auf der
161. basis die Regel da dieses System bei Gro feuerungen gut erprobt ist Die REA erzielt bei ausrei chenden Waschfliissigkeitsmengen im Absorberturm und entsprechender Auslegung der Rauchgaswiederaufheizung Abscheideraten ber 95 f r SO2 lt HAUG OELS 1985 gt lt T V 1985 gt lt VDI 1988 gt 17 Die GFAVO bezicht die Emissionsgrenzwerte von Schmelzkammerfeuerungen auf 5 Vol O die von Trockenfeuerungen auf 6 Vol O und die von Wirbelschichtfeuerungen auf 7 Vol O Dadurch treten bei den brennstoffbezogenen Emissionsfaktoren Unterschiede auf die in der Relation 1 1 07 1 14 liegen Das GEMIS Programm ber cksichtigt diese bezugsgr enabh ngigen Unterschiede bei der Vorgabe eines Emissionsgrenzwertes selbstst ndig Damit ist die prozentuale Umwandung von NO NH3 zu N und Wasser gemeint Die h heren NO Werte von Schmelzkammerfeuerungen k nnen durch zus tzliche relativ kosteng nstige Selektive Nichtkatalytische Reduktion Techniken z B NOXOUT EXXON etwa um 50 gesenkt werden soda sie vor der SCR 3 NOx Werte unter 100 mg m zu erzielen Da hierzu aber bislang keine Betriebsdaten vorliegen mu auf eine Ber ck sichtigung im GEMIS BEST Datensatz verzichtet werden F r zirkulierende Wirbelschichtfeuerungen kann der 100 mg m3 Anlage Werte um 500 mg m aufweisen Bei 85 Reduktion durch die SCR Anlage w ren so auch bei Schmelzfeueurngen Wert allerdings verwendet werden wenn auch mit einer anderen Begr ndung
162. bei ung nstigen Bedingungen wie sie in Kleinanlagen oft anzutreffen sind niedrige Verbrennungstemperatur hohe CO Emissionen Emissionen von Dioxinen im Bereich von 1 ng m3 als 2 3 7 8 TCDD Aquivalent nach Eadon fest stellbar In gr eren gut geregelten Anlagen mit h herer Verbrennungstemperatur Heizwerke wurden dagegen etwa 500 fach niedrigere Emissionen gefunden wobei weder TCDD noch TCDF nachgewiesen werden konnte Bei diesen Daten ist zu beachten da die Verbrennungsbedingungen beim Abflammen von berschu stroh auf offenem Feld noch ung nstiger sind als in den gemessenen d nischen Kleinfeuerungen soda beim Abflammen h here Emissionen bei PCDD CO und CnHm erwartet werden m ssen Oko Institut GhK WZ III 51 GEMIS Schwermetalle Die Schwermetall Gehalte von Stroh sind von der Landesanstalt fiir Umwelt LfU in Karlsruhe untersucht worden lt KAMM ROHM 1984 gt Danach weist Stroh rd 2 ppm Blei Pb und 0 05 ppm Cadmium Cd auf Als Emissionsfaktoren gibt die Landesanstalt fiir Umwelt folgende Werte an 0 030 0 110 ke TJinput f r Pb 0 001 0 003 kg TJinput f r Cd Damit liegen die Schwermetall Abgaben von Stroh rd 2 10 fach niedriger als bei fossilen Festbrennstoffen und in der Gr enordnung von leichtem Heiz l Qualitativ ist Stroh daher ebenso wie Holz als schwermetallarmer Brennstoff Zusammenfassung zu Emissionen von Strohfeuerungen Die nachfolgende Tabelle gibt einen berblick zu den Emission
163. ber aber andere Umweltaspekte nicht zu vergessen lt EULER 1987 gt lt FURBOCK 1987 gt wird in den Energiekonzepten nur in zwei Arbeiten auf qualitativer Ebene versucht Hierbei werden die Aspekte Grund Wasserbelastung e Boden bzw Fl chenbelastung Reststoffe e Unfallrisiken genannt und in knapper Form hinsichtlich der entsprechenden Wirkungen der Energiesysteme bzw Szenarien behandelt Die gesamte Auswertung zeigt da die Einbeziehung von qualitativen Umweltaspekten in Energiekonzepten bisher nicht blich ist Methodische Fragen Die Zuordnung der Umweltaspekte Emissionen zu den Energiesystemen erfolgt dem Grundsatz nach in allen Konzepten gleich ausgehend von brennstoffbezogenen Emissionsfaktoren werden durch Verrechnung der Anlagen Wirkungsgrade nutzenergiebezogene Gr en ermittelt die schlie lich durch Multiplikation mit der nachgefragten Nutzenergie zu Jahresemissionen weiterverrechnet werden Deutliche Unterschiede bestehen in der Ber cksichtigung des bei Kraft W rme Kopplungs Systemen parallel zur Heizw rme erzeugten Stroms In allen Studien die KWK Systeme betrachten wird der KWK Strom zwar durch eine sogenannte Stromgutschrift aus der w rmebezogenen Emissionsbilanz herausgerechnet allerdings ist die jeweils unterstellte Gutschrift recht verschieden 5 Dies entsprach auch nicht der Aufgabenstellung die von Seiten des Hessischen Wirtschaftsministeriums im Aufgabenkatalog der Energiekonzepte de
164. bergbauspezifische Einfl sse F rdertiefe Abraumverh ltnis zu erwarten ist lt DACH 1988 gt Nach statistischen Daten des Jahres 1987 lag der Strombedarf des Steinkohlenbergbaus bei 1 3 bezogen auf den Heizwert der gef rderten Kohle lt VIK 1988 gt Die Studie der FFE lt JENSCH 1988 gt nennt f r inl ndische Steinkohlef rderung einen Nutzungsgrad von 97 3 d h einen spezifischen F rderaufwand von 2 7 Prim renergie bezogen auf den Heizwert der Kohle bzw einen strombezogenen Bedarf von rd 1 F r ausl ndische Steinkohlef rderung werden in dieser Untersuchung 2 der gef rderten Energie als Prim renergiebedarf genannt d h etwa 0 7 bezogen auf Strom was mit den o g US Daten gut bereinstimmt Als GEMIS Daten wird daher f r deutsche F rderung Tiefbau ein Strombedarf von 1 bezogen auf den Heizwert der Kohle rsp 0 7 f r ausl ndischen Steinkohle Tiefbau angesetzt Die Bereitstellung dieses Stroms erfolgt in der BRD zu rd 20 durch Eigenerzeugungsanlagen Gru benkraftwerke der verbleibende Strombedarf wird durch Fremdbezug vom Verbundnetz gedeckt Zur Vereinfachung wird in GEMIS angenommen da der Strombedarf durch ein grubennahes Kraftwerk gedeckt wird f r das Ausland wird die Strombereitstellung ebenfalls durch 100 Steinkohlestrom aus einem grubennahen Kraftwerk angenommen In beiden F llen soll preisg nstige Ballastkohle als Brennstoff genutzt werden Bei der F rderung von Steinkohle im Tiefbau
165. bericht Hessisches Ministerium f r Landesentwicklung Umweltschutz Landwirtschaft und Forsten Wiesbaden HMLULF 1983 Quecksilberbericht Hessisches Ministerium f r Landesentwicklung Umweltschutz Landwirtschaft und Forsten Wiesbaden HMLULF 1984 Landesprogramm f r die F rderung der Gewinnung und Verwertung alternativer Energie in der Landwirtschaft Hessischer Minister f r Landesentwicklung Umwelt Landwirtschaft und Forsten Wiesbaden HOFBR U AG 1989 Energiesparende und schadstoffarme Heizungstechnik Sonderdruck der Hofbr u AG zur Vergabe des Umweltpreises 1989 Stuttgart HOLMBERG AHLBORG 1983 Concensus report mutagenicity and carcinogenicity of car exhausts and coal combustion emissions in Envir Health Persp vol 47 1983 S 1 30 HORCH CHRISTMANN 1985 Prim r Ma nahmen zur Minimierung von Schadstoffen aus M llverbrennungsanlagen in THOME KOZMIENSKY 1985 S 67 93 HUGHES DeAGELIS 1982 Emissions from coal fired residential combustion equipment in RSF 1982 S 333 348 IFE 1988 Emissionen von Holzfeuerungen T Nussbaumer Institut f r Energietechnik an der ETH Z rich Z rich IFU 1986a Energetische Nutzung von Abfallholz Technologie und Wirtschaftlichkeit der Verfeuerung in dezentralen Anlagen bis 1 MWth Institut f r Umweltforschung Bericht IFU B 54 86 Graz IFU 1986b Begleitendes Me programm f r die Heizungsanlage der Waldbauernschule Pichl Institut f r Umweltforschung IFU B 41 86 Graz Oko In
166. bgasmenge sind jedoch nur die Bilanzgleichungen zwischen Ausgangs und Endprodukten bestimmend Daher kann aus den Reaktionsgleichungen der brennbaren Substanzen C O CO H 120 H O S O SO sowie bei gasf rmigen Brennstoffen co 1 20 CO C H mt 2 0 nCO m 2H 0 H2S 320 SO H O unter Einrechnung der Molvolumina und der Molmassen die Verbrennungsluft und Abgasvolumina fiir den Fall der vollst ndigen Verbrennung bestimmt werden Die mineralische Substanz im Brennstoff Asche geht dabei nicht ein w hrend Stickstoff und Wasser ohne Ver nderung in das Abgas bergehen Oko Institut GhK WZ III 184 GEMIS Die o g Reaktionsgleichungen lassen sich durch Einsetzen der genannten Stoffdaten und Umrechnung zu einfachen numerischen Gleichungen umformen Die entstehenden Formeln unterscheiden sich je nach Autor geringf rmig bei den Koeffizienten da die Werte fiir Molvolumen und masse verschieden zitiert werden Die u E aktuellsten und hinsichtlich der Daten auch vollst ndigsten Wertesammlung gibt lt BRANDT 1981 gt daher wurde diese im GEMIS Programm verwendet Testrechnungen mit Brennstoffen aus der Literatur lt LEIBROCK 1979 1984 gt zeigten eine gute Ubereinstimmung mit den dortigen Werten Zu Betrachten sind nur die trockenen Abgasvolumina im Normzustand 0 oC 1013 hPa da die sich Grenzwerte von GFAVO TA Luft usw stets auf das trockene Abgas beziehen Feste und fliissige Brennstoffe Im folgen
167. bindung BrK Brikett Fabrik Transportierter Brennstoff BrK Brikett Hilfsenergiebedarf MJ t km Zusammenfassung zur Braunkohle Proze kette Aus den vorstehend genannten Daten wurden zusammengefa te Proze ketten generiert die alle Verfahrensschritte von der Gewinnung bis zur Anlieferung von Braunkohle Staub frei Heiz Kraftwerk sowie von Braunkohle Briketts frei Haus enthalten Die folgenden Tabellen zeigen die berechneten Werte Tabelle 128 Kenndaten der Proze kette BKS frei Kraftwerk CE A TA Oo Oo Tabelle 129 Kenndaten der Proze kette BrK Brikett frei Haus C CECI C Proze kette Heizstrom Die Bereitstellung von Heizstrom geh rt neben den Kenndaten f r Heiz l zu den umstrittensten Proze ketten Daher soll die Vorgehensweise zur Zuordnung der Proze ketten Anlagen im GEMIS Programm hier ausf hrlicher dargestellt werden Oko Institut GhK WZ III 144 GEMIS Generell werden im GEMIS Projekt nur Heizsysteme betrachtet die Neuanlagen sind also zus tzlich zum bisherigen Nachfragesystem auftreten oder vorhandene Altanlagen ersetzen Bei den Elektroheizsystemen wird die Umweltbelastung aber nicht durch die Heizanlage selbst verursacht sondern tritt bei den Anlagen auf die Heizstrom bereitstellen Kraftwerke und deren vorgelagerte Proze ketten Somit mu gefragt werden welche Kraftwerke zur Bereitstellung von neuem Heizstrom herangezogen werden F r Heizstrom unterstellen wir zwei m gliche Situation
168. bis zu 30 des Heizstroms der BRD in Zukunft aus Atomkraftwerken stammen k nne unabh ngig von der Richtigkeit der Modellbetrachtung erforderlich lt SCHULZ 1988 gt Beim derzeitigen Datenstand ist fiir die Durchschnittsbetrachtung nur die Angabe einer Bandbreite fiir die Zurechnung von Kraftwerken zu Heizstrom m glich Die Bandbreite wird einerseits dadurch beschrieben da Heizstrom vollst ndig aus Steinkohle Kraftwerken bereitgestellt wird womit sich die h chsten zurechenbaren Schadstoffemissionen f r Heizstrom ergeben Bezeichnung Max Andererseits wird die Bandbreite durch eine Mischung von Steinkohle und Atomkraftwerken beschrieben Bezeichnung Mix F r die Durchschnittsbetrachtungen werden hinsichtlich der Kohlestromanteile Ballaststeinkohle und Vollwertkohle Kraftwerke betrachtet die Kraftwerks und Emissionsdaten entsprechen den Anlagen f r das Stromnetz F r den Mix Fall setzen wir in Abgrenzung zu den oben als berholt bezeichneten Angaben der VDEW einen 20 Anteil Atomstrom an Die folgenden Tabellen zeigen diese Werte in der bersicht Tabelle 130 Kenndaten Heizstrom Max Eingangsanbindung Prozentualer Anteil Steinkohle KW Mix 100 Tabelle 131 Kenndaten Heizstrom Mix Eingangsanbindung Prozentualer Anteil Zuwachsbetrachtung In der zweiten Variante Zuwachsbetrachtung ist zu fragen welches neue Kraftwerk in den 90er Jahren zur Mittellast Bereitstellung ohnehin gebaut w rde da d
169. bjektiv ableitbaren Wertungen vgl Kapitel 5 1 1 Insoweit ist die diskutierte Datenbasis f r Monetarisierungen vgl Anhang 2 ausschlie lich als interpretatorisches Instrument zu verstehen und zu nutzen 5 4 Literatur zu Kapitel 5 AHLING LINDSKOG 1982 Emissions of chlorinated organic substances from combustion in Chlorinated Dioxins and Related Compounds Impact on the Environment O Hutzinger et al eds Oxford 1982 p 215 225 ALFHEIM ET AL 1983 Mutagenicity in emissions from coal and oil fired boilers in Env Health Persp vol 47 1983 S 177 187 ANO 1986 Fernw rme in Nieder stereich mit Stroh heizen Amt der NO Landesregierung ed Wien BATTELLE 1987 Emissionsverhalten von Wirbelschichtfeuerungen im Auftrag des Hessischen Ministers fiir Umwelt und Energie Frankfurt BPA 1986 Calculation of environmental costs and benefits associated with hydropower development in the Pacific Northwest P Meyer et al prepared for Bonneville Power Administration Portland OR BPA 1988a The Pacific Northwest rivers study Bonneville Power Administration Portland OR BPA 1988b Pacific Northwest environmental Data base T Pansky Bonneville Power Administration Portland OR BPA 1988c Regional rivers resource assessment as a tools for hydropower planning the Pacific Northwest rivers study T E Pansky D O Parkin J Moulton Bonneville Power Administration Portland OR ECO 1981 Review of methodologies for assessing the
170. blauge Diese Diskussion ersetzt nicht die Bewertung der Hausm ll Verbrennung unter den Gesichtspunkten der Abfallwirtschaft sondern erfolgt allein unter dem der Umweltanalyse von Systemen zur Energie bereitstellung Sofern MVA aus abfallwirtschaftlichen Gr nden unter Einbeziehung einer vergleichenden Umweltanalyse von abfallwirtschaftlichen Alternativen ohnehin gebaut werden sind alle Umweltaspekte der Abfallseite zuzurechnen Unter dieser Bedingung w re die hier vorgelegte Analyse nicht anwendbar da dann die Energiebereitstellung als Abw rmenutzung zu verstehen und damit der Abw rmenutzung von industriellen Prozessen gleichzustellen w re Dies setzt allerdings voraus da die MVA als thermische Entsorgung gesehen wird und nicht als thermische Verwertung Insoweit entfalten sich dann u E Wirkungen f r die abfallrechtliche Einordnung von MVA sie w re nur f r die Abfallmengen einzuplanen die nicht vermieden oder stofflich verwertet werden k nnen Oko Institut GhK WZ III 75 GEMIS Brennstoffeigenschaften von Hausmiill Als Ausgangspunkt f r die Diskussion von Umweltaspekten dient die Definition eines Standard Hausmiills Hierzu wurden die bundesweiten Hausmiillanalyse des Umweltbundesamtes lt UBA 1983 gt und andere Literatur lt BILITEWSKI HARDTLE MAREK 1985 gt lt THOME KOZMIENSKY 1985 gt herangezogen Nach diesen Arbeiten besteht Hausmiill im Rohzustand zu rd 33 aus Wasser etwa 23 Gesamt Kohlensto
171. bserfahrungen BEST fortschrittliche Techniken zur Emissionsminderung e HENSPG Umweltanforderungen der Richtlinie zum Hessischen Energiespar Gesetz Bei dieser Datenerhebung und festlegung sollten insbesondere nachvollziehbare Daten ber die Emissionen durch vorgelagerte Proze stufen Bergbau Raffinerien Transport Materialvorleistungen erhoben werden da hierzu bislang die am wenigsten abgesicherten Werte vorliegen Uber die o g allgemeine Datengrundlage hinaus sollte Methodik und Datenbasis f r nutzerspezifische Anwendungen hin weiterentwickelt werden Berechnung der Emissionen von Energieszenarien Da in Energiekonzepten unterschiedliche Energieoptionen zur Diskussion stehen die aus mehreren Einzel Energiesystemen in einem jeweils spezifischen Mix bestehen mu der Emissionsvergleich solche Szenarien umfassen k nnen Diese Szenarien sollen aus Bausteinen bestehen die standardm ig f r die m glichen Einzelsysteme vorgegeben werden l Dies entspricht dem Vorgehen der FICHTNER FTA Studie lt FICHTNER 1986b gt 2 Die Umweltanforderungen der Richtlinie liegen bislang nur als Entwurf Stand 30 12 1986 vor und beziehen sich auf Energieanlagen die nach 5 HEnSpG gef rdert werden k nnen Der entsprechende Emissionsdatensatz enth lt diese Regelungen soweit die Energiesysteme von der Richtlinie erfa t sind in allen anderen F llen stimmen die Daten mit denen des EDS STANDARD berein Oko Institut GhK WZ III 13 GEMIS e
172. ceeececeeeeecseeeeeneeeees 142 Kenndaten des BES ScHifs au area 142 Kenndaten des BIK Brikei Lkw un Mean 143 Kenndaten der ProzeBkette BKS frei Kraftwerk une 143 Kenndaten der Proze kette BrK Brikett frei Haus uuenn 143 Oko Institut GhK WZ III xiii GEMIS Tabelle 130 Tabelle 131 Tabelle 132 Tabelle 133 Tabelle 134 Tabelle 135 Tabelle 136 Tabelle 137 Tabelle 138 Tabelle 139 Tabelle 140 Tabelle 141 Tabelle 142 Tabelle 143 Tabelle 144 Tabelle 145 Tabelle 146 Tabelle 147 Tabelle 148 Tabelle 149 Tabelle 150 Tabelle 151 Tabelle 152 Tabelle 153 Tabelle 154 Tabelle 155 Kenndaten Heizstrom Max iii des 145 Kenndaten Heizstrom Mix 2 neal ana 145 Kenndaten des StK Kraftwerk neu 22002200r20022nBernnnennnensnnennennnnennnon een 146 Emissionsdaten des StK Kraftwerk neu 224 222022002 sn sone nnneennnennnen en 146 Kenndaten der Proze kette Heizstrom frei Haus max ooooooocccoocccnoonnnnnnnnnnnno 147 Kenndaten der Proze kette Heizstrom frei Haus mix enennenn 147 Kenndaten der Proze kette Heizstrom frei Haus neu uusseenen 147 Kenndaten der Uran F rderung ehe 149 Kenndaten der Uran KonNVersiOM oooonocononcnnonnnooncconcnonnnonn nono ncnononnnnnnnncnnnncnns 149 Kenndaten der Uran Anreicherung ooooocccconcccnononononcnonnnanononcnonnnononnnnncnnncnnnno 150 Kenndaten der Uran Anr
173. ch staubf rmige Belastungen auf die sich durch den Brennstofftransport Lkw gt Lagerraum Lagerraum gt Feuerungsanlage sowie durch den Asche Abtransport ergeben Diese meist groben Flugst ube sind wegen der geringen Lungeng ngigkeit eher als Bel stigung Verschmutzung denn als Umweltbelastung anzusehen und werden in den GEMIS Emissionsdaten nicht ber cksichtigt Oko Institut GhK WZ III 28 GEMIS Die nachfolgende Tabelle zeigt Emissionen verschiedener Kohlefeuerungen die im Rahmen unserer Auswertung herangezogen wurden Tabelle 10 Emissionen von kohlebefeuerten Anlagen Typ Leistung Staub CO NO kW kg TJinput Steinkohlebrikett Durchbrand lt 50 VDI 1979 Durchbrand lt 50 5400 50 DFVLR 1984 Durchbrand 6 250 3472 6l 530 BF 1987 unterer Abbrand 583 3203 65 575 BF 1987 Braunkohlebrikett Druchbrand lt 50 VDI 1979 unterer Abbrand 48 347 6944 44 217 FICHTNER 86 Durchbrand 300 9722 80 250 FICHTNER 86 Durchbrand EBI 1982 unterer Abbrand 4317 65 BF 1987 Anthrazit unterer Abbrand 3017 51 BF 1987 Durchbrand 6 7 6386 28 344 BF 1987 unterer Abbrand 167 175 53 401 FICHTNER 86 Steinkohlenbefeuerte Systeme Steinkohle in Form von Nu kohlen sowie als Brikett wird von den privaten Haushalten und dem Kleinverbrauch in der Gr enordnung von 2 Mio t a zur W rmebereitstellung eingesetzt lt BF 1987 gt Gasflamm und Fettkohlen werden berwiegend in UDB Anlagen verfeuert w hrend niederfl chtige Magerkohlen und
174. ction Agency Washington D C ERG 1979 Risk of renewable energy sources a critique of the Inhaber report Energy and Resources Group ERG 79 3 University of California Berkeley EULER 1984 Umweltvertr glichkeit von Energieversorgungskonzepten Forschungen zur Raumentwicklung Band 12 Bundesforschungsanstalt f r Landeskunde und Raumordnung Bonn FAIRCHILD CANTER 1984 Environmental management considerations in land based petroleum exploration and production in CEMP 1984 S 1 20 FEIST 1986 Energie im KO Haus Institut Wohnen und Umwelt Darmstadt FRITSCHE 1988 Aspects of Environmental Analysis and Energy Planning in the USA GEMIS Arbeitspapier AP REP 6 Darmstadt Oko Institut GhK WZ III 227 GEMIS FRITZSCHE 1988 Gesundheitsrisiken von Energieversorgungssystemen K ln GRS 1989 Deutsche Risikostudie Kernkraftwerke Phase B Eine zusammenfassende Darstellung Gesellschaft fiir Reaktorsicherheit GRS 72 K6In GSF 1980 Untersuchungen ber die Emission von Radionukliden aus Kohlekraftwerken Gesellschaft fiir Strahlen und Umweltforschung GSF S 617 Neuherberg HANSEN 1985 The potential effects of oil spills and other chemical pollutants on marine mammals occuring in Alaskan waters OCS Rep MMS 85 0031 US Department of Interior Minerals Management Service Anchorage HEIN 1987 Umweltaspekte von BHKW in VDI Bericht 630 S 53 84 HOLDREN 1982 Energy Hazards What to Measure What to Compare in Technology Review Apr
175. d aber andererseits auch die M glichkeit er ffnet da Aspekte die nicht diesen strikten Anspr chen gen gen mit in die Betrachtung einbezogen werden k nnen 4 1 Halb quantitative Umweltaspekte Den im GEMIS Projekt quantifizierten Umweltaspekten feste Reststoffe sowie Fl che kommt ein Doppelcharakter zu einerseits liegen ausreichende wenngleich z T nur synthetische Daten vor um diese Aspekte ber alle interessierenden Energiesysteme und Proze ketten zu bilanzieren andererseits sind diese Daten als weich zu bezeichnen da sie selbst wiederum verschiedene Unteraspekte mit sehr verschiedenen Wirkungen enthalten und ihre Interpretation daher nicht allein auf die Quantit ten abstellen darf vgl Kapitel 5 Wir ordnen diese Umweltaspekte aus diesen Gr nden beiden Kategorien zu also sowohl den zu quantifizierenden wie auch den qualitativ zu fassenden Aspekten 4 1 1 Feste Reststoffe Die Quantifizierung von anfallenden Reststoffen im GEMIS Projekt war soweit zu versuchen wie hierzu durchg ngige Daten f r alle relevanten Proze stufen zu ermitteln sind Gegenw rtig l t der Wissenstand dies f r mineralische Aschen und Entschwefelungs Reststoffe zu w hrend f r sonstige feste Reststoffe keine systematisch gesicherte Datengrundlage vorliegt Daher wurde ein Algorithmus in GEMIS implementiert der die anfallenden Aschen und die Rauchgasreinigungs Reststoffe sog REA Reste eigenst ndig bilanziert vgl Kapitel 2 5
176. d die Dominanz der Prim renergief rderung deutlich Hierbei bringt der Oberfl chenabbau Tagebau eindeutig die gr ten direkten Fl cheninanspruchnahmen mit sich und wirkt dar ber hinaus auf umfangreiche Areale ein Vor allem Braunkohle und z T Uran die weitgehend ber Oberfl chenabbau gef rdert werden erhalten deshalb hier relativ hohe Gewichtungen Neben der Einbeziehung der eigentlichen Betriebsfl chen spiegeln sich hierbei z B die noch sehr viel weiterreichenden Ver nderungen durch Grundwasserabsenkungen und andere Fernwirkungen wider Da die Ver nderung der Grundwasserregimes und die Beeinflussung der Oberfl chengew sser auch ein Problem bei Tiefbauverfahren darstellt ist auch dort von einer stark negativen Gewichtung auszugehen Aus diesen Gr nden werden Braunkohle Steinkohle und Uran mit 3 hinsichtlich des Fl chenaspektes gewichtet Weitaus geringere Fl cheninanspruchnahmen sind mit der l und Gasf rderung verbunden u a auch deshalb weil in GEMIS ein hoher Anteil der lf rderung off shore ber cksichtigt wird der unter dem Fl chenaspekt als neutral eingestuft werden mu Andererseits ist auch auf die Notwendigkeit der Anbindung der F rderfelder an berregionale Versorgungsnetze hinzuweisen so da der Fl chenaspekt durchaus eine Relevanz auch f r diese beiden Prim renergietr ger hat Der Aspekt wird deshalb bei beiden mit 1 gewichtet Die regenerativen Energietr ger auf der Basis von Biomasse erhal
177. dar lt BINE 1988 gt die Verfahren hierzu sind heute Stand der Technik lt HOS GROENEVELD 1987 gt 21 Als typischer Vergaser wird ein System angesetzt das Holz Hackschnitzel nutzt und eine Effizienz von rd 70 Holz Heizwert zu Gas Heizwert aufweist lt BMFT 1985 gt F r die Vergasung wird einerseits die interne W rmeproduktion bei der Teilverbrennung von Holz HS genutzt andererseits soll die Abw rme eines Holzgas befeuerten BHKW Gasmotor genutzt werden Damit ergeben sich die folgenden Kenndaten des Vergasers Tabelle 151 Kenndaten des Holzvergasers Eingangsanbindung Holz HS Lkw se Das Holzgas BHKW wird energetisch wie das kleine Gas BHKW mit 3 Wege Katalysator aus gelegt da das Holzgas weitgehend schwefelfrei ist Die folgenden Tabellen zeigen die entsprechenden Daten Tabelle 152 Emissionsdaten des Holzgas BHKW IT u e I Cm ren SO Zusammenfassung zur Holzgas Proze kette Aus den vorstehend genannten Daten wurde eine zusammengefa te Proze kette generiert die alle Verfahrensschritte bis zur Anlieferung von Holzgas frei Verbraucher BHKW enth lt Die folgende Tabelle zeigen die berechneten Werte 21 Allerdings gibt es bei kleineren Vergasern noch Probleme mit der Reinigung des Proze abwassers lt BMFT 1985 gt soweit nicht Wirbelschichtvergaser verwendet werden 22 Neueste Nutzungsoption f r Holzgas sind auch spezielle Gasturbinen lt WILLIAMS 1989 gt f r die bislang jedoch keine Emissionsdaten
178. darstellt Eine besondere Komponente der Kohlenwasserstoffe ist dar ber hinaus das Methan CH das aufgrund seiner hohen Absorptionsleistung f r Infrarotstrahlung als klimarelevantes Spurengas anzusehen ist vgl unten CO Diskussion Von den quantifizierten Schadstoffen k nnen u E die Komponenten SO und NO f r gro r umige Betrachtungen unter dem Begriff Saure Schadgase zusammengefa t werden Ihre Summe stellt dann einen Indikator f r die globale Belastung mit S urebildnern dar die sowohl f r Materialsch den Boden und Gew sserversauerung als auch f r daraus abgeleitete Wirkungen Bedrohung von Fischpopulationen Schwermetallfreisetzung in B den als Ursache fungieren Die Summe der Sauren Schadgase kann u E als ein Indikator f r die Beeinflussung von kosystemen auf berregionaler bzw globaler Ebene angesehen werden 5 2 2 Kohlendioxid Die quantitative Bilanzierung von CO wurde ins GEMIS Programm aufgenommen um einen Indikator f r die Anteile der Energiesysteme an der m glichen globalen Klima nderung durch Treibgase Treibhauseffekt zu geben Die Problematik der potentiellen Klima nderungen werden mittlerweile unter Vorsorgegesichtspunkten diskutiert und eine drastische Emissionsminderung zur Verringerung des Risikos einer globalen Erw rmung empfohlen lt ENQUETE 1988 gt Da CO zu rd 50 an der globalen Erw rmung beteiligt ist charakterisiert dieser Umweltaspekt eine relevante Komponente der energiebedi
179. daten des Roh l Tankers Eingangsanbindung Roh l F rd OPEC Hilfsenergie Tanker Dieselmotor Hilfsenergiebedarf MJ tkm Transportl nge km 8 800 Pipeline Transport F r den Transport des Nordsee Ols zur Raffinerie wird die Verwendung einer Pipeline unterstellt die mit elektrischen Pumpen angetrieben wird da nur in Ausnahmef llen verbrennungsmotorisch betrie bene Verdichter zum Einsatz kommen z B Alpen Pipeline nach Triest In der VIA Studie wurden ausf hrlich die Transportenergiebedarfe von Roh l und Produkt Pipelines bei unterschiedlichen Auslastungen untersucht und repr sentative Auslastungen diskutiert lt VIA 1986 gt soda f r die GE MIS Modelldaten auf diese Werte zuriickgegriffen wird Bei einer Auslastung von 25 der Nennleistung Rohdurchmessern um 1000 mm und H hendifferenzen um 1 m km werden spezifische Bedarfe von 0 07 MJStrom t km genannt Damit ergibt sich ein Hilfsenergiebedarf von 0 064 MJoutpu t km Nutzungsgrad der elektrischen Antriebe 90 Als mittlere Transportdistanz wird f r Nordsee l 250 km bis zur Raffinerie angenommen Die folgende Tabelle gibt einen berblick zum System Roh l Pipeline Tabelle 80 Kenndaten der Roh l Pipeline Eingangsanbindung Roh l F rd Nordsee Oko Institut GhK WZ III 121 GEMIS Hilfsenergiebedarf MJ t km 0 064 Transportl nge km 250 Raffinerie fiir Heizol Die Modell Raffinerie wird hinsichtlich der Raffinationsverluste und des Energiebedar
180. den sollen die Brandt Formeln fiir feste und fliissige Brennstoffe den Angaben anderer Autoren gegen bergestellt werden Dabei ergeben sich theoretisches Verbrennungsluft Vr uri tr und Abgasvolumen Vabgasw in md kg Brennstoff wenn die Daten der Elementaranalyse c h s o n in Massenanteilen kg kg eingesetzt werden Formeln nach lt BRANDT 1981 gt Wi ufttr 8 8996 c 26 5139 h 3 3342 s 3 3405 o V Abgas tr 8 8887 c 20 9597 h 3 3174 s 0 7997 n 2 6408 o Formeln nach lt BRAUN ET AL 1986 gt Viuttte 88808 c 26 4550 h 3 3267 s 3 3334 o V Abgas tr 8 8808 c 20 8995 h 3 3267 s 0 7995 n 2 6334 o Formel nach lt RAG 1984 gt Viuttte 8 876 c 26 443 h 3 325 s 3 332 o V Abgas tr 8 865 c 20 890 h 3 309 s 0 800 n 2 633 o mit Kohlenstoffgehalt in kg k 8 rennstott h Wasserstoffgehalt in Kg Kggrennstor N Schwefelgehalt in kg kgprennstoft O Sauerstoffgehalt in kg kgprennstott n Stickstoffgehalt in kg kgprennstott Die Angaben unterscheiden sich bei Rundung auf 2 Nachkommastellen nur unwesentlich Oko Institut GhK WZ III 185 GEMIS Gasf rmige Brennstoffe Bei den gasf rmigen Stoffen kann die Verbrennungsrechnung ebenfalls nach dem o g Schema erfolgen i a liegen die Brennstoffdaten aber nicht in Form einer Elementaranalyse vor sondern als Verteilung der Gas Zusammensetzung in Volumen Prozenten Die Verbrennungsrechnung kann nach lt BRANDT 1981 gt vereinfacht werden wenn Luftvolum
181. der Holz HS Trocknung Eingangsanbindung Holz HS Herstellung Hilfsenergie Holz HS HW nee Transport von HHS Die gewonnenen Holz Hackschnitzel werden schlie lich zum Verbraucher Heizwerk Heizungen transportiert Die FFE rechnet f r diesen Transport mit rd 1 5 Brennstoffbedarf bezogen auf den Hackschnitzel Heizwert gibt allerdings auch hier keine Transportdistanz an lt FFE 1983 gt Wird wie beim St ckholz mit einem Versorgungsgebiet von 50 km Radius gerechnet ergeben sich beim LKW Transport rd 0 8 der transportierten Energie als Treibstoffbedarf Tabelle 148 Kenndaten des Holz HS Lkw Eingangsanbindung Holz HS Herstellung Transportierter Brennstoff Holz HS Oko Institut GhK WZ III 155 GEMIS Hilfsenergiebedarf MJ t km Zusammenfassung zur Holz Hackschnitzel Proze kette Aus den vorstehend genannten Daten wurde eine zusammengefa te Proze ketten generiert die alle Verfahrensschritte von der Gewinnung bis zur Anlieferung von HHS frei Verbraucher enthalten wobei die HHS trocken Proze kette eine aktive Trocknung ber cksichtigt Die folgende Tabelle zeigen die berechneten Werte Tabelle 149 Kenndaten der Proze kette Holz HS frei Haus CO p ooo CA E e o O Tabelle 150 Kenndaten der Proze kette HHS trocken frei Haus CE CI O Oe Oko Institut GhK WZ III 156 GEMIS Holz Vergasung Neben der direkten Verbrennung von Restholz stellt die Vergasung eine M glichkeit zur Nutzung von Biomasse
182. der Idee her nicht neu Schon in der Methodenuntersuchung f r BPA f hrte die amerikanische Umwelt Beh rde EPA aus EPA recognizes the difficulty in quantifying and valuing all environmental impacts It recommends quantifying even if not in monetary terms all impacts as well as possible using ranges if necessary and leaving the decision to the decision maker For measuring impacts EPA suggests two alternatives 1 use expert judgement to assess impacts and 2 use mitigation costs as surrogate for environmental impact zit n lt ECO 1981 gt S 55 Herv d Verf Auch die vorher diskutierte ISI Studie f hrt aus Verallgemeinernd l t sich feststellen da die sozialen Kosten der Luftverschmutzung den Schadensvermeidungskosten entsprechen wo immer eine solche Strategie erfolgreich angewendet wird und den effektiven Schadenskosten wenn diese Sch den nicht verhindert werden oder verhindert werden k nnen zit n lt ISI 1988 gt S 19 Herv d Verf Die Emissionsvermeidungskosten gen gen zudem einer Forderung die die OECD f r die Auswahl und Implementierung von environmentally favourable energy options aufgestellt hat The price of all forms of energy should reflect the full costs of environmental protection so that they are borne by the customer by each stage of production and transformation zit n lt OECD 1986a gt S 15 Herv d Verf A 2 5 1 Kritische Diskussion des Konzepts Die Grundidee des Vermeidungskost
183. diese Aggregation auf subjektiven Wertungen beruhen w rde vgl Kapitel 5 1 Die Bewertungsprofile k nnen aber u E einen ersten Einstieg in den System oder Szenarienvergleich geben da sie es erlauben schnell einen berblick zu gewinnen z B hinsichtlich der Gutschriftensituation und der Entlastung der Umwelt beim Einsatz bestimmter Systeme 6 3 Monetarisierung Um eine Interpretationsm glichkeit f r quantitative Emissionsbilanzen auch in konomischer Hinsicht zu geben wurde im Rahmen des GEMIS Projekts das Konzept der Emissions vermeidungskosten entwickelt vgl Kapitel 5 3 und Anhang 2 Von den betrachteten Energiesystemen ist das Gasmotor BHKW am emissions rmsten daher wird es vom Programm als Referenzanlage gew hlt Alle anderen Heizsysteme werden vom GEMIS Programm mit den Kosten belastet die im Mittel aufzuwenden w ren um die Emissionsdifferenz zu diesem System durch Ausgaben f r Emissionsvermeidung an anderer Stelle auszugleichen Da die Emissionsvermeidungskosten stark auf die Einbeziehung von CO reagieren wird im GEMIS Programm zwischen der Monetarisierung mit und ohne CO Vermeidung unterschieden und f r die CO Vermeidungskosten ein niedriger und ein hoher Wert verwendet vgl Anhang 2 Folgende Tabellen zeigen die Ergebnisse Oko Institut GhK WZ III 255 GEMIS Tabelle 184 Monetarisierte Emissionen von Heizsystemen Emissionsvermeidungskosten in DM WE SO NO Staub CO niedrig CO hoch 80 Erdg
184. durch Additiv Verbesserung Abgasf hrung oder sekund re Abscheidung erreichbare weitergehende Potential ist noch ungekl rt Vereinzelte Arbeiten hierzu lassen aber erwarten da zumindest die ZWSF in Verbindung mit sekund ren Ma nahmen Einbindungen von 90 auch f r Chloride m glich sind Praktisch keine Daten sind derzeit ber die Emissionen von organischen Schadstoffen insbesondere halogenierten Kohlenwasserstoffen verf gbar Allen f r polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe PAH liegen Me werte von ZWSF Anlagen vor die eine sehr geringe Emissionsmenge beim Normalbetrieb zeigen Braunkohlegefeuerte Systeme Die gro en Kondensationskraftwerke f r Rohnraunkohle im Rheinischen Revier wurden mit Na REAs ausger stet um der GFAVO zu gen gen Diese REA k nnen Abscheideraten im Absorberturm von deutlich ber 90 bezogen auf die Rohgasbeladung f r SO erreichen das ko Institut hat entsprechende Nachweise ver ffentlicht lt KO INSTITUT 1987 gt Wegen der Ableitung ber K hlt rme entfallen auch Verluste durch Wiederaufheizung mit Gas Gas W rmetauschern Um diese hohen Abscheideraten zu erreichen ist eine ausreichend dimensionierte Gas Sorbens Kontaktzeit ein hohes Fl ssigkeits Gas Verh ltnis L G ratio ber 15 m ein ausreichender REA Sumpf erforderlich Schon 1983 wurde auf einer VDI Tagung diskutiert da die meisten Na REA Verfahren mit einer solchen Auslegung hohe Abscheideleistungen err
185. e Die folgenden Kategorien sollten unterschieden werden e Kategorie I die die Fl cheninanspruchnahme im engeren Sinne erfa t berbaute versiegelte Fl chen Betriebsgel nde e Kategorie II in der einzuhaltende Schutzzonen die z T lediglich Nutzungseinschr nkungen unterliegen erfa t sind e Kategorie II in der nur tempor r beeintr chtigte Fl chen z B beim Abbau der Prim renergietr ger bzw solche f r die Entsorgung von Reststoffen zusammengefa t sind e Kategorie IV f r Fl chen unter Mehrfachnutzung Die einzelnen Kategorien enthalten z T noch eine feinere Unterteilung um die stark unterschiedlichen Arten der Beeintr chtigung auseinanderhalten zu k nnen z B die Unterscheidung in der Kategorie I zwischen Fl chen die tats chlich voll einer zu errichtenden Anlage zuzurechnen sind Sub Kategorie Ia sowie genutzte Fl chen die als Teil eines bereits bestehenden Geb udes angesehen werden k n nen Sub Kategorie Ib Die Kategorie II wurde ebenfalls unterteilt wobei Illa die auf Dauer f r R ckst nde Deponien usw ben tigten Fl chen aufnehmen soll und Ib tempor r in Anspruch genommene Fl chen die bereits w hrend des Betriebszeitraums wieder rekultiviert werden In den Tabellen wurde schlie lich noch unterschieden ob die Fl cheninanspruchnahme im Inland K rzel i oder im Ausland K rzel a erfolgt Die Anlagen sind nach einem angegebenen Zentralisierungsgrad unterteilt wobei folgende Zentrali
186. e vor allem menschliche Gesundheit Leben sowie der Zurechnung von Umweltsch den zu Schadstoffabgaben Transfer Faktoren zu umstrittenen und stark schwankenden Kostenangaben Zudem wird kontrovers diskutiert ob und wie zuk nftige Sch den abdiskontiert werden d rfen Oko Institut GhK WZ III 245 GEMIS Der Vermeidungskostenansatz hingegen ist zwar methodisch einfacher bezieht sich aber nur auf wenige Umweltaspekte und auf einen anderen Kostenbegriff Sicher ist Euler zuzustimmen da unber cksichtigte externe Umwelt Kosten zu einer gr eren konomischen Fehleinsch tzung f hren als methodisch fragliche Einbeziehungen lt EULER 1987 gt Sowohl dem Schadens Konzept wie auch dem Vermeidungskosten Ansatz ist seien ihre Begr ndungen auch noch so verschieden gemeinsam da sie Umweltkosten in Gr enordnungen von 0 01 10 DM kg Schadstoff angeben Beide Konzepte erfordern einen volkswirtschaftlichen Blickwinkel da ein Anlagenbetreiber bisher weder generell Umweltschadenskosten zu bezahlen hat noch vermiedene Umweltschutzkosten gutgeschrieben bekommt Die Verwendung der Monetarisierung bei Entscheidungen ber Energiesysteme ist daher von der politischen Rahmensetzung der Entscheider abh ngig Dies ist nichts Ungewohnliches bei der Entscheidung ber Energiesysteme Auch die nichtmonet re Bewertung von Umweltaspekten als Teil der Entscheidungsfindung kann nicht wissenschaftlich gesichert erfolgen sondern beruht auf nicht o
187. e abgeschieden womit Abwasserbelastungen auftreten k nnen Der Gips aus Na REA von Steinkohle und Heiz l S Feuerungen ist als marktf higes Substitut f r Naturgips anzusehen und kann von regionalen berangeboten abgesehen auch von der Gipsindustrie oder verwandten Wirtschaftszweigen abgenommen werden lt MFU 1988 gt lt VDEW 1986 gt Oko Institut GhK WZ III 239 GEMIS Bei den Na REA Produkten aus Braunkohle Feuerungen ist zumindest prinzipiell die Lage vergleichbar Dennoch sollen die Rauchgasgipse aus diesen Kraftwerken nach Betreiberwillen vermischt mit den Aschen und dem Abwasser deponiert werden Hieran gab es Kritik da eine Verwerung anfallender Reststoffe auch bei Kraftwerken vorrangig vor der Deponierung zu betreiben ist und gegen die geplante Deponierungstechnik Bedenken erhoben wurden lt OKO INSTITUT 1987 gt Bei anderen Entschwefelungsverfahren QT und T REA sowie der Wirbelschichtfeuerung f llt die berwiegende Menge der Aschen zusammen mit den Produkten der Entschwefelung an da beide in einer gemeinsamen Stufe aus dem Abgas entfernt werden WSF Aschen sind grunds tzlich ebenfalls in der Bauwirtschaft verwertbar wobei besonders geeignete M rkte in der Kalksandstein Industrie liegen Derzeit g nstige Verwertungschancen haben Aschen aus zirkulierenden WSF da die Anteile von CaO und von Sulfit am geringsten sind lt BATTELLE 1987 gt Die Produkte aus QT und T REA sind demgegen ber problematisch zu
188. e 26 Tabelle 27 Tabelle 28 Tabelle 29 Tabelle 30 Tabelle 31 Tabelle 32 Tabelle 33 Tabelle 34 Tabelle 35 Tabelle 36 Tabelle 37 Tabelle 38 Tabelle 39 Tabelle 40 Tabelle 41 Tabelle 42 Tabelle 43 Tabelle 44 Tabelle 45 Tabelle 46 Tabelle 47 Tabelle 48 Tabelle 49 Tabelle 50 Tabelle 51 GEMIS Emissionsfaktoren f r Braunkohle HKW 2uc nennen 63 Grenada 64 GEMIS Emissionsfaktoren f r L HKW nneneneneennsennsennnn 67 Grenzwerte f r Gas HKW nach TA Luft GFAVO ncnncesnersneesnnennnennnnen 67 GEMIS Emissionsfaktoren f r Gas HKW 22402220220er nennen 71 MVA Emissionsgrenzwerte nach der TA Luft eee eeeceseeeeeeneeenseenteeees 75 GEMIS Emissionsfaktoren f r MVA uuensessnersnnesnnennnennnnennnnnsnne nennen 78 Schwermetallinventare im Hausm ll 2u0r204r20Besnseennnersnnnsnnennne nenn 80 Schwermetallemissionen von MVA uuusesssesssessersnnssnnennnennnnennnnnsnnennne ern 80 Schwermetall Emissionen von MVA und Kohle HKW u ueee 80 Energiekenndaten der MVA Gegendruck Betrieb oonooonoccnnononocncooccnoncnnnos 82 Energiekenndaten eines mittleren Kohle HKW oooooooccconocconcononinanononcnononnnos 82 Nutzenergiebezogene Emissionen EDS STANDARD u nueersenennne 82 Nutzenergiebezogene Emissionen EDS BEST 2 224220 83 Nutzenergiebezogene Reststoffmeng
189. e Abgaskonzentrationen von Schadstoffen bei Verbrennungsprozessen auch von der zugef hrten Luftmenge abh ngt Bei der Zuf hrung der zur vollst ndigen Oxidation theoretisch notwendigen Verbrennungsluftmenge enth lt das entstehende Abgas keinen freien Sauerstoff O mehr w hrend im realen Anlagenbetrieb mehr Luft und damit Sauerstoff zugef hrt wird als theoretisch notwendig Dieser Luft berschu f hrt zu einer Verd nnung der Schadstoffe da zus tzlich zum entstehenden Verbrennungsabgas auch die bersch ssige Luft einen Teil des Abgases bildet Als Ma f r diesen Luft berschu wird der Restsauerstoffgehalt des Abgases herangezogen der in Volumen Prozenten Vol gemessen wird Bei unverd nntem Abgas kein Luft berschu betr gt der O Gehalt null und steigt mit zunehmendem berschu an Die gesetzlichen Emissionsbegrenzungen und Me werte von Abgasmessungen beziehen sich daher in der Regel auf einen O Gehalt des Abgases der zwischen 3 und 15 Vol liegt Anlage zu den Richtlinien zu 5 Hessisches Energiespargesetz Umweltanforderungen Stand 30 12 1986 Entwurf Hessischer Minister f r Wirtschaft und Technik Wiesbaden 13 Verordnung zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutz Gesetzes Gro feuerungs anlagen Verordnung 1 Allgemeine Verwaltungsvorschrift zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutz Gesetzes 1 Verordnung zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutz Gesetzes Kleinfeuerungsanlagen Verordnung
190. e Anbindung des Kraftwerks an das Bahnnetz wenigstens in der Schutzzone um das Kraftwerk herum zu ber cksichtigen Fl chen f r Umspannanlagen wurden nicht dem Kraftwerk zugeschlagen sondern sind mit in den Fl chenangaben f r bertragungseinrichtungen enthalten Die Fl chen von Industriekraftwerken und solchen die zum Betrieb einer Umwandlungsstufe ben tigt werden wurden i d R nicht als eigener Fl chenbedarf ber cksichtigt da wir davon ausgehen da diese voll in das jeweilige Betriebsgel nde eingebunden sind Oko Institut GhK WZ III 208 GEMIS Da der Fl chenaspekt bei fossilen und nuklearen Proze ketten stark von der Pri m renergiebereitstellung und dem Energietransport dominiert wird wurden f r die Kraftwerke kleinerer Leistung weitgehend Pauschalwerte eingesetzt die in Tabellen in Anhang 7 ersichtlich sind F r noch kleinere Anlagen z B 4 MW Gasturbine konnte auf konkrete Beispiele zur ckgegriffen werden Die regenerativen Energietr ger wurden gesondert behandelt da hierbei zus tzliche methodische Schwierigkeiten auftreten Bei Windkraftnutzung w ren als versiegelte Fl che nur die Fundamente der Turmkonstruktionen zu ber cksichtigen Da nun aber auch bei den konventionellen Kraftwerken nicht Gr nfl chen von tats chlich berbauten Fl chen unterschieden wurden wurde f r die Windkraftnutzung als Indikator f r den Fl chenbedarf die durch die Rotoren berstrichene Fl che be nutzt f r die eine direkte Nutzu
191. e Diskussion der Umweltwirkungen von Energiesystemen ein lt ERG 1980 gt Oko Institut GhK WZ III 212 GEMIS Mit Unfall wird dabei ein Ereignis bezeichnet bei dem Menschen zu Schaden kommen Explosionen Freisetzung von Giften usw Unter Risiko wird dagegen das Produkt von Unfallfolgen und Eintrittwahrscheinlichkeit verstanden wobei diese Definition aus der Versicherungsmathematik stammt Anstelle dieser engen Definition von Risiko wird oft der umfassende Risikoaspekt benutzt und eine Quantifizierung von Risiken versucht3 Dabei wird vom engen Begriff des Unfalls abstrahiert auf Umweltrisiken indem sowohl die Gesundheitsgefahren durch Unf lle als auch die mit der Emission von Schadstoffen verursachten Gesundheitssch den einbezogen werden Dieses Vorgehen ist sowohl von der Methodik wie auch der Datenlage her sehr kontrovers Als Hauptkritikpunkte an diesem Vorgehen sind u E die folgenden Aspekte zu nennen praktisch alle Risiken werden auf den Menschen bezogen wobei direkte gesundheitliche Aspekte Luftschadstoffe Unf lle dominieren d h Umwelt wird anthropozentrisch definiert und so ein gro er Teil des Problems z B bedrohte Arten kologisches Potential von Fl chen ausgeblendet es besteht extreme Unsicherheit tiber die H ufigkeit bzw die Wahrscheinlichkeit des Eintritts von Sch den z B Folgen von Kernschmelzunf llen das Ausma der Sch den ist ebenfalls unsicher da die quantitativen Faktoren zur Verk
192. e Erweiterung in Richtung Produktion erfolgen ber die Prim renergiegewinnung hinaus k nnten dabei die Rohstoffgewinnung deren Transport und Umwandlung sowie die Herstellung von Basisprodukten in den Algorithmus und die Datenbasis einbezogen werden womit ein volle Integration der Energieplanung materialbezogene Aspekte und der Reststoffseite Produktgutschriften m glich wird 7 3 2 Erweiterungen der Verarbeitungsmittel Eine u E wichtige Weiterentwicklungsoption des GEMIS Modells geht ber die bislang diskutierten Fragen hinaus indem neue Typen von Wissensverarbeitung f r einbezogen werden Unsere These hierbei ist da komplexe umweltbezogene Fragen im Energiebereich durch Erweiterungen der quantitativen GEMIS Modellbasis besser zu bearbeiten sind Als Erweiterungen kommen in Frage e halb quantitative Teilmodelle Sch tzverfahren Indikatorsysteme e qualitative Teilmodelle z B verbale Modelle e analysierende und evaluierende Prozesse Um beispielsweise das endogene Energiepotential einer Region zu erheben sind mittlerweile sowohl Sch tz wie auch Indikatormodelle statistisch gest tzt verf gbar Beim Vorhandensein fossiler Lagerst tten kommen die entsprechenden Typisierungs verfahren nach M chtigkeit usw hinzu Ein weiterentwickeltes GEMIS k nnte ein Werkzeug darstellen in dem die erforderlichen Teilmodelle Datenbasen und sonstigen Wissenskonstrukte zusammengef hrt wurden und das nur noch die Anpassung an die
193. e Kostenaspekte einer m glichen Klima nderung werden in der Studie auf der Basis der Kosten bestimmt die in der BRD durch zus tzliche Dammbauma nahmen aufgrund des ansteigenden Meeresspiegels anfallen k nnten Dabei werden die angesetzten Gesamtkosten f r diese eind mmende Ma nahme auf 2 5 5 Milliarden DM gesch tzt und nicht abdiskontiert auf 50 Jahre verteilt ber den prozentualen Anteil der fossilen Stromerzeugung an der CO2 Emission werden diese Kosten dann auf den j hrlichen Anteil umgelegt Dabei wird vernachl ssigt da nur rd 50 des Klimarisikos durch CO2 induziert werden lt ENQUETE 1988 gt Bezogen auf die fossile Stromerzeugung bedeuten die ISI Daten Klima Schadenskosten von rd 0 01 0 02 Pf1982 kWh Bei der Atomenergie gibt die Studie als Schaden die durch Krebstote bei Reaktorunf llen zu erwartenden volkswirtschaftliche Verluste durch entgangene Nettoinlandsproduktion an Dabei wird die Frage der Kosten des menschlichen Lebens explizit ausgeklammert und vielmehr auf dessen Wert abgestellt Oko Institut GhK WZ III 272 GEMIS Bei einem Schadenseintritt pro 2000 20000 Reaktorjahre einer Vabiation der Freisetzungsrate des radioaktiven Inventars 1 50 des Dosisfaktors 200 3700 Krebsf lle je Million person rem und der Bev lkerungsdichte 10 250 Personen jekm2 ergeben sich nach der ISI Rechnung entsprechende Folgekosten von 0 003 555 Pf1982 kWh Atomstrom d h eine Bandbreite von rd 5 Gr enord
194. e Umwelt und Gesundheits aspekte von Einwirkungen elektromagnetischer Felder EMF durchaus relevant sein k nnen und verweisen auf erhebliche Konsequenzen fiir die Elektrizit tserzeugung verteilung und nutzung wenn sich die EMF Verdachtsmomente erh rten sollten Eine dahingehende aktuelle Analyse und ggf Erg nzung des GEMIS Programms sollte im Zuge einer Fortschreibung durchgef hrt werden 7 2 GEMIS Weiterentwicklungen 7 2 1 Erg nzungen um weitere Umweltaspekte 5 vgl Power frequency electric and magnetic fiedls exposure effects research and regulation I Nair et al Carnegie Mellon University OTA Contractor Report Washington D C 1989 6 vgl Electric power wheeling and dealing US Congress Office of Technology Assessment Washington D C 1989 Oko Institut GhK WZ III 259 GEMIS Das GEMIS Programm bietet die Option ohne wesentliche Anderung weitere Umweltaspekte zu verarbeiten Hierzu ist es erforderlich fiir die jeweilig interessierenden Umweltaspekte die Kenndaten zu recherchieren und abzugleichen Als Erg nzungen sind u E sinnvoll e ausgew hlte Kohlenwasserstoffe e Schwermetall Emissionen insbesondere Cadmium Blei und Quecksilber e Abwasserbelastung differenziert nach Sauerstoff Bedarf anorganischen Salzen adsorbierbaren halogenierten Kohlenwasserstoffen 7 2 2 Programmoberfl che und Datenbasis Das GEMIS Modell beschr nkt sich z Zt auf monochrome Bildschirmausgabe und einfache Maskentechnik
195. e Verh ltnisse nur bei Importkohlen und aufbereiteten Brennstoffen z B Briketts der Fall Die Nutzung von Kohlen als Energietr ger ist dagegen weitgehend frei von Unfallgefahren hier dominieren andere Umweltaspekte die im Rahmen des GEMIS Projekts quantitativ behandelt werden Eine Ausnahme davon bildet der ggf erforderliche Lkw Transport von Aschen und Entschwefelungs Reststoffen lt IKE 1987 gt wobei diese Risiken aber durch die Wahl anderer Transportmittel Bahn Schiff und Verringerung der Transportdistanz durch Ansiedlung weiterverarbeitender Industrien in der N he der Standorte deutlich gesenkt werden kann Oko Institut GhK WZ III 214 GEMIS Hinsichtlich der Problematik von Gesundheitsgefahren durch radioaktive Niedrigstrahlung zeigen verschiedene Untersuchungen da die Folgedosis durch die Freisetzung von radioaktiven Edelgasen und Schwermetallen Thorium Uran zwar brutto in der Gr enordnung der Belastung durch den st r und unfallfreien Betrieb von Atomkraftwerken liegen PTB 1978 GSF 1980 aber global ein Ausgleich durch die Emission von 14C freiem CO erfolgt In fossilen Brennstoffen liegt der Anteil des radioaktiven Kohlenstoff Isotops 14C aufgrund der geologischen Bildungszeitr ume und der demgegen ber relativ kurzen Halbwertszeit von 14C sehr niedrig In der Atmosph re wird jedoch dieses radioaktive Isotop st ndig durch die kosmische H henstrahlung neu gebildet und belastet mit seiner Strahlung global die
196. e an Diese Aschen sind ohne nennenswerte Umweltbelastung zu verwerten sofern ihr Einsatzgebiet in der Baustoffindustrie liegt oder sie als F ller f r Asphalte verwertet werden In diesen F llen ist eine Mobilisierung der in den Aschen noch enthaltenen Schwermetalle unter tiblichen Bedingungen nicht zu erwarten Anders sind dagegen die bei der Entstaubung anfallenden Feinst ube einzusch tzen die hohe Schwermetallgehalte in relativ l slicher Form aufweisen Aschen von biogenen Brennstoffen k nnen in der Regel verwertet werden z B als Diinger hier ist au erdem die Schwermetallproblematik aufgrund geringerer Brennstoffinventare geringer Bei der Verbrennung von Holz und Stroh fallen die mineralischen Bestandteile der Brennstoffe als Asche an In den Aschen und Flugaschen von schlecht ausgelegten oder betriebenen Holz und Strohfeuerungen wurden z T beachtliche Mengen an organischen Verbindungen darunter auch PCDD PCDF festgestellt lt AHLING LINDSKOG 1982 gt lt LIS 1983 gt Moderne Holz und Strohheizsysteme weisen demgegen ber wegen der geringeren Schadstoffbildung ein deutlich vermindertes Schadpotential auf In einer Schweizer Studie wurden keine nennenswerten Schadstoffe in Holzaschen festgestellt die Schwermetallgehalte lagen im Bereich nat rlicher B den lt IFE 1988 gt 7 Je Molek l weist Methan ein ca 32 fach und je Masse ein rd 10 fach h heres Treibhauspotential auf als CO2 Ein z Zt laufendes Forschungsproj
197. e f r Energiewirtschaft AP REP 3 Besuchsbericht Hamburg Prof Page AP REP 4 Besuchsbericht Karlsruhe Tagung EDV Umwelt AP REP 5 Besuchsbericht Stadtwerke Rottweil AP REP 6 Besuchsbericht USA Aspects of Environmental Impact Analysis and Energy Planning in the United States of America Oko Institut GhK WZ III 314 GEMIS A 8 Abk rzungsverzeichnis AGFW AP BACT BHKW BImSchV BKS BPA Cd CnHm CO CO2 DeNOx DFVLR DOE EDS EMF EPA FFE GAU GEMIS Gew GFAVO GhK GT H2S HCl Hg HHS HKW Hu IIASA Arbeitsgemeinschaft Fernw rme Arbeitspapier Best Available Control Technology Block Heizkraftwerk Verordnung zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutz Gesetzes Braunkohlenstaub Bonneville Power Administration Cadmium Kohlenwasserstoffe Kohlenmonoxid Kohlendioxid Stickoxidminderung Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt f r Luft und Raumfahrt US Department of Energy Emissions Datensatz Elektromagnetische Felder US Environmental Protection Agency Forschungsstelle f r Energiewirtschaft Gr ter anzunehmender Unfall Gesamt Emissions Modell Integrierter Systeme Gewichts Prozent Gro feuerungsanlagen Verordnung 13 BImSchV Gesamthochschule Kassel Gasturbine Schwefelwasserstoff Chlorwasserstoff Fluorwasserstoff Quecksilber Holz Hackschnitzel Heizkraftwerk Heizwert Internationales Institut f r Angewandte Systemanalyse Oko Institut GhK WZ III 315 GEMIS IKE IOA ISI kW
198. e f r Schwefeldioxid belegen da f r diesen Schadstoff das BHKW eindeutig die beste Variante darstellt unabh ngig davon welcher Emissionsdatensatz gew hlt wurde Die Standortemissionen des BHKW sind vernachl ssigbar gering die Gesamtemissionen ebenfalls Bei den Stickoxiden f llt die Beurteilung dagegen differenzierter aus Das Kohle Heizkraftwerk ist in den Standort Emissionen sowie in den Gesamt Emissionen beim EDS STANDARD direkt mit der Gasheizung vergleichbar w hrend das BHKW STANDARD sowohl am Standort wie auch insgesamt deutlich h here NOx Emissionen aufweist als die anderen Optionen Oko Institut GhK WZ III 199 GEMIS Beim EDS BEST ist das BHKW fiir alle Betrachtungsebenen die emissinos rmste Option seine Standortemissionen sind geringer als die von Gaskesseln Das BHKW bewirkt in diesem Fall nicht nur tiberregional eine Emissionssenkung sondern auch am Standort Dies gilt ebenso ftir die Immissionen daher f hrt der BHKW BEST Einsatz insgesamt zu Umweltentlastungen vgl Exkurs 2 Kapitel 2 1 3 4 Sensitivit t der Stromgutschrift f r KWK Systeme Erg nzend zu den anlagenbezogenen Vergleichen ist mit GEMIS auch eine Analyse der Wirkung von ge nderten Rahmenbedingungen f r die Stromgutschrift bei Heizssystemen mit Kraft W rme Kopplung durchgef hrt worden Als Untersuchungsumfang wurden folgende nderungen ber cksichtigt Zubau von Atomkraftwerken Je nach Zubauumfang kann die Stromgutschrift f r Mittellast H
199. e mehr und welche weniger relevant oder problematisch hinsichtlich eines bestimmten Umweltaspektes anzusehen ist Schlie lich bleibt anzumerken da aus verschiedenen Gr nden die Diskussion von qualitativen Umweltaspekten berwiegend nur prim renergiespezifisch nicht aber anlagenbezogen zu f hren ist Einerseits werden die von uns als relevant charakterisierten Umweltaspekte nur in geringem Umfang durch die Nutzungstechniken der Prim renergien beeinflu t e Andererseits k nnen durch geeignete Vorbedingungen anlagenspezifische Aspekte weitgehend abgetrennt werden vgl Kapitel E 1 2 Schlie lich w rde die Vielfalt der Nutzungsoptionen Sekund r und Endenergiewandler zu einem Analyseaufwand f hren der im Rahmen des GEMIS Projekts nicht zu leisten w re Die im Rahmen des GEMIS Projekts erfolgte Ausgewertung von Studien und Energiekonzepten bei denen Umweltaspekte der Energiebereitstellung analysiert wurden ergab das alle Arbeiten in erster Linie auf Luftschadstoffemissionen als relevante Umweltaspekte abstellen vgl Kapitel 1 2 Auf Bewertungsgrundlagen f r diese Umweltaspekte wird sp ter eingegangen vgl Kapitel 5 2 In mehreren Arbeiten wurden zudem meist qualitativ auch andere Beeintr chtigungen Fl che Wasser Landschaft Lebensr ume und Tierarten diskutiert Bevor auf hierauf eingegangen wird sind zun chst einige Hinweise auf unser generelles Vorgehen hinsichtlich qualitativer Aspekte zu geben So
200. e sowie geringen Teilen Strom f r Pumpen und R hrwerke Eine Verdichtung oder Aufbereitung des Biogases wurde nicht angenommen der Energiebedarf der Entschwefelung nasse Absorption von H2S kann vernachl ssigt werden Eine Untersuchung der FAL gibt Strombedarfswerte im Bereich von 1 6 5 kWh m3 G llezufuhr an lt AHLGRIMM 1983 gt d nische Erfahrungen f r Zentral Biogasanlagen in Modulbauweise liegen bei 5 kWh m3 lt NELLEMANN 1989 gt Der Proze w rmebedarf f r Einzelanlagen liegt bei 35 f r Zentralanlagen sinkt er auf 20 lt KO INSTITUT 1988 gt lt NELLEMANN 1989 gt 24 Die Biogasanlage wird in einem vorhandenen G llelager eingebaut wozu im wesentlichen die Verlegung von Heizrohren und ein Folienspeicher f r die Gasfassung ben tigt werden Oko Institut GhK WZ III 160 GEMIS Die Bereitstellung der Proze w rme erfolgt f r die Einzelanlage mit einem biogasbetriebenen entstickten Kleinst BHKW einem sogenannten Total Energie Modul TOTEM vgl lt OKO INSTITUT 1988 gt bei der Zentralanlage mit einem Magermotor BHKW lt OKO INSTITUT 1989a gt Die Gasreinigung H S Abscheidung soll in beiden F llen mit einem nassen System erfolgen lt NELLEMANN 1989 gt Tabelle 159 Kenndaten der Biogas Einzelanlage Eingangsanbindung G lle Aufkommen Tabelle 160 Kenndaten des Biogas TOTEM Tabelle 161 Emissionsdaten des Biogas TOTEM Te e e aa Tem Re BI ee amp pm Tabelle 162 Kenndaten der Biogas Zentralanl
201. eben und Gesundheit im Zusammenhang mit der jeweiligen Prim renergiegewinnung und nutzung wird somit im GEMIS Projekt qualitativ behandelt Aufgrund der unterschiedlichen Auspr gung dieser Aspekte werden sie im folgenden prim renergiespezifisch diskutiert Fossile Prim renergien Die klassischen Risiken bei der Kohlenutzung lagen in der Vergangenheit ganz berwiegend bei Gesundheitsgefahren durch das sogenannte Staublungen Syndrom der Besch ftigten im Bergbau Durch verbesserte Technologien und Arbeitsschutz Ma nahmen konnte diese Gefahr in der BRD und im westlichen Ausland drastisch gesenkt werden soda die zuk nftige Kohlebereitstellung in dieser Hinsicht keine wesentliche Gefahrenquelle mehr darstellt Bei den festen fossilen Energietr gern liegen dagegen auch heute Unfallgefahren insbesondere bei der Gewinnung von Kohle im Tiefbau in geringerem Umfang auch beim Tagebau Trotz der in den letzten Jahrzehnten gestiegenen Mechanisierung und der Versch rfung von Arbeitssicherheitsvorschriften und einrichtungen sind die Unf lle je Werkt tigem an der oberen Grenze verglichen mit allen anderen Prim renergien lt KALLENBACH TH NE 1989 gt Die Unfallgefahren werden vor allem durch die Risikobeitr ge von Grubenungl cken mit Todesfolge f r ggf mehrere hundert Besch ftigte gepr gt lt UNEP 1981 gt Weitere Unfallrisiken bringt der Transport von Kohlen mit sich sofern er mit Lastkraftwagen erfolgt Dies ist f r bundesrepublikanisch
202. echterhaltung einer Mindest Luftwechselrate durch kontrollierte aktive oder passive L ftung erforderlich ist und daher bei fachgerechter Planung und Ausf hrung w rmeverlustreduzierende Ma nahmen zumindest die Luftqualit t in Innenr umen nicht verschlechtern sondern sogar verbessern k nnen lt FEIST 1986 gt Diese Aussage gilt auch im Hinblick auf die Innenraumbelastung durch Radon und Tochternuklide die in den USA diskutiert wird EPA 1987 88a b NAZAROFF NERO 1988 MAKOFSKE EDELSTEIN 1988 Andererseits ist die Belastung durch interne Schadstoffquellen unabh ngig von der Frage zu reduzieren ob ein Geb ude w rmeged mmt wurde oder nicht lt SRU 1987 gt um die gesundheitlichen Folgen von Reizgasen usw zu minimieren Hierzu kommt vor allem die Minderung an der Quelle in Frage d h die Vermeidung von schadstoffbelasteten Materialien Textilien Kleber etc oder Bildungsprozessen z B offene Feuerst tte ohne Abzug Diese Vermeidung betrifft auch die Wahl von D mmaterialien f r innen da diese auch ohne sch dliche Inhaltsstoffe wie Formaldehyd verf gbar sind Im amerikanischen Nordwesten sind mittlerweile solche Materialien vorgeschrieben wenn W rmed mmprogramme durchgef hrt werden lt BPA 1988 gt Durch Vorbedingungen vgl Kapitel 5 kann somit diesem Aspekt begegnet werden 4 2 4 Mikro kologie Ebenfalls nur qualitativ k nnen die Gef hrdung von Tier und Pflanzenarten behandelt werden wobei wir im folgenden allgem
203. ed Nations Environmental Program UNEP Nairobi VON ROLL 1987 Energieversorgungskonzept Kl ranlage Langen Egelsbach vonRoll AG 0 0 VDI 1984 Umweltschutz in der kommunalen Energieversorgung VDI Bericht Nr 543 D sseldorf Oko Institut GhK WZ III 17 GEMIS ZREE 1985 Planung Umsetzung und Bewertung von drei Konzepten zu Verwertung regionaleigener Energiepotentiale in der Planungsregion Oberpfalz Nord Band 3 Wirkungsanalyse EG Projekt Nr X VII 706 83 19 Zweckverband Regionale Entwicklung und Energie Regensburg Oko Institut GhK WZ III 18 GEMIS 2 Basisdaten Die vergleichende Analyse der Umweltaspekte von Energiesystemen beruht auf Kenntnissen tiber das Emissionsverhalten die Energieausnutzung sowie den Materialaufwand der betrachteten Systeme Im folgenden Berichtsteil B werden diese Basisdaten diskutiert soweit sie in das GEMIS Programm eingingen Kapitel 2 1 erl utert die Emissionsdaten fiir kohle l gas und biomassebetriebene Heizanlagen sowie Systeme mit Kraft W rme Kopplung In Kapitel 2 2 stehen die Grunddaten zur Energieausnutzung der in GEMIS aufgenommenen Heizsysteme zur Diskussion Hier werden die Nutzungsgrade von Heizanlagen abgeleitet also das Verh ltnis von bereitgestellter Warme zu ben tigtem Brennstoffeinsatz Hinzu kommt eine Darstellung der energetischen Kenndaten fiir Heizsysteme die auf Kraft W rme Kopplung beruhen sowie eine Erl uterung der fiir W rmetransporte Haus Nah und Fernw rmenetze
204. edlichen Gr nden jeweils die Gewichtung 1 Bei der Wasserkraftnutzung wurde auf das Problem der Unterbrechung von Wanderungsm glichkeiten und die Ver nderung verschiedener Gew sserparameter Aufheizung hingewiesen die zu drastischen Ver nderungen der Artenzusammensetzung f hren k nnen Die Holzbringung ebenso wie das Aufstellen von Windkraftanlagen in relativ unber hrten Gebieten kann zu einer erheblichen St rung der Lebenr ume von Tierarten f hren Oko Institut GhK WZ III 244 GEMIS 5 3 Monetarisierung von Umweltaspekten Neben der alleinigen Analyse und Bewertung der Umweltaspekte von Energiesystemen unter kologischen Gesichtspunkten stellt die sogenannte Monetarisierung von Umweltaspekten einen potentiellen Schritt zur Gesamtbewertung von Energieoptionen dar bei der auch konomische Aspekte eingehen Im Rahmen des GEMIS Projekts wurden daher die heute diskutierten Ans tze zur Monetarisierung charakterisiert und auf Einsatzm glichkeiten f r die vergleichende Umweltbewertung hin kritisch untersucht Dabei ist zu beachten da die monet re Umweltbewertung keinen Ersatz f r eine kologische Bewertung der Umweltaspekte sein kann da von den gesamten Umweltaspekten nur ein Teil quantifizierbar und hiervon wiederum ebenfalls nur ein Teil monetarisierbar ist wie dies schematisch die folgende Abbildung zeigt Abbildung 10 Kategorien von Umweltaspekten bersetzt nach lt ECO 1981 gt S 11 Zudem fu t jede Monetarisie
205. efunden wurden Die Inventare an Fluor wurden fiir Anthrazit mit 0 0023 Gew und fiir Briketts mit 0 006 Gew angegeben Die Freisetzung der Brennstoffinventare h ngt neben den Inventaren an basischen Substanzen vor allem von der Verbrennungstemperatur ab wobei fiir Chlor lastabh ngige Freisetzungen von 35 100 ermittelt wurden Besonders hohe Freisetzungen erreichen Universal Dauerbrenner UDB die wegen des relativ guten Ausbrands verst rkt Verwendung finden Bei Fluor ist die Freisetzung berwiegend quantitativ sofern keine Ad oder Absorption im Rauchgasweg stattfinden Fir Chlor ist u E von einer Freisetzung von 80 des Inventars auszugehen bei Fluor von 100 Bei Cl Inventaren von 0 1 Gew und F Gehalten von 0 005 Gew ergeben sich als Emis sionsfaktoren 24 kg TJ HC und 0 15 kg TJ HP Anlagen mit Abgasw schern Blockheizungen scheiden sowohl HCl wie auch HF im Bereich von 90 ab womit Werte von 3 kg TJ HCI und 0 015 kg TJ HF als Regelfall anzunehmen sind Staub Die Staub Abgaben von kohlegefeuerten W rmeerzeugern k nnen abh ngig vom Aschegehalt und Feuerungsart sehr hohe Werte annehmen Durch die Novellierung der Verordnung tiber Kleinfeuerungsanlagen 1 BImSchV wurden die Emis sionsbegrenzungen fiir Anlagen mit fossilen Festbrennstoffen vereinheitlicht womit sich fiir Staub Emissionswerte von max 60 kg TJ bei Anlagen bis zu 1 MWth Feuerungsw rmeleistung ergeben Da uns bislang keine Me werte b
206. egewinnung bis zur Nutzenergiebereitstellung mit ein oder versuchen dies zumindest weitgehend In einigen Arbeiten wird auch die Umweltbelastung durch die Materialherstellung zum Bau der Energiewandler ber cksichtigt Zu betrachtende Umweltaspekte Alle ausgewerteten Arbeiten stellen in erster Linie auf Luftschadstoffemissionen als relevante Umweltaspekte ab In mehreren Arbeiten werden zudem meist qualitativ auch andere Beeintr chtigungen Fl che Wasser Landschaft diskutiert Hinsichtlich der einzubeziehenden Luftschadstoffe zeigt die Datenanalyse da ganz berwiegend Schwefeldioxid SO Stickoxide NO und Staub erfa t wurden weniger oft dagegen Kohlendioxid CO2 Sehr unterschiedliche Emissionsdaten wurden bei Kohlenwasserstoffen C Hm und Kohlenmonoxid CO festgestellt Aggregationsm glichkeiten Die in nur wenigen Studien versuchte Zusammenfassung von Umweltaspekten durch Emissions Indizes oder Risikozahlen k nnen einer kritischen Analyse nicht standhalten Einer Studie f r die EG lt AURA 1983 gt zufolge sind weitgehend unaggregierte Ergebnisse den Entscheidern zu pr sentieren Eine Studie ber Umweltbilanzierung folgert da unaggregierte Darstellungen von Umwelteinfl ssen am ehesten wirksame Entscheidungen zulassen lt BECHMANN 1985 gt G te und Verwendbarkeit von Datenbasen Die in die Auswertung einbezogenen Studien liefern ein recht buntscheckiges Bild ber das Emissionsverhalten von Anlagen da sie seh
207. ehend von der amerikanischen Diskussion ber die energetischen Erntefaktoren bei Atomkraftwerken griffen auch deutsche Arbeiten dieses Thema in den 70er Jahren auf lt KOLB ET AL 1975 gt Neben der Analyse des Materialaufwands f r AKW wurde die Datenlage vertieft und die Analyse verallgemeinert WAGNER TUROWSKI 1977 1979 WAGNER 1978 Die Fragestellung wird bis heute bearbeitet JENSCH 1988 HARTMANN 1986 WAGNER 1986 Dar ber hinaus haben weitere Autoren insbesondere im Zusammenhang mit der Analyse von Energiebilanzen bei W rmed mmaterialen Werte eruiert lt MARME SEEBERGER 1982 gt Weitere Arbeiten wurden von Mitarbeitern der TU M nchen HARTMANN 1986 JENSCH 1988 durch gef hrt wobei f r die energetischen Materialvorleistungen der Begriff des kumulierten Energieverbrauchs gepr gt wurde Als weitere Quelle kommen Untersuchungen der DFVLR in Frage die im Zuge von Arbeiten zur Wasserstoff Technologie entstanden DFVLR 1988 WINTER NITSCH 1986 Beide greifen auf die 0 g KFA Daten sowie internationale Studien zur ck und modifizieren die Daten z T durch eigene Recherchen Vor dem Hintergrund dieser Studien wurden im Zuge der GEMIS Arbeiten eigene Daten ermittelt die den Stand der Dinge zu Beginn der 90er Jahre beschreiben sollen Dieser Bezugszeitpunkt wurde gew hlt da die bei Energieplanungen in Frage kommenden neuen Energiesysteme f r diesem Modell Bezugszeitpunkt zu betrachten sind Oko Institut GhK WZ III 172 GEMIS Das Vor
208. ei sich die eigentliche Verbrennung Oxidation des gebildeten Gases als zweite Phase anschlie t Danach wird der feste Anteil der Holzmasse Holzkohle der bei nur 15 20 der gesamten Holzmasse liegt verbrannt F r eine emissionsarme Verbrennung sind die Feuerungen so zu konzipieren da sie dem o g Verbrennungsverhalten gen gen d h mindestens eine Aufteilung in Prim r und Sekund rverbrennung Bei der Entgasungsphase ist nur wenig Luft Sauerstoff erforderlich w hrend die Verbrennung der gebildeten Pyrolysegase mit Sekund rluft nur dann vollst ndig verl uft wenn die zugef hrte Luft sich mit dem Brenngas gut vermischt Vorw rmung Turbulenz und die relativ langen Flammen nicht durch W rmetauscher gek hlt werden Die Konstruktion von Holzfeuerungen mu demnach auch eine Trennung des Feuerraums bzw der Nachbrennkammer von der W rmeauskopplung Kessel Heizfl chen erlauben Oko Institut GhK WZ III 40 GEMIS Die dritte bedeutsame Gr e f r die Holzverbrennung ist die Stiickigkeit Da Holz eine relativ geringe W rmeleitf higkeit besitzt verl uft die Erw rmung des Holzes bei gro en St cken Scheite inho mogen w hrend die u eren Bereiche des Scheitholzes schon entgasen wird aus dem inneren Bereich noch Wasserdampf freigesetzt Dies f hrt zur Bildung von Zonen geringer Temperatur oder Luftmangel die die Verbrennungsg te nachteilig beeinflussen Je kleiner die zu verbrennenden Holzst cke sind umso gr er
209. eichen und das gerade so die schwankenden SO Gehalte der Abgase von Rohbraunkohlefeuerungen beherrschbar sind lt VDI 1984 gt Die REA f r rheinische Roh Braunkohlenfeuerungen sind wegen der Spitzenbeladungen so auszulegen da ber 95 des im Rohgas enthaltenen SO abgeschieden werden kann lt KO INSTITUT 1987 gt Bei einer max Rohgasbeladung von 4 300 mg m nach RWE Angaben f hrt eine REA mit mehr als 90 Abscheidung auf Reingaswerte unter 400 mg m Unter Beachtung der mittleren Rohgasbeladung kann daher grunds tzlich von SO Reingaswerten unter 200 mg n ausgegangen werden als Jahresmittel wird sich entsprechend des Schwefelgehaltes von 0 35 Gew bei 25 Ascheeinbindung ein Wert von rd 100 mg m einstellen Dies entspricht einem Emissionsfaktor von rd 41 kg TJ 6 Vol O im Datensatz STANDARD Auch bei gro en HKW auf der Basis zirkulierender WSF sind diese Werte einhaltbar der Emissionsfaktor liegt hier bei 44 kg TJ 7 Vol O3 Oko Institut GhK WZ III 62 GEMIS Im EDS BEST ist davon auszugehen da die Na REA einen Abscheidegrad von 95 erzielen vgl die Diskussion zur Steinkohle Bei 25 Ascheeinbindung ergibt sich ber den Schwefelgehalt der Rohbraunkohle ein Reingaswert von 50 mg m d h 20 kg TJ 6 Vol O bzw 22 kg TJ 7 Vol O2 f r ZWSF Die Stickoxidemissionen von gro en Rohbraunkohle Kraftwerke sollen nach derzeitigem Planungsstand der RWE allein durch prim re Ma nahmen auf den GFAVO UMK Grenzwer
210. eicherung DIF USION ocoococnoncccnoncccnnncncnnnnccnnncnnnn 150 Kenndaten der Uran Anreicherung Zentrifuge ooooooccccnocccnonccconnnnonnnncnnnnnnonno 150 Kenndaten der Uran Brennelementfabrik 22002 244220 nennen nennen 151 Kenndaten der Proze kette Uran frei AKW uuccsssessnsnssnnensnnennnnn 151 Kenndaliendes Hol o a 152 Kenndaten der Proze kette Holz frei Haus oocoonnococnnocccnoncccnnnnnonnnnccnoncnonns 153 Kenndaten der Holz HS Herstellung 2224002200002200enssnsenssnennnn 154 Kenndaten der Holz HS Trocknung 222002224002200sssnsenssnnennnnennnenn 154 Kenndaten des Hol HS Wi ada 154 Kenndaten der Proze kette Holz HS frei Haus ococonococnoncccnoncnconancnnnnan nn 155 Kenndaten der Proze kette HHS trocken frei Haus 00 ee eeeeeeeeeeneeeneeees 155 Kenndaten des Hol Ver ase siiiic asscastvacsavegiavsasasesuscedquasavin sicsaaeeatonachonvtvsanes 156 Emissionsdaten des Holzgas BHKW cccssscecssceeceeeeecseececseeeeeeneeeenaeees 156 Kenndaten der Proze kette Holzes nun ea 157 Kenndaten des Strob LKW citiinciasiaidab aaa 157 Kenndaten der Strohcob Herstellung coocoonnococnnoccconncccnonccononcnonnnncnnnncconn 158 Oko Institut GhK WZ III xiv GEMIS Tabelle 156 Tabelle 157 Tabelle 158 Tabelle 159 Tabelle 160 Tabelle 161 Tabelle 162 Tabelle 163 Tabelle 164 Tabelle 165 Tabelle 166 Tabelle 167
211. eiden umgesetzt Emissionen anderer organischer Spurenstoffe ber PCDD F hinaus emittieren MVA eine gro e Zahl weiterer organischer Verbindungen darunter besonders bromierte Dioxine Furane polychlorierte Naphthaline Fluoranthene Pyrene Benzole Benzonitrile und Biphenyle Eine bersicht zu Daten ber Emissionen von organischen Schadstoffen aus MVAs gibt lt KO INSTITUT 1988 gt Diese Zusammenstellung zeigt da aus MVA PCDDY F in betr chtlichen Mengen emittiert werden kann und auch die modernsten Anlagen im Abgas 2 3 7 8 TCDD Aquivalent Konzentrationen aufweisen die oberhalb des schwedischen Grenzwertes von 0 1 ng m liegen Schwermetalle ber die organischen Schadstoffe hinaus sind die Schwermetalle als nichtklassische Schadstoffgruppe f r MVA relevant Im Hausm ll sind Schwermetalle insbesondere in den Kunststoff Organik und Metallfraktionen sowie in der Siebfraktion lt 8 mm enthalten lt LORBER 1983 gt lt UBA 1983 gt Da bislang keine Aussortierung der Kunststoffe oder der Metalle in nennenswertem Umfang geplant ist wird auch in Zukunft dieses Inventar bei MVA zu erwarten sein EDS STANDARD Oko Institut GhK WZ III 80 GEMIS Quantitative Angaben ber die Inventare schwanken naturgem wegen der inhomogenen Zusammensetzung des Hausm lls regional und saisonal Nach der bundesweiten Hausm ll Analyse und nachfolgenden Arbeiten sind folgende Inventare an Schwermetallen zu unterstellen Tabelle 33 Schwermet
212. eine m glichst nachvollziehbare und konsistente Datenbasis f r das Programm zu definieren wurde eine Aufteilung der Materialdaten in f nf Bereiche vorgenommen denen jeweils eine spezifische Datenquelle zugeordnet ist vorgelagerte Proze ketten ohne Uran ausgehend von INFRAS HASA und DOE Daten erg nzt um eigene Absch tzungen vorgelagerte Proze kette f r Uran ohne Atomkraftwerk ausgehend von den DOE Daten e Kraftwerke und Stromnetz ausgehend von den IFE Daten e endenergienutzende Anlagen Heizsysteme inkl Hausverteilung ausgehend von der DIW ISI Studie e regenerative Energiesysteme Biomasse Solar Wind und Wasserkraftwerke ausgehend von DFVLR und DOE Daten sowie eigenen Abschatzungen Der Bereich der endenergienutzenden Heizsysteme stellt u E die h rteste Datenbasis dar gefolgt von den Daten fiir die fossilen Brennstoffe die Urankette und die regenerativen Energiesysteme Fiir die Kraftwerke und das Stromnetz konnten nur Sch tzwerte angesetzt werden Der Einflu der Materialdaten auf die Emissionen ist hier aber gering soda auch bei einer deutlichen ber oder Untersch tzung keine nennenswerten Fehler auftreten F r die Materialdaten der vorgelagerten Ketten fossiler Brennstoffe wurden sofern keine anderen Werte vorliegen die INFRAS Angaben f r Stahl verwendet Eine Auflistung der GEMIS Materialvektoren gibt Anhang 6 2 4 3 Literatur zu Kapitel 2 4 AULICH SCHULZE STRAKE 1986 Energier ckla
213. einer thermischen Nutzleistung von knapp 1 MW bieten Damit kann dieses System in vielen Einzelobjekten Schwimmb der Krankenh user eingesetzt werden und auch modular als Ausgangspunkt fiir Nahw rme Inseln dienen Zusammenfassung fiir KWK Systeme in GEMIS Die vorstehend diskutierten Werte f r die energetischen Kenndaten der KWK Systeme im GEMIS Programm werden in der folgenden Tabelle zusammengefa t Tabelle 49 Kenndaten von KWK Systemen in GEMIS Prem nn on m m erw f f o C A CA 2 2 6 Kenndaten der W rmeverteilungs Systeme Die von Heizsystemen bereitgestellte W rme mu zu den Heizk rpern transportiert werden wof r je nach Anlagen zentral dezentral verschiedene Verteilungssysteme genutzt werden Im folgenden werden die Kenndaten dieser Anlagen diskutiert Zentralheizsysteme Die Leitungsverluste im W rmeverteilnetz sind stark von der Systemauslegung insbesondere der W rmed mmung der Rohre abh ngig Nach Angaben einer HMWT Studie betragen die Verluste 4 6 der von Heizsystem abgegebenen W rme lt HMWT 1987 gt andere Autoren rechnen pauschal mit einem Verlustwert von 5 lt JUNG 1985 gt lt MAIER 1986 gt F r neue Niedertemperatur Heizsysteme ist nach Absch tzungen der EBOK bei richtiger Dimensionierung der Rohrd mmung und Rohrverlegung nur noch mit 2 Verteilverlusten zu rechnen lt EBOK 1988 gt wobei dieser Wert auch von PROGNOS f r Niedertemperatur Heizsysteme verwendet wird lt PROGNOS 19
214. einer von Auswirkungen auf die Mikro kologie sprechen F r diese Aspekte ist eine starke Standort Abh ngigkeit gegeben die generelle Vergleiche erschwert Hier sind Konsequenzen f r die Bewertung dieser Aspekte zu ziehen vgl Kapitel 5 Oko Institut GhK WZ III 217 GEMIS Fossile Primdrenergien Bei fossilen Energien beruhen die Beeintr chtigungen der Tier und Pflanzenwelt vor allem auf der drastischen Ver nderungen nat rlicher Fl chen bei der Energiegewinnung in geringem Ma e auch auf Fl chenverbr uchen bei der Reststoffentsorgung und zus tzlich auftretenden Gew sserbelastungen lt PLAZA 1983 gt Obwohl vorausgesetzt wird da Fl chen die direkt dem Biotopschutz unterstehen von einer Nutzung ausgeschlossen werden vgl Kapitel 5 verbleiben zumindest unter mitteleurop ischen Verh ltnissen eine ganze Reihe von Problemen die mit gro fl chigen Ver nderung der Wasserregimes der Entfernung der Vegetationsschicht und dem Aufbau von Barrieren die Wanderungsbewegungen verhindern verbunden sind Allerdings ist umstritten ob irreversible Ver nderungen in Gang gesetzt werden oder ob durch sp tere RekultivierungsmaBnahmen der die Fl chen mit ca 10 15 Jahren zeitlicher Verz gerungen zugef hrt werden der urspr ngliche Lebensraum f r Tier und Pflanzenwelt wieder hergestellt werden kann lt BRENNER 1984 gt oder ob nicht sogar wie von verschiedener Seite eingewandt die Lebensbedingungen durch eine
215. einkohle wie auch BKS nutzen kann Als Referenz Werte gelten hier die Daten in lt JENSCH 1988 gt die gut mit Daten f r neue HKW in Frankfurt und Offenbach bereinstimmen lt TRAUBE 1987 gt Oko Institut GhK WZ III 99 GEMIS Heizkraftwerke fiir Heiz l bzw Diesel Als Standard Anlagen betrachten wir ein kleineres Gegendruck HKW mit Heiz l EL Feuerung sowie ein gro es und ein kleines Diesel BHKW Kleines Gegendruck Heizkraftwerk Das Referenz HKW wird nach der FFE DFG Studie lt JENSCH 1988 gt ausgelegt die gut mit Werten der WEC Studie bereinstimmt Wegen der nicht erforderlichen Rauchgasreinigung beim Betrieb mit Heiz l EL erzielt diese Anlage g nstigere Stromausbeuten als das Kohle Gegendruck HKW Motor BHKW Als gro es Dieselmotor BHKW setzen wir einen Schiffsdiesel an der mit einer SCR Anlage entstickt wird Diese Anlage erzielt nach verschiedenen Studien sehr hohe Stromausbeuten lt EGES 1987 gt lt TRAUBE 1987 gt lt WEC 1988 gt und stellt energetisch gesehen das effektivste System aller KWK Anlagen dar Das kleinere Dieselmotor BHKW setzt einen gedrosselten Pkw Motor ein energetisch ist dieses System gleichwertig mit dem Gasmotor BHKW vgl unten Heizkraftwerke f r Erdgas Als Standard Anlagen betrachten wir wie beim Heiz l ein kleineres Gegendruck HKW mit Gasfeuerung sowie ein gro es und ein kleines Motor BHKW Erg nzend werden auch zwei Gasturbinen dargestellt Kleines Gegendruck Heizkraftwerk
216. eis daf r da ein Wald durch Schadstoffeintrag stark gesch digt wird hinsichtlich des Holzes relativ genau ber den Verkaufspreis pro Festmeter ermittelt werden F r die durch den Schadstoffeintrag ausfallenden Umweltfunktionen des Waldes Pufferung von Temperatur Niederschlags und Windextremen Habitat f r Tiere und Pflanzen jedoch ist kein direkter Preis vorhanden da diese Leistungen weder ver noch gekauft werden Die Monetarisierung versucht nun dennoch einen Preis f r diese G ter ber indirekte Methoden zu bestimmen Als Mittel hierzu dienen vier Ans tze lt ECO 1981 gt lt ENDRES 1985 gt lt RUBIK 1985 gt lt OECD 1989 gt e der potentielle Preis den Einzelne f r den Erhalt eines Umwelt Gutes zu zahlen gewillt sind und der durch Befragung erhoben wird willingness to pay e der kompensatorische Preis f r den Einzelne auf ein Umwelt Gut zu verzichten gewillt sind und der gleichfalls durch Befragung erhoben wird willingness to sell e die Schadenskosten die durch Ausfall oder Beeintr chtigung eines Umwelt Gutes entstehen e die Ersatzkosten zur Substitution eines Umwelt Gutes durch andere id R technische Leistungen 1 Einen berblick zum Anwendungsstand und zur Kritik der Konzeption geben lt SHRADER FRECHETTE 1985 gt und lt UNEP 1985 gt Oko Institut GhK WZ III 266 GEMIS F r die erste Methoden gibt es zwar einige empirische Untersuchungen fiir die BRD vor allem lt SCHULZ 1985 gt ih
217. eizkraftwerke geringer werden e Zubau von KWK Systemen Wenn ein breiter und rascher Zubau von KWK Systemen erfolgt kann den zus tzlichen KWK Systemen nicht mehr eine volle Stromgutschrift auf der Basis von Kondensationskraftwerken angerechnet werden da zumindest teilweise KWK Strom ersetzt w rde Zubau von regenerativen Energiesystemen hnliches gilt wenn gr ere Anteile Strom aus Wasser Wind oder Sonnenenergie erzeugt w rden Diese Fragestellung l t sich am ehesten durch extreme Annahmen Grenzbetrachtung problematisieren Um die nderung der Stromgutschrift f r die jeweils ung nstigste Situation zu bestimmen wurden mit GEMIS Szenarien berechnet die die Effekte auf die w rmebezogenen Emissionen von Heizkraftwerken zeigen In Referenz wurde als Vergleich die Standard Stromgutschrift 100 Steinkohlestrom unterstellt es dient als Basis f r die anderen F lle In Szenario 1 erfolgt die Stromgutschrift durch 100 Atomstrom dieser Fall stellt die vollst ndige Verdr ngung von Steinkohle aus der Mittellast dar Im Szenario 2 wurde f r die Stromgutschrift zu 100 ein stromseitiges Kohle HKW verwendet vgl oben um den Grenzfall der vollst ndigen Kraft W rme Kopplung auf Kohlebasis in der Mittellast abzubilden In Szenario 3 dagegen wurde f r die Stromgutschrift zu 100 ein stromseitiges Gas BHKW angesetzt um den Grenzfall der vollst ndigen Kraft W rme Kopplung auf Erdgasbasis in der Mitte
218. ekt versucht u a mit Hilfe des GEMIS Programms die Datenbasis f r klimarelevante Emissionen zu verbessern lt KO INSTITUT 1989c gt Bei einer Verwertung der Filterst ube in der Baustoffindustrie k nnte sich bei steigendem Bauschutt Recycling ein Umweltproblem ergeben weshalb solche St ube z B durch gezielte Auslaugung konditioniert und erst dann verwertet oder gelagert werden sollten Oko Institut GhK WZ III 238 GEMIS Die Verwendung solcher Aschen als Diinger bringt beim derzeitigen Kenntnisstand keine besonderen Umweltprobleme sondern bietet wegen des hohen Mineralgehalts Vorteile eine Auswaschung von Schwermetallen ist nach schwedischen Untersuchungen nicht zu erwarten lt STEV 1983 gt In Osterreich werden die Aschen eines Strohheizwerks mit Wasser bespriiht und Feldern ausgebracht lt ANO 1986 gt Die quantitativ wichtigsten festen Reststoffe von Miillverbrennungsanlagen sind die Schlacken die bei der Verbrennung entstehen Schlacke besteht im wesentlichen aus den inerten Fraktionen des Miillinputs Uber die Verwertung dieses Reststoffs besteht Uneinigkeit da z T Schwermetalle l s liche anorganische Salze und organische Spurenstoffe z B Dioxine enthalten sind die bei Kontakt mit Wasser oder anderen L semitteln oder in saurer Umgebung mobilisiert werden k nnen Als zweite Komponente fallen Reststoffe aus der Entstaubung an Diese Filterst ube enthalten einerseits Schwermetalle und organische Spurenstoffe in angereic
219. ekte ausgehen zit n lt F RB CK 1987 gt S 41 Von den Luftschadstoffen werden in allen Konzepten Emissionen an SO NO und mit zwei Ausnahmen Staub ber cksichtigt In der Mehrzahl der Energiekonzepte werden noch CO und C H betrachtet in wenigen Konzepten auch Halogene und in nur einer Studie CO Oko Institut GhK WZ III 9 GEMIS Eine Begriindung der betrachteten Schadstoffe wird in der Regel nicht gegeben da aber die meisten Konzepte ihre Daten aus allgemeinen Studien vgl oben beziehen liegt es nahe die dort vorgefundenen Werte zu verwenden Neben den Emissionen werden in keinem der hessischen Energiekonzepte die daraus resultierenden Immissionen betrachtet Die meisten Konzepte unterteilen vielmehr die Emissionen in einen Anteil am Standort und eine berregionale Komponente zur Verrechnung der Stromgutschrift oder der vorgelagerten Proze stufen Damit soll ein Hinweis auf die rtliche Belastung gegeben werden ber die Emissionsbilanzierung hinaus wird in der Mehrzahl der Konzepte auch die Prim renergiebilanz bzw als spezifische Gr e der relative Brennstoffaufwand der Energiesysteme bestimmt Diese Kenngr e kann als Indikator f r den Aspekt Ressourcenschonung dienen allerdings wird dies nur in wenigen Konzepten auch so interpretiert Meist wird diese Bilanzierung ohne weitere Kommentierung aufgestellt Die oft aufgestellte Forderung zwar Luftschadstoffe in den Mittelpunkt der Umweltanalyse zu stellen dar
220. elegt Zur Berechnung von Emissionsfaktoren aus Angaben zur Abgaskonzentration ist es bei gegebenem Brennstoff erforderlich das je Einheit Brennstoffw rme entstehende Abgasvolumen zu bestimmen Hierzu dient die Verbrennungsrechnung bei der aus einer Elementaranalyse das theoretische Verbrennungsluft und Abgasvolumina abgeleitet werden sowie die Berechnung des Heizwertes aus den Stoffkomponenten Der Umrechnungsfaktor Vsp zwischen Abgaskonzentration CAbg und brennstoffbezogenem Emissionsfaktor EFBr ergibt sich dann durch das Abgasvolumen VAbgas tr dividiert durch den unteren Heizwert Hu EFs Cabe pe Vsp wobei Vos Vabgas tr Hu Als Einheit von EF ergibt sich kg TJ mg MJ wenn Cay in mg m und V in m MJ Vabeas tr IN nP kg bzw m m und H in MJ kg bzw MJ m gegeben sind Im folgenden wird die im GEMIS Rechenprogramm implementierte Verbrennungsrechnung fiir feste und fliissige sowie gasf rmige Brennstoffe Kapitel B 5 3 1 erl utert die Berechnung des unteren Heizwerts Kapitel B 5 3 3 sowie die ebenfalls implementierte statistische Verbrennungsrechnung Kapitel B 5 3 4 dargestellt Die Verbrennung Bei der Verbrennung reagieren die brennbaren Bestandteile unter W rmeabgabe mit Sauerstoff der aus der zugef hrten Luftmenge bzw dem Brennstoff selbst geliefert wird Die hierbei ablaufenden chemischen Reaktionen sind z T sehr kompliziert und gehen ber verschiedene Zwischenstufen und produkte f r die entstehende A
221. elle 41 Nutzungsgrade von Heizsystemen emee YS es CE CE EEC CA CAM CA E A A AA ESE CL CA A en en Angaben in bezogen auf bereitgestellte W rme Anmerkungen 1 WP bedeutet Warmepumpe 2 bivalente WP mit Direktheizung monov WP mit W rmequelle Grundwasser 3 alle W rmepumpen mit W rmequelle Luft Als weitere Untersuchungen wurde eine Heizsystemstudie der KFA Jiilich lt KFA 1983 gt sowie eine Prognos Studie lt PROGNOS 1987 gt herangezogen die beide die Verluste der W rmeverteilung mit in den Nutzungsgrad einbeziehen Die folgende Tabelle zeigt die entsprechenden Werte 1 Im GEMIS Programm wird die Nutzenergiebereitstellung als Bezugsgr e f r vergleichende Analysen herangezogen da sie technisch physikalisch bestimmt werden kann Die fiir eine bestimmte Energiedienstleistung warmer Raum ben tigte Nutzenergiemenge wird durch das Nutzerverhalten beeinflu t ber dessen Ausma jedoch keine allgemein g ltigen Erkenntnisse vorliegen Durch die f r GEMIS gew hlte Bezugsgr e wird die Diskussion ber den Nutzenergieaufwand je Energiedienstleistung von Einzel gegen ber Sammelheizungen ausgeklammert Die physikalisch technische Definition des Nutzenergiebedars also die Ausklammerung des Nutzerverhaltens wird auch von der Elektrizit tswirtschaft getragen lt VDEW 1989 gt Oko Institut GhK WZ III 95 GEMIS Tabelle 42 Heizsystem Nutzungsgrade nach KFA und PROGNOS Angaben in inkl Verteilverlu
222. elle Technik oder methodischen Ansatz um Umweltkosten ber die allgemeine programmatische Forderung des Power Acts hinaus in seine Stromplanung einzubeziehen Als Konsequenz aus dieser Sachlage hat BPA mittlerweile anderweitige Konzepte entwickelt um Umweltaspekte nichtmonetarisiert in seine Planung zu integrieren vgl Kapitel E 1 2 Schlie lich ist anzumerken da im Dezember 1988 ein neues Projekt in den USA gestartet wurde bei dem eine aktuelle Analyse der Umweltkosten und Monetarisierungsans tze f r die Verh ltnisse in den Vereinigten Staaten versucht und eine Datengrundlage f r ein least environmental cost planning des regionalen EVU im Staat New York geschaffen werden soll lt OTTINGER 1988 gt Ergebnisse sind nicht vor Herbst 1989 zu erwarten werden dann aber zur Verf gung stehen lt OTTINGER 1989 gt und in einer aktuellen deutschen Untersuchung einbezogen lt KO INSTITUT 1989c gt Deutsche Ans tze Seit etwa 1980 wird auch in der BRD verst rkt ber die Monetarisierung von Umweltaspekten diskutiert lt UBA 1987 gt Aktuelle Daten zu den Kosten der Umweltsch den sind vor allem durch das Umweltbundesamt abgesch tzt worden lt WICKE 1986 gt einen berblick zu den Daten geben lt LEPRICH FRITSCHE 1989 gt Der Sachverst ndigenrat f r Umwelt hat im Umweltgutachten 1987 ebenfalls eine Zusammenstellung von Arbeiten aufgenommen lt SRU 1988 gt Oko Institut GhK WZ III 270 GEMIS Die deutschen Studien zeichnen sich ge
223. en 24rns0ersnersnnennnennnnennen nme 83 Nutzungsgrade von Heizsystemen 20022442s0B4snnernnnennnersnnennnennnnennnen sense 94 Heizsystem Nutzungsgrade nach KFA und PROGNOS uc seen 95 Kenndaten der E WP bivalent OL ccccccscssssssssscssssessssssesesseseescssseeseseenesees 96 Kenndaten von KWK Systemen lt WEC 1988 gt ooooococccocccooccnocncnoncconccnnncnnnoos 97 Kenndaten von KWK Systemen lt EGES 198 T gt oooooccocccocccooccnocncnoncconcnnnnnnnnoos 97 Kenndaten von KWK Systemen lt JENSCH 1988 gt ocococconocccoocococcconccnnncnanoss 97 Kenndaten von KWK Systemen lt FICHTNER 1986 gt secese 98 Kenndaten von KWK Systemen lt TRAUBE 1987 gt 00ooccococccocccnoncconncannnnnnnos 98 Kenndaten von KWK Systemen in GEMIS u 22222202snersnnennnennnnennnen nn 100 Effektive Nutzungsgrade von GEMIS Heizsystemen ur 2242220 100 Kenndaten des Nahw rme Netzes 22 2220022402 2002 snnennnnennnensnnennennnnennnon een 101 Oko Institut GhK WZ III x GEMIS Tabelle 52 Tabelle 53 Tabelle 54 Tabelle 55 Tabelle 56 Tabelle 57 Tabelle 58 Tabelle 59 Tabelle 60 Tabelle 61 Tabelle 62 Tabelle 63 Tabelle 64 Tabelle 65 Tabelle 66 Tabelle 67 Tabelle 68 Tabelle 69 Tabelle 70 Tabelle 71 Tabelle 72 Tabelle 73 Tabelle 74 Tabelle 75 Tabelle 76 Tabelle 77 Kenndaten des Fernw rme NetzeS ocooccconccoonnnonncnonnconnnon
224. en Eine neue Nachtstromspeicherheizung ersetzt eine bestehende E Heizung bzw ein EVU kann zus tzlich Heizstrom aus bestehenden Kraftwerken liefern Bei dieser Durchschnittsbetrachtung mu der Teil des Kraftwerksparks f r die Emissionsbetrachtung herangezogen werden der bisher den Heizstrom erzeugte oder noch Heizstrom bereitstellen kann Eine Nachtstromspeicherheizung kommt als Neuanlage zum bisherigen Heizstromverbrauch hinzu wobei die bestehenden Kraftwerke keinen weiteren Heizstrom mehr erzeugen k nnen Diese Zuwachsbetrachtung erfordert nicht vorhandene Erzeugungsanlagen f r den neuen Heizstrom in Anspruch zu nehmen sondern eine Anlage die im Zuge der stromwirtschaftlich begr ndeten Ausbauplanung ohnehin errichtet werden und die zur besseren Auslastung neuen Heizstrom erzeugen k nnen Durchschnittsbetrachtung Unter der Voraussetzung da die Heizstromnachfrage mit 1 400 1 600 Vollast Benutzungsstunden des jeweiligen elektrischen Heizsystems eindeutig Mittellast Charakter aufweist f hrt die Durchschnittsbetrachtung zu einer Zuordnung von Heizstrom zu Mittellast Kraftwerken also berwiegend steinkohle Kraftwerken Dies wird mehrfach gest tzt FICHTNER 1986 GLATZEL 1984 UBA 1986 und entspricht der Kohle per Draht Philosophie Andere Autoren argumentieren da Heizstrom bei geeigneter Betriebsweise des Kraftwerksparks auch anteilig in Atomkraftwerken erzeugt wird SCHNELL DEHLI 1986 HUTTENLOHER PIL LE
225. en berblick zu der GEMIS Proze kette f r l gibt die folgende Abbildung Abbildung 2 Schema der GEMIS Proze kette l Roh l Aufkommen Die Roh l Versorgung der Bundesrepublik erfolgt vereinfacht gesehen auf drei Wegen einerseits wird Roh l ber die internationalen Tankerrouten vor allem aus Afrika und dem Nahen Osten berwie gend OPEC geliefert andererseits wird ber Pipelines Nordsee l angelandet Hinzu kommt ein ge ringer Anteil heimischer F rderung Die Aufteilung dieser Str me wird f r den Zeitraum der 90er Jahre aus der zeitlichen Entwicklung der Importe der letzten Jahre abgeleitet lt MWV 1988a gt Die Anteile der wichtigsten Herkunftsregionen von limporten zeigt die folgende Tabelle in prozentualen Werten Tabelle 74 Vereinfachte Roh limportstruktur der BRD Oko Institut GhK WZ III 115 GEMIS Liefergebiet 1985 1986 1987 gerundete Werte in bezogen auf Gesamt Importe Bei der Verteilung des Roh l Aufkommens ist zu beachten da derzeit rd 15 Mio t Heiz l EL und rd 3 Mio t Heiz l S als raffinierte Produkte importiert werden wobei die Herkunft dieser Produkte berwiegend bei westeurop ischen L ndern zu suchen ist die z T allerdings wiederum hierf r Roh l importieren lt MWV 1988a gt Wird vereinfachend diese Menge zu den deutschen Importen von Roh l aus Westeuropa hinzugez hlt und damit implizit als Herkunft die Nordsee unterstellt steigt der Anteil dieser Herkunftsregion auf Werte
226. en Abgasvolumen und Gasbestandteile in m3 m3 vorliegen VLufttr 2 3830 H 2 3860 CO 7 2251 H S 9 5611 CH 11 9048 C H 14 4158 C H 16 8594 CH 21 8665 C3H6 24 3715 C Hg 29 7063 C Hg 32 3753 nC4H10 iC4H10 etteetteesgill VAbgas tr N CO 1 8838 H 2 8000 CO 6 6965 H S 8 5538 CH 10 4048 C H 13 3974 C H 15 3340 C H 20 3218 CzH 22 3114 C3Hg 27 6078 C Hg 29 7424 nC4H10 iC4H10 mit N Stickstoffgehalt in m3 m3 CO Kohlendioxidgehalt in m3 m3 nC4H10 n Butan in n8 n 1C4H10 Iso Butan in m3 m3 Zu diesen Formeln liegen vergleichbare Darstellungen in der Literatur vor z B lt CERBE ET AL 1981 gt die wie bei der Rechnung f r Fest Fl ssig Brennstoffe geringf gig 2 Nachkommastelle differieren Oko Institut GhK WZ III 186 GEMIS Beriicksichtigung des Luftiiberschusses Zur Verbrennung in realen Feuerungen wird aus thermodynamischen Griinden nicht nur die theoretische Sauerstoff bzw Luftmenge zur Oxidation des Brennstoffs ben tigt sondern ein gr eres Volumen Daher entsteht bei realen Feuerungen auch mehr Abgas als nach der auf st chiometrische Umsetzung konzipierten Verbrennungsgleichung die Schadstoffkonzentrationen sind somit geringer Verd nnungseffekt Der Gesetzgeber hat dem entsprochen indem er die Abgasgrenzwerte berwiegend auf einen bestimmten Luft berschu bezogen hat Als Ma hierf r dient die Sauer
227. en sowohl die W rme wie auch die Strombereitstellung bzw entsprechende Dienstleistungsnachfragen einzubeziehen Unter diesen Voraussetzungen wird es einfacher gelingen eine Mischstrategie zu finden die wenig nachteilige Umweltwirkungen und gleichzeitig z B wirtschaftliche Attraktivit t aufweist da dann eine Kompensation einzelner Aspekte ber zwei Freiheitsgrade der Energienachfrage m glich sein kann 5 2 Wirkungsaspekte als Basis der Umweltbewertung Der nachfolgenden knappen Er rterung von u E relevanten Wirkungsfragen der im GEMIS Projekt betrachteten Umweltaspekte sei eine Vorbemerkung vorangestellt die zur Eingrenzung der Aussagekraft des folgenden dienen soll Bedingt dadurch da oftmals keine direkten Wirkungen nach dem Auftreten einer Belastung umgehend sichtbar werden oder aber auch direkte Wirkungen auftreten die nicht zeitbest ndig oder stetig sind mu auf die Wichtigkeit eines modellgest tzten eher systemischen als kausalen Vorgehens bei der Diskussion potentieller Wirkungen hingewiesen werden Die Schwierigkeiten der Ermittlung von Wirkungen vorhandener oder angenommener Belastungsfaktoren ist in einer Vielzahl von Problemf llen bekannt Ohne ausgefeilte Simulationsmodelle lie en sich etliche Zusammenh nge zwar vermuten nicht jedoch auf ihre Plausibilit t und Konsistenz hin berpr fen Zudem helfen diese Instrumente einzusch tzen welche Verbesserungen aus der Reduzierung von Belastungen zu erwarten sind
228. en Energiesystemen vorgelagerten Proze kettenstufen nutzerspezifisch anpa bar gestaltet werden um ggf vorhandene rtliche Situationen z B Raffinerien in der N he Gro Hackschnitzelkette Gro speicher f r Biogas oder l ngerfristige Ver nderungen zu ber cksichtigen Schlie lich sollte das GEMIS Programm eine Bewertungskomponente enthalten Da eine reine Mengenbetrachtung nur ein erster Schritt sein kann war zu versuchen auch qualitative Aspekte z B ber die Gefahrenpotentiale langfristige Wirkungen M glichkeiten der Minderung einzubeziehen F r diese qualitativen Umweltwirkungen sollte im Projekt eine m glichst weitgehende Erfassung und eine Uberpriifung der jeweiligen Verursacherintensit t versucht sowie e die anwendbaren methodischen L sungen diskutiert und die verf gbaren Computerhilfsmittel untersucht werden 1 4 Literatur zu Kapitel 1 AGAT 1987 Energie und Strukturkonzept f r den Schwalm Eder Kreis ESSEK Ergebnisbericht Energieteil Band 1 Gesamthochschule Kassel Oko Institut GhK WZ III 14 GEMIS AGFW BGW VDEW 1984 Parameterstudie rtliche und Regionale Versorgungskonzepte f r Niedertemperaturw rme Frankfurt ANL 1981 Technology Assessment of Solar Energy Systems An analysis of direct and indirect costs air pollution emissions employment and input energy requirements of solar energy options Argonne National Lab ANL EES TM 178 Argonne ANL 1982 National Implications of High S
229. en Entscheidern robuste L sungen angeboten werden k nnen also solche die mehreren Zielen oder auch verschiedenen Gewichtungen entsprechen Kapitel E 1 2 Nur damit l t sich mit dem wissenschaftlich unl sbaren apples and oranges Problem umgehen lt HOLDREN 1982 gt 5 1 2 Bewertung und Entscheidung Die Bewertung von Umweltaspekten Kann nicht wissenschaftlich abgesichert erfolgen sondern beruht wesentlich auf subjektiven bzw umweltpolitischen Wertungen lt AURA 1983 gt lt F RBOCK 1987 gt lt HOLDREN 1982 gt Es kommt demnach eine gesellschaftliche rsp politische Dimension ins Spiel Daher darf eine Bewertung nur insoweit erfolgen wie die subjektive Komponente der Bewertung offengelegt wird Wird dies nicht beachtet sondern auf die Macht der Zahlen verwiesen liegen Konfusionen ber Aussagekraft und Bedeutung von Umweltanalysen nahe Analysts may confuse things that are countable with the things that count lt HOLDREN 1982 gt Dennoch bleiben Fragen die wissenschaftlicher Methodik zug nglich sind e welche Voraussetzungen erleichtern eine Entscheidung e welchen Entscheidungsspielraum gibt es Vorbedingungen als Hilfe zur Entscheidungsfindung Die erste Fragestellung zielt darauf ab durch Festlegung von geeigneten Vorbedingungen die Vielfalt der Umweltprobleme zu reduzieren und so die Entscheidung zu erleichtern Die Idee ist hierbei nicht etwa Aspekte zu ignorieren sondern bestimmte Umweltaspekte durch Vor
230. en Fl chen negative Beeintr chtigung der Lebensqualit t Netto Beeintr chtigung der Erholungsfunktion Notwendigkeit erheblicher zus tzlicher bertragungsleitungen signifikante Luftbelastung signifikante Gew sserbelastung Anfall gef hrlicher oder toxischer Abfallstoffe obwohl eine kologisch akzeptable Entsorgungstechnik vorhanden ist 13 signifikante L rmbelastung gesundheitssch digend Oko Institut GhK WZ III 264 GEMIS 14 tiberdurchschnittliche Unfallgefahren oder Effekt auf Arbeitssicherheit sowohl Mortalit t wie auch Morbidit t A 1 3 M ige Belastung Moderate impact Zunahme an CO2 Treibhauseffekt sthetische Beeintr chtigungen L rm Bel stigung von Menschen Beeinflussung von Lebensr umen Beeintr chtigung von nicht wandernden Fischpopulationen 1 2 3 4 5 Ver nderung der Vegetation Probleme bei der Wiederanpflanzung 6 m gliche geologische Auswirkungen Erh hung seismischer Aktivit t 7 m ige Luftverschmutzung 8 m ige Wasserverschmutzung 9 Beeintr chtigung von Lebensr umen nicht gesch tzter Arten Diese Aufstllung zeigt da einige der SCL Kriterien f r die Verh ltnisse in der BRD berarbeitet werden m ssen Zum einen sind die rechtlichen Voraussetzungen zu modifizieren z B Nationalparks zum anderen die inhaltlichen Kriterien anzupassen z B Fischpopulationen spielen hierzulande praktisch keine Rolle als Umweltfaktor Das Vorgehen der SCL kann aber als Richt
231. en Konzepts liegt also darin als Substitut fiir einen Markt Wert oder Schattenpreis von besserer Luft die Kosten zu bestimmen die bei der Vermeidung von Belastungen auftreten Methodische Einw nde gegen diese Konzeption wurden vor allem vom holl ndischen Studienzentrum f r konomische und soziale Untersuchungen der Universit t Antwerpen im Rahmen einer vergleichenden Studie zu Kohle und Atomenergie angef hrt lt SESO 1984 gt Die Autoren diskutierten hierbei vergleichbare Konzepte belgischer Autoren die teilweise Vermeidungskosten zur Bestimmung der Umweltkosten verwenden lt GAIVAO 1983 gt lt HEQ VOUCHE 1984 gt Die Kritik der SESO macht sich vor allem daran fest da imaginary depollution costs can never be a reasonable substitution for real damage costs in the same way as the costs of a war cannot be approximated by the hypothetical costs of avoiding it zit n lt SESO 1984 gt S 24 e Depollution costs are made to reflect the costs of achieving the maximum reduction of pollution The stipulation of this limit entails the risk of depollution costs being blown up as it is known that generally marginal depollution costs increase rapidly with increasing levels of reduction zit n lt SESO 1984 gt S 26 Der Argumentation unter a ist insoweit zuzustimmen wie die Emissionsvermeidungskosten als direktes Substitut von Schadenskosten verstanden werden Dies ist hier aber nicht der Fall Oko Institut GhK WZ III
232. en Spielr umen die im Hinblick auf einen Verzicht der Nutzung eines Energiepotentials gegeben sind Bei den Lagerst tten fossiler Prim renergien handelt es sich um Potentiale im TWh Bereich w hrend bei den regenerativen Anlagen Potentiale im GWh Bereich z T sogar im MWh Bereich vorliegen also um 3 bis 6 Gr enordnungen kleinere Potentiale Faktor 10 bis 10 Somit kann davon ausgegangen werden da es unter umweltpolitischer Perspektive leichter ist bei der Nutzung regenerativer Prim renergien auf Ersatzstandorte zur ckzugreifen als dies bei der Nutzung von Lagerst tten fossiler Prim renergien der Fall ist Bei letzteren besteht eine vollst ndige Ortsgebundenheit der Potentiale die umweltseitigen Spielr ume bestehen wenn nicht auf die Nutzung jeweils ganz verzichtet wird lediglich bei der Auswahl der F rdertechniken Diese Problematik wird z B durch die Auseinandersetzungen um die Nutzung der l und Gasvorkommen im Naturschutzgebiet des Nordsee Watts illustriert sowie durch die Forderungen amerikanischer Umweltverb nde fossile Lagerst tten in kologisch sensiblen Gebieten auf staatlichem Boden nicht zu erschlie en lt STEGE BEYEA 1986 gt Dieser Verzicht auf die Nutzung von potenti ellen F rdergebieten in sensiblen Biotopen kann als eine Vorbedingung f r die zu vergleichenden Energieysteme definiert werden vgl Kapitel 5 1 2 Oko Institut GhK WZ III 242 GEMIS Aus den bisher durchgef hrten Rechnungen wir
233. en deutlich unterscheiden Als klassischer Proze zur KWK ist eine Feuerung zur Bereitstellung von tiberhitztem Wasserdampf anzusehen der tiber eine Dampfturbine Gegendruck oder Entnahme Kondensation entspannt wird Die hierbei zum Einsatz kommenden Feuerungssysteme entsprechen denen von Proze w rme Erzeugern oder auch denen gro er Kondensation Kraftwerke Oko Institut GhK WZ III 65 GEMIS Als weitere Technologie werden sogenannte Block Heizkraftwerke auf der Basis von Verbrennungs motoren Diesel eingesetzt Die Energieausnutzung dieser Systeme ist sehr hoch dagegen sind aller dings erhebliche Schadstoff Abgaben zu setzen da fiir Dieselmotoren noch keine effektiven Gasreini gungssysteme existieren Schlie lich wird Heiz l auch in Gasturbinen eingesetzt die ber Abhitzekessel Nah oder Fernw rme bereitstellen und ber die Turbinenwelle direkt oder indirekt einen Generator antreiben Modernen Gasturbinen sind mittlerweile auch unter 20 MWth mit elektrischen Wirkungsgraden um 30 zu betreiben soda sie auch f r kommunale oder industrielle HKW interessant sind lt ASUE 1986 87 gt Dampfturbinen HKW Die klassische KWK Technik f r l ist die Feuerung mit nachgeschalteter Dampfturbine Gegendruck oder Entnahme Kondensation Die Feuerungen unterliegen je nach Leistung der TA Luft bis 50 MWth bzw der GFAVO ber 50 MWth In der Tabelle B 1 27 sind die jeweiligen Emissionsgrenzwerte sowie die daraus errechneten Emissionsfa
234. en f r Heizsysteme ben tigt werden z B Kohlebergwerke lraffinerien Gas Pipelines Diese Anlagen z hlen zur sogenannten vorgelagerten Proze kette deren Energie und Emissions Kenndaten im folgenden diskutiert werden Nach der Darstellung der Basisdaten f r diese vorgelagerten Proze ketten wird jeweils eine Zusammenfassung der Emissionen angegeben die mit der Bereitstellung einer Einheit Brennstoffenergie frei Verbraucher verbunden sind Diese endenergiebezogenen Emissionsfaktoren treten zus tzlich zu den brennstoffbezogenen Emissionsfaktoren auf Die vorgelegten Daten beruhen auf eigenen Recherchen und Berechnungen sowie auf Diskussionen mit der projektbegleitenden Arbeitsgruppe und externen Ansprechpartnern insbesondere Verb nden 2 3 1 Elementare Prozesse in GEMIS Im folgenden werden elementare Prozesse beschrieben die im Rahmen des GEMIS Programms in mehreren Proze ketten verwendet werden Diese Elementar Prozesse werden ber Daten definiert die m glichst breit abgesichert sind Transportsysteme Als ein wichtiges Grund Datum geht der Energieaufwand f r Transportleistungen in die Proze ketten ein Ergebnisse von Absch tzungen f r diesen Transportaufwand sind in Tabelle B 3 1 aufgef hrt wobei die f r das GEMIS Projekt angesetzten Daten einer Studie der TH Aachen entstammen lt VIA 1986 gt Diese Untersuchung wurde herangezogen da ihre Werte durch Betriebsmessungen und darauf aufbauenden Modellrechnungen ermittelt wurden
235. en um 85 bezogen auf Brennstoff Schwefel erreichen wobei von einer mittleren Reduktion von 80 auszugehen ist Im EDS BEST wird der Einsatz solcher Systeme f r die gr eren Heizanlagen ber 1 000 kWth angenommen damit ergeben sich bei der Verwendung von rheinischen Braunkohlen SO2 Emissionen von rd 64 kg TJ Stickoxide Die NO Emissionen von braunkohlegefeuerten Anlagen liegen h her als die von steinkohle gefeuerten Heizsystemen Das UBA gibt f r den Sektor Haushalte einen Emissionsfaktor von 100 kg TJ an lt UBA 1980 gt FICHTNER rechnet mit Werten zwischen 44 und 80 kg TJ lt FICHTNER 1986 gt Aufgrund der Messungen der Bergbau Forschung und des Engler Bunte Instituts ist u E f r gut eingestellte Neuanlagen davon auszugehen da f r rheinische Briketts NOx Werte von 75 kg TJ auftreten Beim Einsatz von Rostfeuerungen WSF sind wie bei Steinkohle Werte von 150 STANDARD bzw 100 kg TJ BEST zu erwarten Halogene Die in Braunkohlen enthaltenen Halogene Chlor und Fluor wurden von der Bergbauforschung ermittelt lt BF 1987 gt wobei Gehalte von 0 04 Cl und 0 002 Gew F f r rheinische Briketts gefunden wurden Nach den Messungen der BF ist u E f r Chlor von einer Inventarfreisetzung um 10 auszugehen und bei Fluor um 50 Bei Cl Inventaren von 0 04 Gew und F Gehalten von 0 002 Gew ergeben sich f r Braunkohlen mit einem Heizwert von 22 MJ kg als Emissionsfaktoren von 2 kg TJ HCI und 0 5 kg TJ HF F r Anlage
236. en zur Ein und Ausgabe von Daten F r eine bessere Nutzerunterst tzung k nnten die Masken so gestaltet werden da Eingabefelder berechnete Felder und Erkl rungstexte farblich differenziert erscheinen Die Proze kettendarstellung erfolgt z Z nur als einfache Liniengrafik Eine Erweiterung k nnte den jeweiligen Anlagentyp als Ikone darstellen und die gesamte Verkn pfungsstruktur abbilden wobei die verursachten Emissionen mit aufgelistet werden k nnterf Die GEMIS Datens tze k nnten auch in einer Datenbank abgespeichert werden die neben den Daten auch Quellenhinweise oder mehr Erl uterungen enth lt gt 7 3 Zuk nftige Fragestellungen Neben den in Kapitel 7 2 zusammengestellten daten und programmseitigen Erg nzungen sind Weiterentwicklungen sinnvoll die sowohl eine Anwendung des GEMIS Ansatzes auf neue Fragestellungen zum Inhalt haben als auch eine Ausweitung der bisher in GEMIS verarbeitbaren Daten 7 3 1 Ausweitung der Anwendungsbereiche Die dem GEMIS Ansatz zugrundeliegende Proze kettenanalyse bietet auch f r andere Anwendung als Energiesysteme eine angemessene methodische Basis wobei vor allem solche Fragen von Interesse sind die Schnittstellen zur Energieproblematik aufweisen Ein Forschungsprojekt zu einer Vielzahl von Umweltaspekten der Energienutzung wird z Zt von der Energy Systems Research Group in Boston MA im Auftrag des UNEP durchgef hrt pers Mitt von Dr van Hippel vom Mai 1989 vgl zu CO und Kohle
237. enbedarf und Reststoffanfall bei Stromsystemen Erdgas Gasturbinel 52 Erdgas Gasmotorl 63 bei Bereitstellung von 100 MWh Strom Werte gerundet Anmerkungen 1 W rmegutschrift ber Ol Heizung 2 Gro es System auf nutzbarer Fl che keine D cher o Die Ergebnisse der halbquantitativen Analyse zeigen sowohl f r die Heiz wie auch f r die Strom systeme da der Anfall von Reststoffen aller Art gerade bei den Systemen relativ gering ist die auch zu geringen Luftschadstoffemissionen f hren Demgegen ber sind die emissionsintensiven Kohle Heizsysteme sowie die elektrisch betriebenen Anlagen sowohl emissions wie auch reststoffintensiv Die KWK Systeme schneiden wie bei den gasf rmigen Emissionen g nstig ab selbst Kohle HKW k nnen gegen ber lheizungen geringe Werte erzielen Die gasbetriebenen KWK Anlagen f hren wie bei den Luftschadstoffen sogar zu Entlastungen auf der Reststoffseite Auch die stromseitig betrachteten gasbetriebenen KWK Systeme k nnen bezogen auf den bereitgestellten Strom g nstige Reststoff Werte erreichen Damit wird die in Kapitel 3 getroffene Aussage zur Attraktivit t dieser Systeme auch im Hinblick auf die Reststoffe best tigt Oko Institut GhK WZ III 250 GEMIS Nun noch einige Hinweise zu den Fl chenbilanzen Bei den Stromszenarien fallen besonders die beiden Solarkraftwerke mit besonders hohen spezifischen Fl chen auf und das obwohl keine Netzanbindung ausdr cklich mit bi
238. enordnung von 30 kJ kg Roh l Oko Institut GhK WZ III 117 GEMIS Zusammen ist demnach eine Arbeit von rd 0 05 MJ kg Roh l erforderlich dies entspricht bei einem Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs von 90 etwa 0 1 Strom bezogen auf den Heizwert des Roh ls Dieses Ergebnis steht in guter bereinstimmung mit Stromverbrauchs Me werten von deut schen lfirmen an verschiedenen Pumptypen lt BUYKEN WALDVOGEL 1985 gt und den o g inter nationalen Werten Sekund re Ol F rderung Die vorstehend diskutierten prim ren F rdertechniken nutzen die in den llagerst tten vorhandenen Inventare in der Regel nur zu rund 30 aus Da ein gro er finanzieller Aufwand mit der Exploration und Erschlie ung f ndiger Felder verbunden ist wurden verschiedene Technologien entwickelt die eine weitergehende Ausbeute der Lagerst tten erlauben Nach amerikanischen Quellen wird bei Onshore lf rderung als verbesserte Technik sekund re F rderung das Einpressen von Wasser in das lvorkommen verwendet wobei eine Injektion von rd 10 1 Wasser je Liter gef rderten ls anzusetzen ist Das zugeh rige Pumpsystem erfordert rd 0 6 der gef rderten Energie lt EPA 1979 gt lt RADIAN 1976 gt die zu dem konventionellen Bedarf vgl oben hinzukommen Als Hilfsenergiebedarf ergibt sich mit einem Nutzungsgrad der Dieselpumpen von 30 ein Wert von 0 18 der mit sekund rer Technik gef rderten Ol Energiemenge zus tzlich zum prim ren Aufwand von 0
239. ensitat als Sonderaspekt der Solarenergie aufzuf hren Windkraft Als spezieller Umweltaspekte der Windnutzung ist die Beeintr chtigung des Landschaftsbildes zu nennen wobei dies eine Frage der sthetik und weniger der engeren Umweltwirkung darstellt Schwedische Studien lt IEA 1980 gt sowie andere Arbeiten lt KFA 1984 gt zeigen da gegen ber anderen Bauwerken auch Windkonverter in die Landschaft eingepa t werden k nnen wobei dies insbesondere f r kleinere Windkraftanlagen gilt Da aus str mungsphysikalischen Gr nden Windkraft anlagen in der Regel an landschaftlich exponierten Stellen K sten Hanglagen errichtet werden ist die Wirkung auf das Landschaftsbild ein Sonderaspekt der Windenergie Hier ist aber anzumerken da die Landschafts sthetik im Vergleich zu anderen Umweltaspekten ein anthropozentrisches Kriterium darstellt und nicht zur engeren physikalisch biologisch chemischen Definition von Umwelt z hlt Wasserkraft ber die bisher diskutierten Umweltaspekte hinaus sind u E keine speziellen Umweltaspekte bei der Wasserkraftnutzung gegeben sondern vielmehr als Sonderaspekt auf die Problematik der Mehrfachnutzung hinzuweisen womit ggf eine Relativierung der der Energiebereitstellung zuzurechnenden Umweltaspekte begr ndet werden kann Biomasse Als besonderes Element bei Rest Holz ist die Problematik des N hrstoffentzugs durch die Ernte zu nennen Die uns vorliegenden Untersuchungen geben allerdings kein einhei
240. entrifuge Nutzungsgrad 100 0 Hilfsenergie 1 Grundlaststrom Netz 20 Dieser Wert stimmt gut mit Angaben der VDEW berein die f r 1 kg UTA rd 2400 kWh Strombedarf bzw 3 3 bezogen auf den thermischen Input in ein AKW angibt lt VDEW 1989b gt Oko Institut GhK WZ III 151 GEMIS Uran Brennelementfertigung Aus dem angereicherten Uran werden Brennelemente gefertigt wof r Proze w rme und Strom erforderlich sind Die ORNL Studie weist einen Bedarf von 3 850 MWh Strom und 840 MBTU Gas f r diese Proze stufe aus hinzu kommen rd 13 MBTU Dieselkrftstoff f r Hilfsaggregate des AKW alle Daten bezogen auf eine AKW Nachladung Umgerechnet auf thermischen AKW Input sind dies rd 0 01 Strom 1 2 Brennstoff Gas und rd 0 02 Dieselkraftstoff OSZUSZKY gibt einen Bedarf an 1 700 MWh Strom plus 100 000 m3 Erdgas f r Proze w rme je AKW Nachladung an dies entspricht 0 01 Strom und 0 005 Brennstoff bezogen auf den thermischen AKW Input Wiederum liegen die ORNL Daten im Bereich der DOE Werte soda auch bei der Brennelement Fertigung auf sie zur ckgegriffen wird Die folgende Tabelle zeigt diese Werte Tabelle 142 Kenndaten der Uran Brennelementfabrik Eingangsanbindung Uran Anreicherung Nutzungsgrad 100 0 Zusammenfassung zur Uran Proze kette Aus den vorstehend genannten Daten wurde eine zusammengefa te Proze kette generiert die alle Verfahrensschritte von der Gewinnung bis zur Anlieferun
241. environmental costs and benefits of acquisition ECO Northwest Ltd prepared for Bonneville Power Administration Portland OR Oko Institut GhK WZ III 246 GEMIS EEK 1983 Bericht der Enqu te Komission Zuk nftige Energiepolitik Abgeordnetenhaus DS 9 1329 Berlin ENQUETE 1988 Zwischenbericht der Enqu te Kommission Vorsorge zum Schutz der Erdatmosph re des Deutschen Bundestages Zur Sache 5 88 Bonn EULER 1987 Umweltbezogenes Wertesystem zur Beurteilung von W rmeversorgungssystemen Beitrag zur PBE BfLR Tagung Umweltfreundliche W rmeversorgungskonzepte am 23 24 M rz 1987 in Norderstedt FRITSCHE 1988 Aspects of Environmental Analysis and Energy Planning in the USA GEMIS Arbeitspapier AP REP 6 Darmstadt FURBOCK 1987 Ber cksichtigung von Umweltbelangen in rtlichen und regionalen Energieversorgungskonzepten Beitrag zur PBE BfLR Tagung Umweltfreundliche W rmeversorgungskonzepte am 23 24 M rz 1987 in Norderstedt HOLDREN 1982 Energy Hazards What to Measure What to Compare in Technology Review 1982 p 33 38 74 75 HOLMBERG AHLBORG 1983 Concensus report mutagenicity and carcinogenicity of car exhausts and coal combustion emissions in Envir Health Persp vol 47 1983 S 1 30 IFE 1988 Emissionen von Holzfeuerungen T Nussbaumer Institut f r Energietechnik an der ETH Z rich Z rich IFEU 1987 Gesundheitssch den durch Luftverschmutzung IFEU Bericht 47 Heidelberg IIASA 1989 Working together to reduce
242. epolitik und wirtschaft mu auf allen Entscheidungsebenen neben der konomie und der Sozialvertr glichkeit zunehmend auf die Umweltvertr glichkeit als Kriterium abstellen lt GEE 1988 gt Sowohl f r grundlegende energiepolitische Entscheidungen wie auch f r Planungen der Energiewirtschaft und regulierende Ma nahmen des Staates ist es daher unerl lich ber m glichst objektive am gegenw rtigen Kenntnisstand orientierte Daten zu Umweltaspekten unterschiedlicher Energiesysteme sowie ber ein methodisch klares Verfahren zum Vergleich dieser Umweltaspekte zu verf gen Die energie und umweltwissenschaftliche Diskussion hat in den letzten Jahren mit mehreren Arbeiten auf diese Herausforderung reagiert In Anbetracht der Vielfalt der zur Diskussion stehenden Energiesysteme und Umweltaspekte sowie der sich rasch fortentwickelnden Technologien in diesen Bereichen fehlte es bislang an einer aktuellen Untersuchung die umfassende Daten zu den Umweltaspekten moderner Energietechniken erfa t und sie eingebettet in ein flexibles Instrumentarium f r analytische oder bewertende Aufgabenstellungen bereith lt Der vorliegende Endbericht fa t die Ergebnisse eines zweij hrigen Forschungsprojekts zusammen das sich mit dieser Aufgabe befa te Neben Daten und Methodenfragen stand die Entwicklung eines computergest tzten Instruments im Mittelpunkt um ber die Projektlaufzeit hinaus eine breite Anwendung bei energiewissenschaftlichen und w
243. er Kommunen in Hessen 1 A des Hessischen Ministers f r Wirtschaft und Technik Freiburg KO INSTITUT 1989b Der Atommiill Report B Fischer et al Hamburg KO INSTITUT 1989c Zusammenstellung klimarelevanter Emissionsdaten f r Energiesysteme in der BRD i A der Enqu te Kommission Vorsorge zum Schutz der Erdatmosph re Darmstadt KO INSTITUT 1989d Internalisierung von Umweltkosten Stand der internationalen Diskussion und Konsequenzen f r die BRD i A der Enqu te Kommission Vorsorge zum Schutz der Erdatmosph re Darmstadt RADLER NACHTNEBEL 1989 Festlegung von Pflichtwasserabfl ssen in sterreich in BLW 1989 S 19 35 SCL 1987 Strategic Corporate Plan 1987 88 Vol II Seattle City Light Seattle WA STEGE BEYEA 1986 Oil and gas resoures on special federal lands wilderness and wildlife refuges in Ann Rev Energy vol 11 2986 S 143 161 STEV 1983 Studies of the leaching and weathering processes of ashes formed from the combustion of peat and biomass STEV FBA 84 16 Pt 1 Stockholm UBA 1989 Luftreinhaltung 88 Umweltbundesamt Berlin VDEW 1986 Verwertungskonzept f r die Reststoffe aus Kohlekraftwerken in Elektrizit tswirtschaft vol 85 1986 Heft 8 S 305 311 Oko Institut GhK WZ III 248 GEMIS 6 Erg nzende Ergebnisdiskussion Im GEMIS Projekt wurden neben den Luftschadstoffen auch die Aspekte Fl cheninanspruchnahme und feste Reststoffe quantitativ sowie weitere qualitative Umweltaspekte von Energi
244. er die Staubemissionen von kleineren Heizanlagen vorliegen die eine Unterschreitung der o g Grenzwerte belegen gehen wir von der Einhaltung der Grenzwerte abz glich eines Sicherheitsabstandes von rd 10 aus Dies entspricht einem Emissionfaktor von 55 kg TJ der f r beide Emissionsdatens tze verwendet wird Bei gr eren Heizanlagen Blockheizungen werden Anlagen mit Entstauber Elektro und Gewebefilter eingesetzt oder Abgasw schern betrieben um die Emissionsgrenzwerte einzuhalten In diesen F llen sind bei Anlagen gt 5 MWth nach der TA Luft Staubwerte von 20 kg TJ einzuhalten wegen der guten Abscheideleistung der nachgeschalteten Anlagen sind sogar Werte um 10 kg TJ m glich Bei diesn gr eren Anlagen unterstellen wir den TA Luft Wert von 20 kg TJ im EDS STANDARD ab 1 000 kWth w hrend im EDS BEST f r diese Anlagen 10 kg TJ angenommen werden Oko Institut GhK WZ III 32 GEMIS CO und Kohlenwasserstoffe CnHm PAH Die Emissionen von Kohlenmonoxid CO gilt als Ma f r den Ausbrand und zumindest hinsichtlich der Gr enordnung auch als Indikator f r die Freisetzung von Kohlenwasserstoffen C Hp Je geringer die CO Emissionen umso geringer sind in der Regel auch die C H Werte lt BF 1987 gt Die Werte f r CO sowie die wenigen vorliegenden Me werte f r C H unterliegen starken Schwankungen die von der Betriebsweise der Feuerung Luft berschu Auslastung gepr gt werden Die in der Tabelle ausgewiesenen
245. erdem einen definierten H20 Gehalt aufweisen sollen ist eine thermische Trocknung der Kohle erforderlich Wegen der geringen Differenz zum Anlieferungszustand ist eine Proze w rmemenge von rd 0 1 des Brikett Heizwerts notwendig die durch Kraft W rme Kopplung Kohle HKW bereitgestellt werden soll Weiterhin treten bei der Brikettierung rund 0 5 der eingesetzten Kohle als Verlust auf da dieses kohlenstoffhaltige Material nicht von der Inertfraktion trenntbar ist und z T entfernt wird Damit ergeben sich die in den folgenden Tabellen genannten Werte fiir die Brikettfabrik und ihr Hilfssystem Tabelle 114 Kenndaten der StK Brikett Fabrik Eingangsanbindung StK F rderung BRD Nutzungsgrad 99 5 Tabelle 115 Kenndaten des StK Industrie HKW Tabelle 116 Emissionsdaten des StK Industrie HKW Ten p e Terme pe mom _ er sor fe en In Noe pm p o Oko Institut GhK WZ III 139 GEMIS Steinkohlebrikett Transport Schlie lich werden die Briketts von der Fabrik ber Zwischenh ndler zu den Verbrauchern geliefert Als Transportsystem wird ein Lastkraftwagen unterstellt der wie beim Heiz l ber eine Strecke von 100 km anliefert Die folgende Tabelle zeigt die Kenndaten des Lkw Tabelle 117_ Kenndaten des StK Brikett Lkw Eingangsanbindung StK Brikett Fabrik Transportierter Brennstoff StK Brikett Hilfsenergiebedarf MJ t km Zusammenfassung zur Steinkohle Proze kette Aus den vorstehend genannten Daten wurde
246. erden daher nicht weiter gesenkt Entsprechend dieses technischen Standes wurden von Genehmgigungsbeh rden SO Grenzwerte von 200 300 mg m gefordert Wir gehen im Datensatz STANDARD in der mittleren Leistungsklasse von 50 300 MWth f r SO von 300 mg m entsprechend 106 kg TJ bei 6 Oy aus Beim EDS BEST dagegen soll das 90 ige Abscheideverm gen sowohl von QT REA wie auch von ZWSF angesetzt werden womit sich bei Vollwert Steinkohle Werte unter 200 mg m entsprechend 71 kg TJ als SO Emissionsfaktor ergeben Staub F r die Entstaubung gilt das in der vorigen Gruppe ausgef hrte da auch QT REA in der Regel mit Gewebefilter arbeiten Somit wird im EDS STANDARD von 25 mg m entsprechend 9 kg TJ ausgeganger w hrend im EDS BEST durch eine verbesserte Filterauslegung 10 mg m rd 3 5 kg TJ erzielt werden k nnen Halogenabscheidung In QT REA werden Halogene mit hnlicher Rate umgesetzt wie SO daher sind ber 90 Abscheidung durchg ngig m glich Andere Schadstoffe Die Feuerungssysteme unterschieden sich hinsichtlich der Schadstoffe CO und C H sowie kanzero gener Stoffe und halogenierter Kohlenwasserstoffe nicht von den gr eren Feuerungen Anlagen im unteren Bereich unter 50 MWth Als Feuerungssysteme in der Leistungsklasse unter 50 MWth kommen NO arme Wan derrostfeuerung sowie Wirbelschichtfeuerung WSF vgl unten zum Einsatz Die TA Luft begrenzt die Emissionen von Nicht WSF auf die in Tabelle B 1 24 gena
247. eren Windparks nach den vorliegenden Erkenntnissen nicht geeignet empfindliche Populationen zu gef hrden sondern entfalten nur lokale Wirkungen lt OECD 1988 gt Wasserkraft Die Wasserkraftnutzung kann sich bei bestimmten Tierarten durch die Unterbrechung von Wanderbewegungen fatal auf deren Regenerationsf higkeit auswirken wobei weniger gr ere Fische betroffen sind f r die Passagem glichkeiten getroffen werden k nnen als vielmehr Kleinstlebewesen die nicht ohne weiteres Stau und Maschinenanlagen berwinden k nnen lt BONESS 1989 gt Es ist allerdings darauf hinzuweisen da diese Problematik in j ngerer Zeit auch von der Wasserwirtschaft anerkannt und heute sehr viel mehr Wert auf eine kologisch vertr gliche Gestaltung der Wasserl ufe gelegt wird lt BLW 1989 gt Neuere Untersuchungen belegen da durch wasserbauliche Ma nahmen z B gr ere Rauhigkeit der Sohle auch f r Kleinstlebewesen bessere Lebensm glichkeiten geschaffen werden k nnen und haben bereits Eingang in die Genehmigungspraxis gefunden lt RUPP WEBEL 1988 gt Biomasse Gro fl chige Biomassenutzung kann wie jegliche andere land und forstwirtschaftliche Monokultur auch zu einer erheblichen Ver nderung der Artenzusammensetzung auf den Arealen f hren wobei noch umstritten ist ob hiermit irreversible Ver nderungen in Gang gesetzt werden lt BFLR 1984 gt lt SRU 1985 gt Das Problem kann als prinzipielles angesehen werden und ist nicht durch
248. ermischen Inputs in ein AKW lt KUCHELKA 1986 gt w hrend neuere Verfahren wie die Gas Zentrifuge nur etwa 1 10 dieses Aufwands erfordern Weitere Verfahren wie die Laser und Plasma Anreicherung befinden sich in der Entwicklung sie werden den Strombedarf auf unter 100 kWh UTA senken lt KUCHELKA 1986 gt Die ORNL Studie nennt fiir die Gassdiffusion einen Strombedarf von rd 610 GWh und einen Brennstoffbedarf von rd 1600 MBTU dies entspricht rd 3 Strom und 2 4 Brennstoff bezogen auf den thermischen Input des AKW20 F r die Zentrifugen Anreicherung unterstellen wir 1 10 dieses Wertes Uber die Verteilung der Anreicherungstechnik zwischen Diffusion und Zentrifuge liegen bislang keine aussagekr ftigen und nachvollziehbaren Werte vor die repr sentativ f r die durchschnittlichen Atomkraftwerke in der Bundesrepublik w ren Um dennoch eine konservative Absch tzung der Anteile zu geben unterstellen wir einen von der Elektrizit tswirtschaft genannte Verteilung von 30 Diffusion und 70 Zentrifuge lt VDEW 1989b gt Soweit diese Sch tzung durch neuere Erkenntnisse ver ndert wird m ssen die Uran Proze kettendaten angepa t werden Die folgenden Tabellen zeigen die GEMIS Kenndaten der Anreicherung Tabelle 139 Kenndaten der Uran Anreicherung Eingangsanbindung Prozentualer Anteil Tabelle 140 Kenndaten der Uran Anreicherung Diffusion Nutzungsgrad Hilfsenergiebedarf 1 Tabelle 141 Kenndaten der Uran Anreicherung Z
249. ernationalen Ver ffentlichungen wurde eine Auswahl von wesentlichen Studien einer n heren Analyse ihrer Methoden und Datengrundlage unterzogen Die folgenden Arbeiten wurden in der Auswertung ber cksichtigt UNEP Studie lt UNEP 1979 85 gt OECD COMPASS Projekt lt OECD 1983 88 gt US Department of Energy lt DOE 1980 88 gt e US Environmental Protection Agency lt RADIAN 1976 gt lt EPA 1979 85 gt Energy and Resources Group lt ERG 1980a b gt lt HOLDREN 1982 87 gt e TASE Projekt lt ANL 1981 82 gt e Parameterstudien lt PROGNOS FICHTNER AGFW BGW VDEW 1984 gt Arbeiten der KFA J lich lt KFA 1983 88 gt e DIW ISI Studie zu regenerativen Energien lt DIW ISI 1984 gt Energiewende Studie lt OKO INSTITUT 1985 gt Arbeiten des UBA lt BECK GLATZEL 1984 gt lt GLATZEL 1984 gt VDEW Studie lt JUNG 1985 gt Studien von FICHTNER lt FICHTNER 1986a b gt e Studie der Forschungsstelle fiir Energiewirtschaft lt JENSCH 1988 gt e IKE Studie zum AKW Ausstieg Baden Wiirttembergs lt VOSS 1987 gt Dariiber hinaus wurde auch auf Prim rdaten und quellen der jeweiligen Studien zuriickgegriffen sofern diese zug nglich bzw beschaffbar warer2 Weiterhin wurde der Stand der Methodenentwicklung und die Datenlage zur Beriicksichtigung von Umweltaspekten in verschiedenen Energiekonzepten zusammengefa t und komprimiert dargestellt3 Einzelheiten zu dieser Arbeit sind im Arbeitspapier ALL 3 vgl Liste im Anhang 7
250. ersion Nach der F rderung wird das Uranerz aufbereitet und zu sog yellowcake UF6 aufkonzentriert Hierf r gibt ORNL einen Strombedarf von 6400 MWh und einen Brennstoffbedarf Trocknung Kalzinierung von rd 800 MBTU an jeweils bezogen auf eine Reaktornachladung lt ORNL 1980 gt Umgerechnet auf den thermischen Input des AKW sind dies 0 03 Strom und rd 1 2 Brennstoff Die Arbeit von OSZUSZKY nennt 4800 MWh Strom pro Nachladung plus rd 3 Mio m3 Erdgas f r die Trocknung und Konversion des U308 zu UF6 dies entspricht 0 02 Strom und 0 14 Brennstoff bezogen auf den thermischen AKW Input Da die ORNL Daten eher denen des DOE entsprechen gehen wir von diesen Werten aus die folgende Tabelle zeigt die Werte Tabelle 138 Kenndaten der Uran Konversion Eingangsanbindung Uranf rderung Nutzungsgrad 100 0 Hilfsenergie 1 Stromnetz 380 KV Uran Anreicherung Nach der Konversion mu das Uran angereichert werden da die zum AKW Betrieb Leichtwasserreaktoren erforderliche Konzentration von rd 3 des Isotops 235U einer nat rlichen von nur 0 7 gegen bersteht lt KUCHELKA 1986 gt F r diese Anreicherung wurde der Begriff der Urantrennarbeit UTA eingef hrt der den Aufwand zur Anreicherung eines kg Uran mit 3 235U angibt Oko Institut GhK WZ III 150 GEMIS Die heute am meisten genutzte Technik der Anreicherung ist zugleich die energieintensivste die Gasdiffusion erfordert rd 2 400 kWh UTA entsprechend rd 4 des th
251. erung Untertage F rderung Tiefbau Heimische Steinkohle wird berwiegend an Ruhr 77 und Saar 14 gef rdert weitere Abbaugebiete sind das Aachener Revier 6 und Ibbenbiiren 3 in allen F llen wird Kohle im Tiefbau gewonnen alle Prozentwerte bezogen auf den F rderanteil in 1987 nach lt JARHBUCH 1988 gt Oko Institut GhK WZ III 134 GEMIS Die Untertage F rderung von Steinkohle wird mit elektrisch betriebenen R umger ten sowie F rderb ndern oder kleinen Transportwagen ausgef hrt Die Bel ftung der Sch chte erfolgt mit Ventilatoren die Entstaubung mit Venturiw schern oder Gewebefiltern Amerikanische Daten geben f r Eastern Coal bei Untertage F rderung einen Gesamtstrombedarf von 0 2 0 7 an lt DOE 1983 88 gt lt ORNL 1980 gt bezogen auf den Heizwert der gef rderten Kohle Eastern Coal Hu 27 MJ kg Die WEC Studie nennt f r Kohle Gewinnung einen Brennstoffbedarf von 0 2 der gef rderten Energie plus rd 0 4 als Strom lt WEC 1988 gt Diese Werte wurden aus der IEA Statistik abgeleitet und differenzieren nicht nach Tief und Tagebau Auch in der BRD wird der Energiebedarf f r den Betrieb von Steinkohle Bergwerken berwiegend durch Strom gedeckt Nach Angaben des Gesamtverbands des Deutschen Steinkohle Bergbaus werden f r die Steinkohlef rderung rund 1 Strom ben tigt bezogen auf den Heizwert der gef rderten Kohle wobei auch in Zukunft keine nennenswerte nderung dieses Wertes durch
252. erung wieder 8 F r Braunkohlen Importe aus der DDR der CSSR und Polen liegen uns weder ausreichend detaillierte Brennstoffdaten vgl Kapitel B 1 noch Angaben zu den F rder und Transportprozessen vor soda diese ggf abweichenden Braunkohlen Anteile vernachl ssigt werden Beim Vorliegen entsprechender Informationen kann aber eine Erg nzung der GEMIS Datenbasis durch den jeweiligen Nutzer des Programms erfolgen Oko Institut GhK WZ III 141 GEMIS Tabelle 120 Kenndaten der Braunkohle F rderung BRD se Brikettierung Staubherstellung F r die Verarbeitung von Rohbraunkohle zu transportf higen Produkten Staub Granulat Brikett ist eine Mahlung und Trocknung erforderlich deren Energiebedarf im wesentlichen durch die Trocknung bestimmt wird Hierf r ist eine Entfernung von rd 0 3kg Wasser je kg Rohkohle anzusetzen FOHL LUGSCHNEIDER WALLNER 1987 KURTZ SPANGENBERG 1987 Bei einer Verdampfungsw rme von 2 45 MJ kg H O ergibt sich unter Ber cksichtigung des Wirkungsgrads von R hrentrocknern ein Proze w rmebedarf von rd 10 bezogen auf den Heizwert der getrockneten Produkte Es wird angenommen da der Proze w rmebedarf aus einem wirbelschichtgefeuerten Braunkohle Heizkraftwerk ausgekoppelt wird da solche Anlagen derzeit im Bau sind und zu Beginn der 90er Jahre die Regel darstellen werden lt TRAUBE 1987 gt Hinzu kommt ein gesch tzter Hilfsenergiebedarf von 0 1 des Brikett Heizwerts f r Klassierung Mahlung und
253. es Transportsystems z hlt in GEMIS nur die Nachfrage nach Antriebsenergie w hrend die mit der Bereitstellung dieser Antriebsenergie durch ein Hilfssystem verbundene Brennstoffmenge vom Programm ber den Nutzungsgrad des Hilfssystems berechnet wird Die in obiger Tabelle genannten brennstoffbezogenen Werte wurden daher zur Eingabe in die GEMIS Datenbasis auf Output Werte umgerechnet wobei Werte aus der WEC Studie und der VIA Untersuchung lt VIA 1986 gt verwendet wurden Tabelle 54 _Nutzenergiebedarf fiir Transportprozesse in GEMIS en m Die brennstoffbezogenen Emissionsfaktoren der elementaren Transportsysteme wurden generell auf der Basis der Gro feuerungsanlagen Verordnung und der TA Luft bestimmt gelten also unabh ngig vom Betriebsort f r deutsche Randbedingungen Sofern spezifische Daten zu Emissionen vorlagen wurden sie einbezogen Die Emissionen von Dieselmotoren der Transport Lkw wurden nach PRGONOS und UBA Daten PROGNOS 1987a UBA 1989 unter der Voraussetzung bestimmt da der Schwefelgehalt des Dieselkraftstoffs dem von Heiz l EL entspricht Damit ergeben sich die folgenden Emissionsfaktoren 1 Dies entspricht dem Vorgehen der FICHTNER FTA Studie lt MAIER 1986 gt Oko Institut GhK WZ III 107 GEMIS Tabelle 55 Emissionsdaten eines Lkw Dieselmotors Die Dieselmotor Emissionen von Binnenschiffen wurden ebenfalls nach UBA Daten lt UBA 1989 gt unter der Voraussetzung bestimmt da der Schwefelgehalt des Die
254. esentlichen auf technische Ma nahmen end of the pipe Strategie abstellen also nicht umfassende Vermeidungskosten lt LEPRICH FRITSCHE 1989 gt abbilden Hierunter wird der Aufwand verstanden der z B f r die Emissionsminderung durch einen Wechsel von Privat Pkw auf ffentliche Nahverkehrsmittel verbunden ist In der Regel sind diese umfassenden Vermeidungskosten nicht ohne schwerwiegende Abgrenzungsprobleme bestimmbar da ein Sy stemsprung meist mit komplexen nderungen des gesamten Stoff Energie und Informationsgef ges verbunden ist Beim Beispiel Pkw versus PNV tr te dieses Problem bei der Normierung auf gleiche Verkehrsdienstleistung auf da die Systeme unterschiedliche Freiheitsgrade des Transports unterschiedliche Sicherheit usw aufweisen Ihre unterschiedlichen Kosten k nnen daher nicht alleine der Emissionsdifferenz zugerechnet werden Da die unten diskutierten technischen Emissionsvermeidungskosten aber gerade als Ma f r den Umwelt Nutzen emissionsarmer Systeme gegen ber emissionsintensiveren verstanden werden das auch bei komplexeren Gef gen eine einfache Normierung erlaubt verliert das Vermeidungskostenkonzept nicht an Sch rfe wenn die umfassenden Emissionsvermeidungskosten nicht ber cksichtigt werden Vielmehr wird das Konzept gerade dadurch erst anwendbar A 2 5 2 Die Datenbasis f r Emissionsvermeidungskosten Nach Beschreibung und Diskussion der Grundkonzeption von Emissionsvermeidungskosten soll nun
255. esystemen vergleichend untersucht Das folgende Kapitel stellt diese mit dem Computerprogramm ermittelten Ergebnisse f r ausgew hlte Systeme zusammenfassend dar und rundet damit die vergleichende Analyse der Umweltaspekte von Energiesystemen ab 6 1 Feste Reststoffe und Fl che Die im GEMIS Programm m gliche quantitative Bilanzierung f r feste Reststoffe und Fl cheninanspruchnahme wurde f r die in Kapitel C betrachteten Heiz und Stromsysteme ebenfalls durchgef hrt Diese Resultate dieser Bilanzen sind wegen Datenunsicherheiten allerdings als weich anzusehen und somit nur in Verbindung mit den qualitativen Aussagen zur beiden Umweltaspekten vgl unten nutzbar Die folgenden Tabellen geben eine bersicht zu den Bilanz Ergebnissen Tabelle 191 Fl chenbedarf und Reststoffanfall bei Heizsystemen System Fl che REA Rest Sonstige 2 il kg Heiz l Heizung 7 40 3 20 Senken Kohle HKW Entnahme Kond 1 TO mo 90 Holz Hackschnitzel2 PLT 20 140 Strohcobs2 70 bei Bereitstellung von 100 MWh Nutzw rme Werte gerundet E W rmepumpe bivalent 0 E W rmepumpe monoval 1 2 oy 1 7 3 a 1 7 7 9 8 9 1 3 Oko Institut GhK WZ III 249 GEMIS 1 Anlage mit Kraft W rme Kopplung Stromgutschrift ber Steinkohle Kraftwerk 2 gr ere Feuerungen in Heizwerken 3 Kombination Steinkohle HKW mit Ol Spitzenkessel inkl W rmenetzverluste 4 Kombination Erdgas BHKW mit Gas Spitzenkessel inkl Warmenetzverluste Flach
256. etzes Eingangsanbindung Stromnetz 380 kV Transportverluste 100 km Tabelle 70 Kenngr en des 20 kV Stromnetzes Eingangsanbindung Stromnetz 110 kV Transportverluste 100 km Tabelle 71 Kenngr en des 0 4 kV Stromnetzes Eingangsanbindung Stromnetz 20 kV Transportverluste 100 km Aus den vorstehenden Netz und Kraftwerksdaten wurde mit GEMIS eine Proze kette generiert die alle Strom Daten bis zum Verbraucher zusammenfa t Die folgende Tabelle gibt die entsprechenden Werte wieder Tabelle 72 Kenndaten der Proze kette Stromnetz frei Haus A ale nn eh Kraft Prozesse Neben Transportsystemen und Strombereitstellung wird auf vielen Proze stufen auch mechanische Hilfsenergie ben tigt Dies gilt z B f r Bohr und F rderanlagen Verdichter und sonstige Hilfssysteme Oko Institut GhK WZ III 113 GEMIS In der folgenden Tabelle werden die Nutzungsgrade dieser Modell Prozesse wiedergegeben wobei als Datenbasis die WEC Studie und die VIA Untersuchnug lt VIA 1986 gt dienten Die Emissionsfaktoren dieser Systeme h ngen stark vom Einsatzbrennstoff ab der je nach Einsatz zweck variiert Daher werden die jeweiligen Emissionsfaktoren bei den betroffenen Proze stufen diskutiert Tabelle 73 Nutzungsgrade von kraftliefernden Systemen System Nutzungsgrad Goi 2 3 2 Kenndaten von Brennstoff Proze ketten Im folgenden werden die wichtigsten Brennstoff Proze ketten l Gas Stein
257. etzt den bezogenen Heizstrom praktisch vollst ndig in nutzbare W rme um allerdings ist f r Regelung und Gebl se ein Strombedarf von 2 erforderlich der aus dem lokalen Stromnetz gedeckt wird Eine W rmeverteilung ist nicht erforderlich Die bivalente elektrische W rmepumpe soll alternativ mit einem lkessel arbeiten wobei eine Verteilung der Jahresarbeit zu je 50 angesetzt wird Dies zeigt die folgende Tabelle Oko Institut GhK WZ III 96 GEMIS Tabelle 43 Kenndaten der E WP bivalent Ol Eingangsanbindung Prozentualer Anteil EWP Als Nutzungsgrad der des W rmepumpenteils der bivalenten W rmepumpe setzten wir einen Wert von 250 an der fiir den Betrieb oberhalb von 3 oC im Jahresmittel erzielt werden kann Fiir die Regelung sowie das Gebl se setzen wir einen Strombedarf von 2 5 bezogen auf die bereitgestellte W rme an Die monovalente W rmepumpe arbeitet unterhalb von 3 oC praktisch als Direktheizung womit sich ein ungiinstigerer Jahresnutzungsgrad ergibt Als Standard Wert setzen wir hierf r 235 an Wie beim bivalenten System kommt ein Strombedarf von 2 5 bezogen auf die bereitgestellte W rme fiir Regelung und Gebl se hinzu 2 2 4 Heizsysteme zur Nutzung von Biomasse Als Standard Anlagen fiir die Nutzung von Stiickholz und von Stroh betrachten wir Einzel fen die mit dem gleichen Nutzungsgrad von 65 wie die Kohle Heizungen betrieben werden k nnen lt EBFE 1986 gt Fiir die Verbrennung von Holz Hackschnit
258. eussenElektra Manuskript zum Vortrag VDE Tagung 16 6 89 RADIAN 1986 Catalytic stoves Radian Corp prepared for EPA Washington D C RAMDAHL M LLER 1983 Chemical and biological characterization of emissions from a cereal straw burning furnace in Chemosphere vol 12 1983 no 1 p 23 34 RAWE ELTING KASS 1986 Staub und gasf rmige Emissionen holzbefeuerter Verbrennungsanlagen in Das Schornsteinfegerhandwerk 7 1986 S 17 27 REIMER 1988 Thermische Behandlung von Kommunalabf llen in EUROFORUM New Energies Proceedings vol 1 S 169 175 RENTZ 1985 NOx Symposium Karlsruhe 1985 Proceedings Rentz IBle Waible eds Karlsruhe Oko Institut GhK WZ III 91 GEMIS ROSTEK WOLTING 1985 EntstickungsmaBnahmen an Gasmotoren Ruhrgas AG Essen ROSTEK 1986 Praxisdaten von DENOX Techniken fiir Gasmotoren und Gasturbinen in VDI 1986a S 193 206 ROSTEK 1987 Emissionsminderungsma nahmen an Gasmotoren und Gasturbinen in ASUE 1987 RSF 1982 Proceedings 1981 International Conference on Residential Solid Fuels Environmental Impacts and Solutions Oregon Graduate Center Beaverton RTI 1984 Characterization of emissions from a fluidized bed wood chip home heating furnace Research Triangle Institute EPA 600 7 84 038 RUHRGAS 1985 NOx Reduction for Gas Turbines Ruhrgas AG Essen SCHARER HAUG 1985 Zur Wirtschaftlichkeit der NOx Abgasreinigung bei Gro feuerungsanlagen in STAUB 1985 p 97 ff SCHMIDT KIM 1983 kologische Auswir
259. ewertungsgr e Geldwerte soll erreicht werden da e einerseits verschiedene Umweltaspekte Materialsch den Gesundheitsbeeintr chtigung untereinander verglichen und zu einer Gr e additiv aggregiert werden k nnen e andererseits auch eine direkte Verrechnung konomischer und kologischer Aspekte m glich ist Wenngleich einiges an Einschr nkungen dieser Grundidee anzuf hren ist vgl unten so besticht das Monetarisierungskonzept durch die 0 g Anwendungsoptionen Eine Detaillierung und Anwendung gleichzeitig aber auch profunde Kritik fand die Monetarisierung in der Kosten Nutzung Analysel Die klassische Basis zur Monetarisierung ist eine Geldgr e wof r entweder der monet re Schaden dienen kann den die Umwelteinwirkung verursacht oder der Verlust an monet rem Nutzen der einer Umweltwirkung zugesprochen wird Hier ist eine deutliche Abgrenzung von Werten und Preisen bzw Kosten erforderlich lt ECO 1981 gt Als Wert einer Sache soll die ideelle Bedeutung verstanden werden die sie f r den Einzelnen oder die Gesellschaft hat In einigen F llen kann dieser Wert als Preis d h in einer Geldgr e gemessen werden oft aber kann ein Preis nicht den Wert abbilden Dies gilt besonders f r Umweltaspekte z B saubere Luft die nicht Besitz von Einzelnen sind sowie f r die Gesundheit sie werden nicht auf dem Markt gehandelt es wird also kein Marktpreis ber Transaktionen festgestellt So kann z B der Pr
260. f r Umwandlungsanlagen wurden ebenfalls durch berschlagsrechnungen ermittelt und auf die in GEMIS zugrundegelegten Energieums tze umgerechnet lt EULER 1984 gt F r die Uran Kette liegen wiederum Angaben in lt MITRE 1979 gt vor f r die Brennelementefertigung sind Fl chen einer deutschen Produktionsst tte Reaktor Brennelemente Union bekannt Bei den Kraftwerken die Bestandteil der GEMIS Datens tze sind wurde haupts chlich auf die Angaben der IFE Studie lt JENSCH 1988 gt zur ckgegriffen und dort genannte Mittelwerte ZT modifziert bernommen Die Fl chenangaben der IFE Arbeit sind an der unteren Skala des tats chlichen Fl chenbedarfs konkreter Anlagen angesiedelt da lediglich diejenigen Fl chen in die Betrachtung aufgenommen wurden die zum Betrieb des Kraftwerkes ben tigt werden Dazu geh ren die eigentlichen Betriebsgeb ude Kesselhaus Turbinenhaus Verwaltungsgeb ude der K hlturm usw bei Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen auch das Kohleneingangslager Die Deponiefl chen f r die Verbrennungsr ckst nde sind nicht voll ber cksichtigt Die Ausklammerung dieser Fl chen von einer notwendigen Zwischenlagerung auf dem Kraftwerksgel nde abgesehen l t sich auch damit rechtfertigen da i d R eine Weiterverwertung der Reststoffe stattfindet so da auch hier komplizierte Gutschriftenberechnungen und Zuordnungsprobleme zu l sen w ren Die Angaben der IFE Studie wurden geringf gig erh ht worden um di
261. f Air Pollutant Emission Factors 3rd ed EPA AP 42 Research Triangle Park Oko Institut GhK WZ III 179 GEMIS ERG 1980 Environmental aspects of renewable energy sources Energy and Resources Group University of California ERG 80 1 Berkeley ERG 1983 Health and safety impacts of renewable geothermal and fusion energy Energy and Resources Group University of California ERG 83 4 Berkeley FICHTNER ISI 1986 Der Beitrag ausgew hlter neuer Technologien zur rationellen Energieverwendung in der deutschen Industrie FICHTNER Beratende Ingenieure Fraunhofer Institut f r Systemtechnik und Innovationsforschung ISD 1 A des Bundesministers f r Wirtschaft Stuttgart Karlsruhe FRITSCHE 1987 Potentiale zur Stromeinsparung und Kraft W rme Kopplung in der BRD Werkstattreihe des OKO Instituts Nr 38 Freiburg GASSERT 1988 Energie und Umwelt herausragende Determinanten ftir die Industrie in Umweltschutz neue Determinante f r die Energiepolitik M H rter M Mattis eds K ln S 19 40 G K 1984 Atomstrom ein Energiedarlehen J W Storm van Leeuwen Gruppe kologie Hannover HARTMANN 1986 Simulation des kumulierten Energieverbrauchs industrieller Produkte IfE Schriftenreihe Heft 20 M nchen HELD ET AL 1977 Energy analysis of nuclear power plants and their fuel cycle in IAEA International Conference on Nuclear Power and its Fuel Cycle Wien 1977 Vol 1 S 709 721 zit n lt HOHENWARTER HEINDLER 1988 gt HOHENW
262. fassen wir den Hilfsenergiebedarf der F rderung und Aufbereitung zusammen Oko Institut GhK WZ III 127 GEMIS F r die Bereitstellung von Erdgas F rderung Aufbereitung wird nach der WEC Studie ein Auf wand von 0 2 des Energieinhaltes f r Kompressionsarbeit angenommen lt WEC 1988 gt bzw als mechanische Energie rd 0 06 F r diesen Aufwand wird wie beim l aus Gr nden des Explosionsschutzes unterstellt da elektrische oder hydraulisch betriebene Pumpen zum Einsatz kommen lt KUNTZ 1979 gt die einen Strombedarf von rd 0 07 des Gas Heizwerts aufweisen Amerikanische Quellen vgl unten Aufbereitung nennen 0 5 3 des gef derten Gases als Brennstoffbedarf f r die F rderung dies entspricht einem mechanischen Energiebedarf von 0 02 0 7 Unter Einbeziehung zuk nftig steigender F rdertiefen und sinkender Reservoirdr cke gehen wir von einem mechanischen Energiebedarf von 0 1 bezogen auf den Gasheizwert aus entsprechend einem Strombedarf von rd 0 11 Die folgende Tabelle zeigt diese Kenndaten Tabelle 92 Kenndaten der Erdgas F rderung Onshore Gas Aufbereitung Die der F rderung nachfolgende Gasaufbereitung Entschwefelung Trocknung C H Abscheidung erfordert berwiegend Brennstoff f r Proze w rme F r die Nutzung des Gases bei sogenannten trockenen Feldern d h ohne l oder Wasseranteile ist nur die Abscheidung der schweren Kohlenwasserstoffe sowie der schwefelhaltigen Komponenten notwendig bei nassen G
263. ff und rd 25 Asche Inertfraktion Die restlichen 5 verteilen sich auf Wasserstoff Schwefel Stickstoff und Halogene Als Standard Heizwert ergibt sich aus einem GEMIS Rechenlauf der Wert von 8 4 MJ kg i roh was gut mit den Daten des UBA bereinstimmt Aus der GEMIS Verbrennungsrechnung folgt ein spezifisches Abgasvolumen von rd 0 57 m8 MJ bei 11 Vol O trockenes Abgas im Normzustand Somit ist Hausm ll ein heizwertarmer Brennstoff mit einem hohen energiespezifischen Abgasvolumen Konventionelle Schadstoffe Die im folgenden diskutierten Emissionswerte f r klassische Schadstoffe beziehen sich jeweils auf trockenes Abgas im Normzustand 1013 hPa O C bei einem Sauerstoffgehalt von 11 Vol Weiterhin wird die statistische Definition nach TA Luft Halbstundenmittelwerte mit Klassierung unterstellt Aus den in der folgenden Tabelle genannte Grenzwerten der TA Luft k nnen theoretische Emissionsfaktoren ausgerechnet werden die ebenfalls aufgef hrt sind Tabelle 33 MVA Emissionsgrenzwerte nach der TA Luft IT Green is Te 5 Prim rma nahmen nach dem Stand der Technik gefordert Oko Institut GhK WZ III 76 GEMIS Da aber die realen Betriebsbedingungen fiir Neu MVA nicht nur durch die TA Luft Werte bestimmt werden sondern auch technisch betriebsm igen Einfl ssen unterliegen sind die Schadstoffe einzeln zu diskutieren Schwefeldioxid Die TA Luft gibt als Emissionsgrenzwert f r SO 100 mg m an entsprechend 57
264. finiert wurde 6 vgl dazu n her Exkurs 1 in Kapitel B 1 Oko Institut GhK WZ III 10 GEMIS In der methodischen Frage der Zuordnung wird mehrheitlich in den Konzepten davon ausgegangen da der KWK Strom Elektrizit t aus modernen Steinkohle Kraftwerken ersetzt Die Unterschiede liegen im wesentlichen in den Differenzen beim elektrischen Wirkungsgrad und dem Umfang von Entschwefelungs und Entstickungsma nahmen beim Kraftwerk sowie der Einbeziehung von Netzverlusten Bei der methodischen Frage der Zurechnung von Kraftwerken zu Heizstrom gibt es weitgehend bereinstimmung darin da hierzu Steinkohle Kraftwerken dienen Aggregationsm glichkeiten und Gewichtung bei Vergleichen In den untersuchten Energiekonzepten wird mit einer Ausnahme die Emissionsbilanzierung f r einzelne Schadstoffe nicht weiter aggregiert sondern nur grafisch aufbereitet oder ber die Zeit aufgetragen bei Szenarien Eine Gewichtung z B durch Immissionsgrenzwerte erfolgt in der Regel nicht G te und Verwendbarkeit der Datenbasen Die Auswertung der untersuchten Konzepte zeigt da die verwendeten Datenbasen f r Emissionsrechnungen stark streuen In keinem Konzept wurden die unterstellten Brennstoffe in ihrer Zusammensetzung oder die Umrechnungswerte zwischen Abgaskonzentrationen und Emissionsfak toren ausgewiesen Da dies berwiegend auch in den von den Konzept Bearbeitern verwendeten allgemeinen Studien ebenfalls unterbleibt vgl oben konnte e
265. fs nach Daten von modernen europ ischen Anlagen angesetzt So wird ber cksichtigt da ein Teil des deutschen Heiz ls bereits im benachbarten Ausland Holland Skandinavien raffiniert wird Dabei wird unterstellt da die spezifischen Aufw nde f r die Raffinerie Produkte Heiz l EL bzw Dieselkraftstoff sowie Heiz l S den mengenm igen Verh ltnissen entsprechen die sich aus dem Ge samt Aufwand des Raffineriebetriebs f r alle Produktarten also inclusive nichtenergetischer Verwen dung ergeben Somit wird keine Bewertung des Produkt Heizwerts als Gewichtungsfaktor des zu rechenbaren Energieaufwand angesetzt Die WEC Studie gibt Energieaufw nde von Raffinerien in Anh ngigkeit der Produkte an Energiebedarf des Input pe i ode bersetzt nach lt WEC 1988 gt S 180 Die WEC Studie unterstellt unter Ber cksichtigung der Tendenz zur Produktion leichterer Faktionen einen mittleren Energiebedarf von rd 6 des Heizwerts des Roh l Inputs der mit dem Wert der IEA Statistik von 6 5 gut tibereinstimmt lt WEC 1988 gt Europ ische Daten lt HAMANN 1985 gt Angaben der CONCAWE lt CONCAWE 1986a gt sowie des Mineral lwirtschafts Verbands lt MWV 1988a gt ergeben demgegen ber die in der folgenden Tabelle genannten Werte Tabelle 81 Spezifischer Energiebedarf von Erd l Raffinerien HAMANN 6 3 CONCAWE 5 3 Oko Institut GhK WZ III 122 GEMIS Durch die zuk nftig vermehrte Produktion von leichten
266. g Filterkuchens d h einer Staubschicht die sich auf dem Gewebe des Filters ablagert und zur Abscheidung beitr gt Bei den f r Steinkohle staubfeuerungen blichen Rohgasbeladungen von ca 10 000 mg m sind mit Gewebefiltern heute Reingaswerte unter 20 mg n als Stand der Technik anzusehen lt L FFLER 1984 gt durch vergr erte Filterfl chen k nnen auch Werte unter 10 mg m eingehalten werden lt SCHULTZ 1985 gt Dies wird auch von Herstellern garantiert lt MOSCH 1985 gt Elektrische Entstauber K nnen diese Werte ebenfalls einhalten jedoch sind h here Investitionskosten erforderlich Die GFAVO fordert f r Neuanlagen Staub Reingaswerte von 50 mg m die auch beim Ru blasen einzuhalten sind Da Anlagen der hier interessierenden Gr enklasse typischerweise mit Na REA arbeiten mu der Effekt dieser weiteren Gasreinigungsstufe einbezogen werden Aus Me werten und Betriebserfahrungen lt STELLBRINK 1988 gt lt VGB 1985 gt ist bekannt da Na REA als effektiver Feinstaubfilter arbeiten und hinter der REA Staubwerte unter 25 mg m auftreten Als Regelfall f r den EDS STANDARD ist daher von 25 mg m entsprechend 8 kg TJ 5 O bzw 9 kg TJ 6 O auszugehen F r den BEST Datensatz sind dagegen 5 feldrige E bzw Gewebefilter in Kombination mit Na REA zu betrachten womit 5 mg m3 bzw rd 2 kg TJ einzuhalten sind 3 Oko Institut GhK WZ III 56 GEMIS Halogenemissionen Sowohl von den chemisch physikalischen Abl ufen
267. g TJ Die Staub Emissionen dieser Motoren k nnen durch Ru filter ebenfalls um 80 reduziert werden soda hier ein Emissionsfaktor von 8 kg TJ anzunehmen ist Bei kleineren Dieselmotoren dagegen kann u E die motorseitige Optimierung auf NO Werte um 2000 mg m erfolgen soda dann eine relativ einfache nachgeschaltete SNCR Stufe mit 50 Reduktion einen NO Emissionsfaktor von 320 kg TJ erlaubt Ein Ru filter ist dagegen mit gleichem Wirkungsgrad zu betreiben soda auch hier ein Staub Emissionsfaktor von 8 kg TJ anzunehmen ist Gasturbinen Systeme ber die Emissionen von lbefeuerten Gasturbinen liegen uns bislang keine gesicherten Erkenntnisse vor Die TA Luft Grenzwerte k nnen aber sicher durch Brennkammer Geometrie optimierte Luftzu fuhr und ggf Wasser Dampf Eind sung eingehalten werden soda wir f r den EDS STANDARD die Emissionsfaktoren aus den Grenzwerten abz glich 10 Sicherheitsabstand bestimmen F r den EDS BEST gehen wir davon aus da die mit Wasser Dampf Eind sung realisierbaren NOx Minderungen ausgesch pft werden soda bei kleineren Gasturbinen unter 175 mg n entsprechend 150 kg TJ und bei gr eren unter 70 mg m entsprechend 60 kg TJ als Emissionsfaktoren anzusetzen sind Dabei wird davon ausgegangen da beim Betrieb mit HEL die Technologie nur rd 1 3 der bei Erdgas m glichen Reduzierungen vgl unten erlaubt F r die Staubemission wird dagegen angenommen da Werte um 10 mg m entsprechend rd 9 kg
268. g finden sind im Anhang 7 dokumentiert 2 Bisher vorliegende Einzelergebnisse zu den verschiedenen Fl chenaspekten sind in einem Arbeitspapier AP ALL 8 dokumentiert Oko Institut GhK WZ III 207 GEMIS Bei der F rderung fossiler Prim renergietr ger wurde soweit sie nicht off shore stattfindet und daher aus der Fl chenbetrachtung herausf llt auf Sch tzunen zur ckgegriffen Bei Stein und Braunkohle und Uranf rderung konnten Angaben zu Abbaufl chen aus Studien des US Department of Energy lt MITRE 1979 gt lt DOE 1983 gt herangezogen werden Schlie lich liegen umfangreiche Informationen zum rheinischen Braunkohlenabbau vor wobei insbesondere auf eine Arbeit lt STARKE 1987 gt zur ckgegriffen wurden Bei onshore l und Gasf rderung wurde pro F rderstelle Bohrloch eine einheitliche Inanspruchnahme unterstellt ebenso f r die inl ndische Erdgas und die OPEC lf rderung Ebenfalls wurde beim Tiefbau Kohle Uran soweit keine Einzeldaten vorlagen ein Pauschalwert angenommen in dem die gesamte Betriebstechnik der Zechen die Fl chen f r F rder und Wettersch chte sowie die Verarbeitungseinrichtungen mit zugeordneten Lagerfl chen erfa t werden sollen Die Fl chen die vom Oberfl chenabbau Tagebau open pit mining betroffen sind stellen mit den relevantesten Faktor der Fl chenbilanz von Energiesystemen dar Hier konnte auf amerikanische Daten lt MITRE 1979 gt zur ckgegriffen werden Die Fl chen
269. g m glich sein wird Da aber die Betriebskosten der trockenen Systeme ganz wesentlich von den Additiv und Entsorgungskosten bestimmt werden und diese deutlich bei hohen Abscheideraten zunehmen kann unter konomischen Restriktionen nur von geringeren Raten die zwischen 60 und 85 liegen ausgegangen werden Im EDS STANDARD gehen wir von 60 aus womit sich bei Vollwert Steinkohle SO Reingaswerte von 800 mg m entsprechend 304 kg TJ 7 Vol O ergeben F r den EDS BEST wird dagegen angenommen da die Entschwefelung 80 Wirkungsgrad zeigt womit Werte um 360 mg m d h 135 kg TJ 7 Vol O erreichbar sind Staub F r die Entstaubung in dieser Leistungsklasse wird berwiegend ein Gewebefilter Verwendung finden das gleichzeitig als Nachreaktor der REA dient Bei nassen Verfahren kann dagegen die Waschstufe als Staubfilter dienen Mit beiden Systemen kann der TA Luft Grenzwert um mind 20 unterschrit ten und so 40 mg m problemlos eingehalten werden womit sich ein Emissionsfaktor f r den EDS STANDARD von 15 kg TJ 7 Vol O2 ergibt Oko Institut GhK WZ III 60 GEMIS F r den EDS BEST wird angenommen da ein Gewebefilter mit optimierter Auslegung verwendet wird womit 20 mg m Staub einhaltbar sind Dies entspricht einem Emissionsfaktor von rd 8kg TJ 7 Vol On Halogenemissionen Spr habsorber und Trocken REA im Reaktionen im kalten Abgas erzielen 80 90 Halogenabscheidung w hrend das TAV wegen der ung nstigeren Te
270. g ohne Kernenergienutzung M glichkeiten sowie energetische kologische und wirtschaftliche Auswirkungen 1 A des Ministeriums f r Wirtschaft NRW Basel Oko Institut GhK WZ III 283 GEMIS RENTZ MORGENSTERN 1988 Comparative cost effectiveness studies of emission control strategies for the Federal Repblic of Germany Paper fiir die ENVRISK 88 Energy and Environment the European Perspective on Risk Conference Como Italien RUBIK 1985 Das Bruttosozialprodukt als Indikator fiir Lebensqualit t in OKO INSTITUT 1985 S 145 176 SCHULZ 1985 Der monet re Wert besserer Luft Frankfurt Bern New York SESO 1984 Coal versus nuclear a struggle for power Evaluation and comparison of major side effects Studiecentrum voor Economisch en Sociaal Onderzoek SESO Universit t Antwerpen 84 166 SHENK ET AL 1981 Quantifying environmental impacts C A Shenk et al EPA 910 9 8 1 086 Environmental Protection Agency Region X Seattle WA SHRADER FRECHETTE 1985 Science Policy Ethics and Economic Methodology Some Problems of Technology Assessment and Environmental Impact Analysis Dordrecht Boston Lancaster SHUMAN CAVANAGH 1982 A Model Electric Power and Conservation Plan for the Pacific Northwest Appendix II Environmental Costs San Francisco SRU 1988 Umweltgutachten 1987 Rat f r Umweltfragen Stuttgart Mainz UBA 1986 Daten zur Umwelt 1986 87 Umweltbundesamt Berlin UBA 1987 UMPLIS Bibliographie Umwelt konomie Umweltbunde
271. g von Uran frei Kraftwerk enth lt Die folgende Tabelle zeigen die berechneten Werte Tabelle 143 Kenndaten der Proze kette Uran frei A KW CO 4 700 Oko Institut GhK WZ III 152 GEMIS Nutzungsgrad 91 3 Der errechnete Nutzungsgrad liegt im Bereich der in der FFE DFG Studie genannten Daten von 92 f r Uran ohne Wiederaufarbeitung lt JENSCH 1988 gt Bezogen auf den Reaktor Output also Strom liegt der GEMIS Wert bei 3 5 und stimmt damit gut mit DOE und WEC Daten berein Zu beachten ist da die Emissionswerte f r die Uranbereitstellung wegen des hohen Anteils der Anreicherung stark von dem gew hlten Grundlaststrom Kraftwerkspark abh ngen F r GEMIS wurde der deutsche Grundlastpark zu Beginn der 90er Jahre unterstellt Je nach Herkunftsland USA Frankreich UdSSR etc variiert dieser Wert und damit auch die zurechenbaren Emissionen Proze ketten Biomasse ber die bisher diskutierten Proze ketten hinaus werden auch regenerative Energien in das GEMIS Programm einbezogen Proze daten f r Wasserkraft Wind und Solarenergie werden durch die Materialvorleistungen gepr gt und sind Gegenstand des nachfolgenden Kapitels Es bleibt somit die Bereitstellung von Biomasse als Brennstoff zu diskutieren wobei eine Einschr n kung auf Rest Biomassen entsprechend der Projekt Vorgabe erfolgt F r energetische Biomasse Nutzung wird daher auch nur der Anteil zugerechnet der f r die energetische Nutzung aufzubringen i
272. gabe von Minderungsma nahmen oder Nutzungsbeschr nkungen soweit zu reduzieren da sie nicht mehr entscheidungsrelevant sind Dies bietet sich vor allem f r qualitative Umweltaspekte der regenerativen Energien sowie der Energieeinsparung an lt MEDSKER 1982 gt e Bei der Biomasse Gewinnung d rfen nur Fl chen ohne Erosionsgefahr und Grund Wasserprobleme genutzt werden Weiterhin ist der Biomasse Entzug auf die Menge zu begrenzen die das jeweilige kosystem ohne nachhaltigen N hrstoffverlust anbietet e Solaranlagen thermisch und elektrisch sind vorrangig auf schon genutzten Fl chen z B D cher zu installieren Andere Standorte d rfen nicht zu Gef hrdungen der Tier oder Pflanzenwelt f hren sondern sollten so gestaltet werden da sich neue Lebensr ume und Biotope ergeben Oko Institut GhK WZ III 232 GEMIS e Als Standorte fiir Windkraftsysteme kommen erosionsgef hrdete Fl chen nicht in Frage sofern nicht im Zuge des Anlagenbaus Sicherungsma nahmen ergriffen werden Visuelle Beeintr chtigungen Landschaftsbild sowie L rm sind durch Anlagenauslegung und Standortwahl zu minimieren e F r Laufwasserkraftwerke haben Ma nahmen zur Verbesserung bestehender Anlagen Priorit t gefolgt von der Reaktivierung Sanierung stillgelegter Werke mit vorhandenen Bauwerken Bei der Sanierung sowie bei Neubauten sind Restwassermengen nach kologischen Erfordernissen festzulegen wobei Ma nahmen zur Verbesserung von Ausleitungsstrecke
273. gaben SO Werte von 50 100 kg TJ f r rheinische Briketts Dabei war wie bei Steinkohlen eine Abh ngigkeit der SO Emissionen von der Auslastung der Anlagen zu beobachten im Nennlastbereich emittierten die Anlagen deutlich mehr SO als bei Teillast Bei diesen Werten ist zu beachten daf die Schwefel Inventare der eingesetzten Braunkohlen Briketts bei 0 2 Gew lagen Bei Heizwerten von rd 22 MJ kg erg ben sich hier ohne Ascheeinbindung maximale SO Werte von rd 180 kg TJ Wir gehen in den EDS STANDARD und BEST vom Schwefelgehalt rheinischer Braunkohle Briketts 9 von 0 35 Gew einem Heizwert von rd 22 MJ kg sowie einer Asche Einbindung von 65 aus woraus sich ein Emissionsfaktor fiir SO von 110 kg TJ ergibt was mit den UBA Daten gut bereinstimmt 10 Nordhessische Braunkohle darf wegen der hohen Schwefelgehalte nicht im Geltungsbereich der Kleinfeuerungsanlagen Verordnung eingesetzt werden fiir polnische und tscheschische Braunkohlen liegen keine nachvollziehbaren Brennstoff Analysen vor In GEMIS werden daher die Daten fiir rheinische Braunkohle verwendet Oko Institut GhK WZ III 36 GEMIS Bei gr eren Anlagen f r Blockheizungen Nahw rme mit Kohle Heizwerken oder gro en W rmeabnehmern Kasernen etc kann Braunkohle auch in WSF Anlagen oder Rostfeuerungen mit Trocken Additiv Verfahren TAV zur Anwendung Beide Systeme f hren der Feuerung basische Additive trocken zu CaO oder Ca OH Diese Systeme k nnen SO Minderung
274. gehen bei der Datenermittlung lag darin ausgehend von den KFA und WEC Daten die zu erwartenden Energieeinsparungsma nahmen zu ber cksichtigen die sich seit den 70er Jahren in der Industrie durchgesetzt haben bzw bis in die friihen 90er Jahre noch eingefiihrt werden Als Quellen f r diese Absch tzung dienten eine BMW I Studie zur rationellen Energienutzung in der Industrie lt FICHTNER ISI 1986 gt sowie erg nzendes Material lt FRITSCHE 1987 gt Entgegen den Arbeiten der DFVLR wurde nicht ber cksichtigt da gerade f r das energieintensive Aluminium durch Recycling eine deutliche Reduktion des Energieaufwands erfolgen kann da Sekund r Aluminium wegen Verschmutzungen nicht f r vollwertige Substitution von Prim raluminium eingesetzt werden kann lt HARTMANN 1986 gt Die folgende Tabelle zeigt nochmals die wichtigsten Studien Daten im Vergleich zum in GEMIS implementierten Datensatz Tabelle 167 bersicht zum materialbezogenen Energieaufwand oer TO ESC Angaben in MJ kg Werte gerundet Die GEMIS Daten liegen wegen der beriicksichtigten verbesserten Herstellungstechniken unter denen der KFA Jiilich aber mit Ausnahme von Stahl deutlich tiber den Werten der DFVLR die bei ihren Analysen eher optimistische Randbedingungen unterstellte Recycling Die in GEMIS aufgenommenen Daten fiir Kunststoff repr sentieren den Aufwand fiir die Herstellung und Verarbeitung von Polystyrol um eine obere Grenze fiir der verschiedenen Pl
275. gen ber den amerikanischen durch eine engere Definition von Umwelt aus sowie durch die weitgehende Ausklammerung der Probleme Kosten des Todes und Diskontierung zuk nftiger Sch den Eine Ausnahme hiervon bildet eine aktuelle Untersuchung des Fraunhofer Instituts f r Systemtechnik und Innovationsforschung f r die EG lt ISI 1988 gt die im folgenden n her diskutiert werden soll Die Studie verwendet f r die Bilanzierung der sozialen Kosten darunter auch Umweltkosten aktuelle Werte aus anderen Untersuchungen und rechnet diese auf die Preisbasis 1982 um Als Anspruch wird formuliert nicht die tats chlichen Umweltsch den zu bestimmen sondern Untergrenzen die auf der sicheren Seite liegen Im Mittelpunkt der Analyse stehen M glichkeiten zur Strombereitstellung auf der Basis e fossiler Brennstoffe summarisch f r Kohle l und Gas e atomarer Brennstoffe Uran in Leichtwasser Reaktoren e regenerativer Energien Solarzelle und Windkraftwerke Bei den fossilen Energietr gern werden e Sch den an Pflanzen e Sch den an Tieren e Sch den an menschlicher Gesundheit e Materialsch den e Klimaver nderung als Folgen betrachtet Die Zuordnung der Kosten f r diese Sch den zu den Verursachern der Einwirkungen erfolgt da keine ausreichenden Einzelanalysen vorliegen durch eine Gewichtung der Emissionen mit Toxizit tsfaktoren auf der Basis der deutschen MAK Werte Die gewichteten Emissionen werden dann benutzt um den prozentualen
276. gen betriebswirtschaftliche Vorteile Gewinne aufzurechnen bei Umweltsch den ist ein dahingehender deal zwischen Projekttr ger und Betroffenen kaum zu erwarten Als weiteres Problem ist die Beurteilung des Preises der menschlichen Gesundheit und insbesondere eines menschlichen Lebens oder anders ausgedr ckt der Kosten f r einen Toten lt SHUMAN CAVANAGH 1982 gt zu nennen Die unten diskutierten amerikanischen Arbeiten verwenden in der Regel den kompensatorischen Ansatz zur Bestimmung dieser Gr e Quantitativ ist der Wert des Lebens aber extrem umstritten lt SHUMAN CAVANAGH 1982 gt und wird in deutschen Monetarisierungen mit einer Ausnahme lt ISI 1988 gt vgl unten auch nicht verwendet Schlie lich ist zu beachten da eine Monetarisierung auch die zeitliche Verteilung der Umweltkosten zu ber cksichtigen hat lt ECO 1981 gt In der konomie ist es blich zuk nftige Kosten oder Ertr ge zu diskontieren um den Gegenwartswert dieser Gr en zu erfassen Dabei wird zur Bestimmung des Gegenwartswerts der bliche Diskiminierungsfaktor nach dem Ansatz Go G t 1 n 100 mit Go Gegenwartswert Zeitpunkt to G t Wert zum Zeitpunkt t dt Zeitdistanz t to n Diskontsatz in verwendet Je nach Diskontsatz und zeitlichem Rahmen k nnen so auch hohe Kosten in der Zukunft zu einem geringen Kostenfaktor in heutigem Geld werden wie im folgenden Bild f r mehrere Diskonts tze und zeitliche Distanzen
277. gen auftreten kann das Gesamt Schadenspotential der Dioxin Furane auch durch nicht 2 3 7 8 substituierte Verbindungen erheblich bestimmt werden Dioxinbildung in Hausmiillverbrennungsanlagen Durch M llverbrennung k nnen PCDD F auf verschiedenen Wegen in die Umwelt gelangen im Inventar sind bereits Dioxine oder Furane enthalten die Verbrennung in der MVA bei 800 C werden sie nicht zumindest nicht vollst ndig zerst rt e Vorl uferverbindungen precursor sind im M ll die durch die Verbrennung zu PCDD F umgewandelt werden Chlorverbindungen reagieren mit organischen Molek len an metallischen Katalysatoren z B Kupfer zu Dioxinen und Furanen werden also synthetisiert De Novo Synthese Eine ausf hrliche Diskussion dieser Ph nomene geben z B lt KO INSTITUT 1988 gt und lt VDI 1987b gt Daraus ist der Schlu zu ziehen da derzeit keine geeigneten Ma nahmen bekannt sind die sicher eine Bildung bzw Freisetzung von Dioxinen und Furanen verhindern Allenfalls m glich scheint eine Begrenzung wobei die erzielbaren Werte derzeit umstritten sind Ob und wieweit Ma nahmen wie Aussortierung von Metallen und Kunststoffen die zu einer deutlichen Reduktion der PCDD F Bildung f hren lt KO INSTITUT 1988 gt durchgesetzt und realisiert werden k nnen ist heute nicht zu entscheiden In mehreren Genehmigungsverfahren f r neue MVA wurden entsprechende Forderungen erhoben aber bislang von den Beh rden nicht in Besch
278. gen erhebliche Schwermetall Emissionen abgeben Zusammenfassung zu Steinkohlebrikett Feuerungen Die folgende Tabelle gibt einen berblick zu den Emissionsfaktoren die bei Steinkohlebriketts f r die GEMIS Datens tze abgeleitet wurden Oko Institut GhK WZ III 34 GEMIS Tabelle 13 GEMIS Emissionswerte f r Steinkohlen Heizungen Leistung EDS STANDARD EDS BEST Anlage kW SO NO Staub SO NO Staub Heizung 5 1 000 5 5 00 50 55 500 50 55 Heizwerk gt 1 000 00 150 20 70 150 10 in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert Anmerkungen 5 im EDS BEST mit Na w sche zur Entschwefelung Braunkohlebefeuerte Anlagen Braunkohle wird in den privaten Haushalten und im Kleinverbrauch praktisch ausschlie lich als Brikett in der Gr enordnung von 2 Mio t a zur Warmebereitstellung eingesetzt lt BF 1987 gt Die Briketts werden in UDB Anlagen und Durchbrand fen verwendet sowie bei gr eren Anlagen in Rostfeuerungen Wirbelschichtanlagen f r Braunkohle Staub werden bislang nur in gro en Einheiten ber 50 MWth betrieben obwohl grunds tzlich diese Feuerungstechnik gerade f r Braunkohlen gut geeignet ist Die nachfolgenden Tabellen zeigen die Grenzwerte bzw die daraus abgeleiteten Emissionsfaktoren die nach den heutigen gesetzlichen Regelungen f r Braunkohlenbrikett befeuerte Heizanlagen gelten Tabelle 14 _Emissionsgrenzwerte f r Braunkohlenbriketts Quelle Leistung Staub CO CnHm NOx SO2 Bezugs O2 1 BImSchV gt 15
279. generation study Kaiser engineers for Bonneville Power Administration Portland KALLENBACH TH NE 1989 Gesundheitsrisiken der Stomerzeugung Reihe Energie systeme Energiewirtschaft und Umwelt K ln KFA 1984 Implementing agreement for co operation in the development of large scale wind energy conversion systems 11th meeting of experts general environmental aspects of large scale wind energy utilization KFA J lich j l spez 278 J lich Oko Institut GhK WZ III 228 GEMIS KWF 1985 Waldschonende Holzernte 9 KWF Fachtagung Kuratorium fiir Waldarbeit und Forsttechnik GroB Umstadt LEVY 1984 Oil pollution in the world s oceans in AMBIO vol 13 1984 p 226 235 LOHFINK 1987 Zur Minderung von Umweltbelastungen beim Leitungstrassenbau nach dem Bundesnaturschutzgesetz in Raumforschung und Raumordnung 45 1987 H 4 S 168 175 MAKOFSKE EDELSTEIN 1988 Radon and the environment W J Makofske M R Edelstein eds Noyes Publ Park Ridge NJ MEDSKER 1982 Side effects of renewable energy sources National Audubon Society Report 15 New York MENZIE 1982 The environmental implications of offshore oil and gas activities in Env Science amp Techn vol 16 1982 no 8 p 454A 472A MIT 1979 Social cost factors and the development of photovoltaic energy systems Massachusetts Institute of Technology MIT EL 79 026 Lexington MITRE 1979 Environmental Data for Energy Technology Policy Analysis Vol 1 Summary prepared for US DOE
280. gleitende Einf hrung der Holzschnitzel Heiz technik Gesamthochschule Essen Essen GIAMMAR 1982 Evaluation of emissions from residential coal fired boilers under smokeless operation in RSF 1982 S 304 312 Oko Institut GhK WZ III 87 GEMIS GRIMMER ET AL 1983 Determination of polycyclic aromatic compounds emitted from brown coal fired residential stoves by gas chromatography mass spectrometry in Anal Chem vol 55 1983 no 6 S 892 900 GWI 1986 NOx mindernde Brennereins tze bei atmosph rischen Gasbrennern T Jannemann G Schmitz in gwi Bd 35 1986 H 9 S 463 ff HAEBERLIN 1986 Emissionsvergleich verschiedener Heizsysteme in ASUE 1986b HANDROCK 1986 Erdgas in Verbrennungsmotoren in ASUE 1986 HAUG OELS 1985 Minderung der SO2 und NOx Emissionen bei Feuerungsanlagen in Luftrein haltung 1985 D sseldorf p 23 37 HDT 1985 Rauchgasendreinigung Tech Mitt vol 78 1985 no 1 2 Essen HERBERT 1985 Kriterien einer modernen M llverbrennungsanlage unter Ber cksichtigung einer optimalen Energieausnutzung in VDI Bericht 554 S 165 182 HERLAN MAYER 1980 Polyzyklische Aromaten Benzol und andere Schadstoffe in den Abgasen eines Kohleofens in gwf gas erdgas vol 121 1980 S 301 307 HH 1988 Hamburger F rderprogramm zur Modernisierung der Heiztechnik Freie und Hansestadt Hamburg Umweltbeh rde Hamburg HLFU 1988 Bewertungshilfe f r Dioxine Schriftenreihe der HLfU 53 Wiesbaden HMLULF 1982 Cadmium
281. gt die gegen ber dem Inventar bei f ndigen Lagern vernachl ssigbar gering sind ei nem Treibstoffbedarf f r das Bohrprogramm von 548 TJ steht eine Gesamtf rderung von 2 64 108 TJ gegen ber d h der Anteil liegt unter 0 0002 des Heizwerts der Gesamtf rderung Die sich bei Vernachl ssigung der Exploration ergebende Proze kette f r die Erdgasbereitstellung zeigt die folgende Abbildung Oko Institut GhK WZ III 126 GEMIS Abbildung 3 Schema der GEMIS Proze kette Gas Gas Aufkommen Das in der Bundesrepublik verwendete Erdgas stammt derzeit zu rd einem Drittel aus heimischen Lagerst tten etwa 40 aus Nachbarl ndern Holland Gro britannien Skandinavien und zu rd einem Viertel aus der UdSSR Wegen der Langfristigkeit der Vertr ge deutscher Gasversorger mit den ausl ndischen Lieferanten wird angenommen da diese Verteilung auch f r die 90er Jahre charakteristisch sein wird Die nachfolgende Tabelle zeigt diese Aufteilung Tabelle 91 Kenndaten des Gas Aufkommen in GEMIS Eingangsanbindung Prozentualer Anteil Erdgas F rderung Zu Beginn der Nutzung von Gasfeldern ist der Reservoirdruck allgemein so hoch da f r den Pipelinetransport keine Kompression erforderlich ist Bei schon l nger genutzten Feldern sowie bei kombinierter Ol Gas F rderung ist jedoch eine Verdichtung notwendig Da die nachfolgende Gasaufbereitung vgl unten z T hohe Druckverluste aufweist die durch Kompression ausgeglichen werden m ssen
282. halten werden lt IFE 1988 gt lt IVD 1988 gt bei St ckholzfeuerungen allerdings nur mit erheblichem Benutzeraufwand Durch Katalysatoren kann bei diesen Anlagen auch der Staubauswurf begrenzt werden wie amerikanische Erfahrungen zeigen lt DEQ 1985 gt lt BPA 1988a d gt hierf r sind jedoch hohe Kosten f r den Katalysator aufzubringen Daher gehen wir davon aus da in der Regel Hack schnitzel oder Pelletfeuerungen zum Einsatz kommen Hier k nnen ebenfalls ohne Entstauber Staubwerte zwischen 50 und 100 mg m3 erzielt werden wie Tabelle B 1 20 zeigt Daher gehen wir im EDS STANDARD von einem mittleren Staub Wert von 75 mg m3 aus entsprechend einem Emissionsfaktor von 50 kg TJ Bei gr eren Anlagen Heizwerken wird der Einsatz eines Gewebefilters angenommen mit dem Reingaswerte um 20 mg m3 sicher eingehalten werden Damit ergibt sich f r die gr eren Anlagen ein Staub Emissionsfaktor von 11 kg TJ Im EDS BEST dagegen werden Vor fen mit Zyklonentstaubung unterstellt die Staub Reingaswerte von 40 50 mg m3 einhalten vgl Tabelle B 1 20 ohne Staubabscheider w rden die Werte um 100 mg m3 liegen Wir gehen f r den EDS BEST von 50 mg m3 aus Bei gr eren Feuerungssystemen m ssen Gewebe oder Elektrofilter eingesetzt werden Diese Abscheider k nnen durch optimierte Filterauslegung Reingaswerte um 10 mg m3 entsprechend rd 6 kg TJ erreichen Bei kleineren Anlagen mit Stoker oder Pyrolysefeuerung und einfachen Abscheide
283. hen Kenndaten zu nennen die eine Nachvollziehung der Emissionsrechnungen behindert und z T verhindert Eine gegen ber interessierten Dritten ffentlichkeit Akteure offene Konzeptdokumentation mu mindestens die Daten ausweisen f r e die Jahresnutzungsgrade der Anlagen e der Verluste bei der Warmeverteilung die eingerechneten Hilfsenergiemengen sowie e die Aufteilung von Koppel und Frischw rme bei KWK Anlagen SchlieBlich stellen mehrere Konzepte den vorhandenen Anlagen neue Systeme gegeniiber und verletzen damit die Forderung nach symmetrischer Betrachtung da die vorhandenen alten Anlagen in der Regel emissionsintensiver als vergleichbare neue Systeme sind Zu betrachtende Umweltaspekte Alle ausgewerteten Energiekonzepte stellen bei der Quantifizierung von Umweltaspekten allein auf Luftschadstoffe ab Dieses Vorgehen deckt sich mit der GOPA Auswertung und Arbeiten des Umweltbundesamts das hierzu ausf hrt Fragen der Luftreinhaltung stehen daher zu Recht im Mittelpunkt der umweltpolitischen Diskussion auch im Hinblick auf die Wahl zwischen Versorgungsoptionen Die Autoren sehen hierin einen zentralen Aspekt der derzeit das vorrangige Entscheidungskriterium darstellen mu zit n lt GLATZEL BECK 1984 gt S 770 Diese Ansicht wird auch von anderen Autoren geteilt Die Analyse der Luftschadstoffbelastung steht dabei notwendigerweise im Vordergrund weil von den Beheizungssystemen wenig andere Umwelteff
284. hertem Zustand d h in h heren Konzentrationen als im M ll Input bzw in der Schlacke Andererseits sind diese Schadkomponenten auch l slicher Wegen dieser Eigenschaften sind Filterst ube als Sonderm ll der Klasse II hessische Einteilung einzustufen und entsprechend zu deponieren Mittlerweile wird ber die Entsch rfung von Filterst uben durch verschiedene Verfahren diskutiert e die Auslaugung und R ckgewinnung von Schwermetallen durch S ure e die Zerst rung von Dioxinen Furanen durch katalytische Effekte Beide Konzepte befinden sich im Pilotma stab in der Erprobung ber ihre Effektivit t und Nebenwirkungen sind derzeit keine gesicherten Aussagen m glich REA Reststoffe Die Reststoffe der zweiten Kategorie sind in der Regel bei modernen Verfahren zur Rauchgas Entschwefelung als Baustoff weiterverwendbar Problematisch k nnen REA Reste wegen des Gehaltes an Halogenen Schwermetallen und m glichem Sulfataustrag sein sofern sie gelagert deponiert und nicht verwertet werden Die quantitative Erfassung dieser Reststoffe dient als Indikator fiir den Aufwand der bei der Entsorgung Verwertung energiebedingt zu erbringen ist Bei der Nutzung von Stein und Braunkohle sowie Heiz l S fallen REA Reststoffe an wenn Teile des Schwefel und Halogeninventars bei der Abgasreinigung abgeschieden werden wobei vor allem Gips CaSO entsteht Die Halogene werden bei konventionellen REA aus dem Gips ausgewaschen bzw in einer Vorstuf
285. hnitzeln Pellets liegen die Emissionen bei lufttrockenem St ckholz ca 3 h her als in der Tabelle f r Hackschnitzel Pellets gennannt Das GEMIS Programm korrigiert solche brennstoffbedingten Differenzen eigenst ndig vgl Kapitel B 5 Oko Institut GhK WZ III Tabelle 17 Emissionsgrenzwerte Hackschnitzel Pellet Quelle Leistung 1 BImSchV 1 BImSchV 1 BImSchV 1 BImSchV TA Luft TA Luft gt 15 150 gt 50 150 gt 150 150 gt 500 150 gt 1 000 gt 5 000 Holzfeuerungen Staub CO Tabelle 18 FEmissionsfaktoren f r bei Brennstoff Holz Hackschnitzel Pellet Holzfeuerungen Quelle Leistung Staub CO C H NO 1 BIlmSchV gt 15 101 gt 50 101 gt 150 101 gt 500 101 gt 1 000 gt 5 000 1 BImSchV 1 BImSchV 1 BImSchV TA Luft TA Luft Die nachfolgende Tabelle zeigt Beispiele fiir Emissionen verschiedener Holzfeuerungen die im Rahmen unserer Auswertung herangezogen wurden Oko Institut GhK WZ III 42 GEMIS Tabelle 19 Emissionen holzbefeuerter Anlagen Land Typ Leistung Staub co CpHp NO Quelle o enna Ss E A ce a ed Unterschub mit Gewebefilter 1100 3 fos TBA 1985 HHS Vorofen so hks HHS Vorofen as fis w3o Tot Guess HHS Vorofen ps Je Je hks HHS Vorofen 2420359 tor GHEE 1986 HBS Vorofen se 22 256 fio ammios6 HHS Vorofen Ja Je krausi8s HHS Vorofen J 63 rxsrmmis7 Ofen untabbr gt 20
286. ichnis der GEMIS Arbeitspapiere ccccccsssssssscccccsssssssscees 312 A 8 Abk rzungsverzeichnis cccccccsssscscccccrsssssscccccccccssssssccccccessssssccses 314 Oko Institut GhK WZ III vii GEMIS Oko Institut GhK WZ III vii GEMIS Tabellenverzeichnis Seite Tabelle 1 Einbeziehung von Umweltaspekten in Energiekonzepte BRD 11 Tabelle 2 Emissionsgrenzwerte f r Heiz l EL Feuerungen oooconnncnnonononcnonnnincnnnnnccnnonnnos 20 Tabelle 3 Emissionsfaktoren f r He1zOl EL Feuerungen coocccnoccncoooncconnnccnonccnnnnccnnnncnnnns 20 Tabelle 4 Emissionen von Heiz l EL Feuerungen 22402200usssnsenssnsnnnnnennn nennen 21 Tabelle 5 GEMIS Emissionswerte f r Ol Feulerungen cccccccscsessssssesessssssessseeeeeeseees 23 Tabelle 6 Emissionen von Erdgas Feuerungen csscccssscecsecceceeceeceeeeeceneeeeeteeeesneeeee 24 Tabelle 7 Emissionsgrenzwerte f r Erdgas Feuerungen ccooccconocncnonncnnoncnononcnnnnncnnnnnccnnns 23 Tabelle 8 Emissionsfaktoren f r Erdgas Feuerungen oococnnococonccccnoncnononcnonancncnnnccinnncninns 25 Tabelle 9 GEMIS Emissionswerte f r Erdgas Feuerungen ocoonooccconncccnonnnononcncnnncninnnos 27 Tabelle 10 Emissionen von kohlebefeuerten Anlagen uu22040sssssesssnnennnnennnnnn 28 Tabelle 11 Emissionsgrenzwerte f r Steinkohlebriketts u rs44rs0n nn nennnerseneenne 28 Tabelle 12 Emissionsfaktoren f r Stei
287. ie Aussagekraft des Monetarsierungs Konzepts Allerdings ist es zutreffend da die Monetarisierung unterstellt hohe Umweltkosten m Sinne von z B hohen Sch den k nnten durch geringe klassische Gestehungskosten der jeweiligen Energiequelle kompensiert werden soda durch die Verrechnung beider Geldgr en ein mittlerer Preis entsteht Hierbei ist zu fragen ob hohe Umweltsch den wirklich durch geringe Gestehungskosten ausbalanciert werden k nnen als Problem dabei ist insbesondere an die Verteilung von Umweltkosten und betriebswirtschaftlichem Nutzen zu denken Diese Verteilungsfrage ist hinsichtlich der r umlichen sozialen und zeitlichen Dimension zu sehen lt HAMPICKE 1987 gt Versch rfend f r diese Verteilungsfrage stellen sich die Probleme e Marktzugang e Markttransparenz und e Marktkompetenz bei der Transaktion von Umweltkosten und Projektnutzen lt ENDRES 1985 gt Die B rger die von einer Beeintr chtigung ihres Lebensumfelds oder gar ihrer Grundlagen betroffen sind haben in der Regel eine deutlich schlechtere Verhandlungsposition gegen ber einem industriellen Verschmutzer sie berblicken die sie betreffenden Sch den weniger gut als der Projekttr ger seinen Nutzen und ihre Kompetenz zu einer Ver u erung ihrer Umwelt an einen anderen K ufer scheitert an der r umlichen Bindung Oko Institut GhK WZ III 267 GEMIS Es mag daher in einer abstrakten Kosten Nutzen Abw gung noch angehen Schadenskosten ge
288. ie usw erfolgt Der qualitative Charakter der Fl cheninanspruchnahme zeigt sich auch in der starken Situationsbezogenheit der einzelnen ben tigten Fl chen da praktisch jede Anlage anders ausgelegt und anders in die Versorgungssysteme eingebunden ist Allerdings kann auch hier auf einige Standardisierungen hingewiesen werden z B einzuhaltende Sicherheitsabst nde aufgrund rechtlicher Vorgaben oder technischer Erfordernisse z B bedingt durch L rmemissionen So mu bei Kraftwerken gr erer Leistung eine Schutzzone von 1000 m Radius gerechnet zur n chsten Wohnbebauung weitgehend freigehalten werden was durchaus als Fl chen verbrauch der Anlage gez hlt werden kann Als weiteres Beispiel hierf r sind Freileitungs strom netze und Versorgungsleitungen Gas lpipelines zu nennen Es sind auch Anlagen zu finden deren Fl cheninanspruchnahme aufgrund einer Mehrfachnutzung der Fl chen nur z T der Energieerzeugung anzulasten ist Dies ist insbesondere bei Wasserkraftanlagen der Fall sowohl bei gro en Anlagen Flu kraftwerken Stauseen weniger allerdings bei Pumpspeicherwerken als auch bei der Nutzung in Klein und Kleinstkraftwerken I Im Anhang 4 wird jedoch kurz ein Verfahren vorgestellt nach dem die Fl cheninanspruchnahme in weitere Subkategorien klassifiziert werden kann Oko Institut GhK WZ III 206 GEMIS F r Anlagen an den gro en Flu l ufen z B Rhein Main Donau und Stauseen ist generell zu sagen da die E
289. ienten und nicht zur Ver ffentlichung bestimmt waren Die Ergebnisse der Arbeitspapiere sind im vorliegenden Endbericht aufgenommen Der Anhang enth lt ein Verzeichnis aller Arbeitspapiere auf Anfrage k nnen Interessierte diese Papiere vom Hessischen Minister f r Wirtschaft und Technik beziehen Das erstellte Computer Programm zur vergleichenden Umweltanalyse kann Interessierten durch den Hessischen Minister f r Wirtschaft und Technik HMWT zur Nutzung berlassen werden Die Arbeiten im Rahmen des GEMIS Projekts wurden mit Mitteln des Hessischen Ministers f r Wirtschaft und Technik gef rdert Oko Institut GhK WZ III ii GEMIS Danksagung Die Arbeiten za GEMIS wurden durch eine Fachgruppe begleitet an der neben MitarbeiterInnen des Hessischen Ministeriums f r Wirtschaft und Technik auch VertreterInnen des Umweltbundesamtes UBA der Bundesforschungsanstalt fiir Landeskunde und Raumordnung BfLR der Hessischen Landesanstalt fiir Umwelt HLfU der Technischen Uberwachung Hessen TUH und des Instituts Wohnen und Umwelt WU teilnahmen Diese fachliche Begleitung ergab wertvolle Hinweise Anregungen und kritische Gedanken zu den Arbeiten wof r wir allen Beteiligten danken Weitere Unterst tzung erhielten die Projektbearbeiter durch Daten und Literaturhinweise Diskussionen und Anmerkungen von MitarbeiterInnen aus Forschungseinrichtungen im Inland und Ausland sowie Verb ndevertretern der deutschen Energiewirtschaft3 die mit ih
290. iert der Anfall Sonstiger fester Reststoffe demnach das m gliche Ausma sekund rer Wirkungen Als Intensit t f r den qualitativen Aspekt Reststoffe ist u E vor dem Spektrum der von den anderen Energietr gern entfalteten Wirkungen eine relativ hohe Gewichtung anzusetzen f r Steinkohle werden 3 und f r Braunkohle 2 angesetzt Oko Institut GhK WZ III 240 GEMIS Bei der l und Gasf rderung fallen schwermetall und chemikalienhaltige Bohrschl mme an die in Deponien gelagert oder bei Offshore F rderung in die Umwelt eingebracht werden Bei der Aufbereitung von Lagerst ttenwasser zur Wiederverpressung entstehen zus tzliche Schl mme die ebenfalls deponiert oder abgeleitet werden Die in diesen Schl mmen enthaltenen umweltrelevanten Stoffe k nnen bei ihrer Mobilisierung zu einer Gef hrdung des Tier und Pflanzenlebens sowie bei exponierten Lagen ber den Wasserpfad auch zu Folgen f r die menschliche Gesundheit f hren Auch bei Erd l und Erdgas stehen die sonstigen festen Reststoffe als Indikator f r das Ausma sekund rer Umweltfolgen Als Gewichtung f r den qualitativen Aspekt Reststoffe ist u E eine mittlere Kenngr e vorzunehmen f r Erd l und f r Erdgas 1 angesetzt Prim renergie Uran Die bei der Bereitstellung von Kernbrennstoffen ber die vorgelagerte Proze kette anfallenden Mengen an radioaktiv kontaminierten oder selbst aktivem Material Atommiill inkl Tailings wurden schon hinsichtlich des Risik
291. ierte Entscheidung Die Frage nach dem Entscheidungsspielraum dient der Kl rung welche positiven oder negativen Beitr ge zur Erf llung von Zielen der Entscheider durch die Optionen geleistet werden Diese Kl rung l t sich unterst tzen indem mehrere Szenarien formuliert werden die jeweils einen Zielbereich optimal erf llen Unter Szenarien wird dabei eine Auswahl von Energiesystemen inklusive rationelle Energienutzung verstanden die ber einen bestimmten Zeitrahmen die nachgefragte Nutzenergie bereitstellen Als Zielbereich f r den die einzelnen Szenarien zu formulieren sind kommen neben der Umwelt insbesondere die Wirtschaftlichkeit soziale Aspekte z B Arbeitsplatzwirkung sowie Unabh ngigkeit der Versorgung vom Ausland Vorlieferanten etc in Frage Durch die Gegen berstellung der Szenarien wird dann erkennbar welche Optionen gegen ber mehreren Zielen positive negative Beitr ge leisten und ob es Optionen gibt die robust gegen ber mehrfacher Zielsetzung sind Szenarien und eine darauf aufsetzende Sensitivit tsanalyse k nnen den Entscheidungsspielraum ausloten Hinsichtlich des Ziels Umwelt ist ein Szenario zu erstellen das zur Bereitstellung der gew nschten Energiedienstleistungen m glichst geringe negative Umweltwirkungen und m glichst gro e Umwelt entlastungen aufweist Bei der Formulierung dieses kologie Szenarios sind wiederum Entscheidungen dar ber zu treffen welche einzelnen Umweltaspekte welches
292. ieses dann in der Nacht durch Heiz stromabgabe besser ausgelastet werden K nnte 14 Damit wird nicht ausgesagt da tats chlich 20 des Heizstroms von Atomkraftwerken bereitgestellt werden Vielmehr ist dieser Wert als eine Grenzbetrachtung zu verstehen Oko Institut GhK WZ III 146 GEMIS Ein Zubau von Braunkohle oder Atomkraftwerken zur Bereitstellung von Heizstrom andererseits widerspricht allen bisherigen Konzeptionen der Stromwirtschaft da die Preisgestaltung von Heizstrom davon ausgeht da Ohnehin Kraftwerke besser ausgelastet und mithin nur die variablen Kosten anzurechnen sind Somit ist festzustellen da unter der Zuwachsbetrachtung im wesentlichen Steinkohle Kraftwerke als typische Mittellast Anlagen f r die Bereitstellung von neuem Heizstrom in den 90er Jahren in Frage kommen 5 Bei der Zuwachsbetrachtung wird somit angenommen da ein neues Steinkohlekraftwerk gebaut wird und es durch die Lieferung von Nachtstrom besser ausgelastet werden kann Das neue Steinkohle Kraftwerk weist in bereinstimmung mit den Daten der WEC Studie sowie Auslegungsdaten modernster Kraftwerke einen elektrischen Netto Nutzungsgrad von 39 auf bezogen auf den eingesetzten Brennstoff Die Emissionsdaten orientieren sich ebenfalls am modernsten Steinkohleblock sowie am Datensatz BEST f r Steinkohle HK Ws Die nachfolgenden Tabellen geben die Kenndaten dieser Anlage wieder Tabelle 132 Kenndaten des StK Kraftwerk neu Eingangsanbi
293. il 1982 p 33 38 74 75 HOLDREN 1987 Global environmental issues related to energy supply the environmental case for increased efficiency of energy use in Energy vol 12 1987 no 10 11 p 975 992 IEA 1980 Aesthetic factors and visual effects of large scale WECS International Energy Agency Swedish Board for Energy Source Developent NE1980 20 Enprofo IFEU 1980 Vergleichende Absch tzung der Risiken bei der Erzeugung von Strom aus verschiedenen Prim renergietr gern Vorstudie Analyse der Inhaber Studie Institut f r Energie und Umweltforschung i A des Bundesministers des Inneren Heidelberg IFEU 1983 Risikovergleich Kernenergie Kohle und nat rliche Radioaktivit t IFEU Bericht Nr 24 Heidelberg IGBE 1988 Perspektiven der Kohleverstromung Heimische Kohle Industriegewerkschaft Bergbau und Energie Bochum IKE 1987 Perspektiven der Energieversorgung Materialienband VII A Vo ed Institut f r Kernenergetik und Energiesysteme Stuttgart INHABER 1978 Risk of energy production Atomic Energy Control Board of Canada Report AECB 1119 Ottawa sowie revidierte Fassungen vom Mai und November 1978 sowie November 1979 JENSCH 1988 Vergleich von Energieversorgungssystemen unterschiedlicher Zentralisierung W Jensch IfE Schriftenreihe Heft 22 Miinchen JPL 1983 Environmental health and safety assessment of photovoltaics E C Rose Jet Propulsion Lab JPL Publ 83 88 Pasadena KAISER 1983 BPA comparative electric
294. in BWK vol 37 1985 Nr 4 S 160 168 DAVIDS LANGE 1984 Die Gro feuerungsanlagen Verordnung Technischer Kommentar Berlin DAVIDS LANGE 1986 Die TA Luft Technischer Kommentar Berlin DEIZLER 1985 Stickstoffoxide bei gasgefeuerten Heizungskesseln im Leistungsbereich unter 116 kW in Die Industriefeuerung Bd 32 1985 S 35 ff DEQ 1985 Oregon s woodstove certification program J Kowalczyk B J Tombleson Oregon Dep Environm Quality in JAPCA vol 35 no 6 1985 p 619 625 Oko Institut GhK WZ III 86 GEMIS DFVLR 1984 Emissionen von l Kohle und Gaskesselheizungen Klai Friedrich Nitsch in VDI 1984 S 101 132 DIETRICH 1985 Katalytische Abgasreinigung station rer MWM Otto Gasmotoren in VDI 1985 S 239 246 EBFE 1986 Handbuch der Holzheizung Eidgen ssisches Bundesamt f r Energie wirtschaft EBFE Schriftenreihe Studie Nr 38 Bern EBI 1982 Polyzyklische Aromaten Benzol und andere Schadstoffe in den Abgasen eines Kohleofens mit 7 kW Nennleistung Engler Bunte Institut Karlsruhe EGGERSL SS 1985 Demonstrationsvorhaben Gemeinschaftsstrohheizung 1 Zwischenbericht Landwirtschaftskammer Kiel Kiel EGGERSL SS 1986 Demonstrationsvorhaben Gemeinschaftsstrohheizung 2 Zwischenbericht Landwirtschaftskammer Kiel Kiel ENERGIE 1985 Klein und rein Entschwefelung von Kesseln mit Feuerungsleistungen unter 50 MW in ENERGIE vol 37 1985 no 7 p 17 ff ENERGIE 1988 Marktiibersicht Auftr ge fiir Kraf
295. in der die Anlage betrieben werden mu bis sie die f r ihre Herstellung und den Abri investierte Energiemenge selbst erzeugt hat vgl Abbildung 8 Der Erntefaktor dagegen gibt das Vielfache dessen an was die Anlage w hrend ihrer Lebensdauer gegen ber dem Herstellungsaufwand bereitstellt Beide Kenngr e sind gekoppelt ber die Beziehung Erntefaktor Anlagenlebensdauer Energetische Amortisationszeit Abbildung 8 Zur Definition der energetischen Amortisation nach lt WAGNER 1978 gt Oko Institut GhK WZ III 170 GEMIS Diese Grund Definitionen sind unmittelbar einsichtig und auch unstrittig Probleme treten dann auf wenn ein Energiesystem andere Energieformen bereitstellt als zu seinem Bau und der Materialherstellung eingesetzt werden Als Beispiel hierf r mag der Solarkollektor gelten der Niedertemperaturw rme zur Brauchwassererw rmung bereitstellt zu dessen Bau aber stromintensiv hergestelltes Aluminium verwendet wird Als Variationen dieser Problematik ergeben sich formal die folgenden Definitionsm glichkeiten eines Emntefaktors 1 qm Qerout Qihout Qerin F Qinin 2 qm Qar ou Na Qin out Qal inna Qin in Die Definition 1 setzt hinsichtlich der von der Anlage bereitgestellten Energiemenge Qu und der bei der Materialbereitstellung aufgewendeten Energiemenge Qin die jeweiligen Strom und W rmeanteile Qa bzw Qi formal gleich w hrend die zweite Definition die unterschiedliche Wertigkeit der E
296. indung von 15 etwa 120 kg TJ Stickoxide Stroh weist wie Holz geringe Stickstoffgehalte auf und verbrennt bei gegen ber fossilen Brennstoffen niedrigen Temperaturen von unter 1000 oC Bei Feuerungssystemen mit unterem Abbrand k nnen durch geregelte Sekund rluftzugabe relativ geringe NOx Werte von 50 150 kg TJ Brennstoffeinsatz erreicht werden Werden zur Verminderung organischer Emissionen Oxidationskatalysatoren eingesetzt so k nnen die NOx Werte wie bei der Holzverbrennung ansteigen Wir gehen von deutschen und skandinavischen Messungen aus und rechnen f r gut ausgelegte Anlagen Heizwerke ber 1 000 kWth mit NOx Emissionen von 200 mg m3 d h einem NOx Emissionsfaktor von 137 kg TJ der auch von kleineren Stoker und Pyrolysefeuerungen f r Cobs eingehalten werden kann Wie beim Holz unterstellen wir diese NOx Werte in beiden Emissionsdatens tzen Oko Institut GhK WZ III 49 GEMIS Halogene Die Halogeninventare von Stroh sind in der vorliegenden Literatur praktisch nicht behandelt Uns ist allein eine d nische Untersuchung bekannt nach der Stroh mit 0 1 0 4 Gew relativ hohe Gehalte an Chlor zeigt die z T nat rlich durch Salze z T auch durch chlorhaltige Halmverk rzungsmittel bedingt sein k nnen lt PEDERSEN NIELSEN 1987 gt Die HCl Emissionen betragen bei 0 1 Gew Chlor 65 kg TJ 10 Asche Einbindung eingerechnet Ob diese Werte in der BRD anders liegen wird noch untersucht lt KAMM 1988 gt Staub Bei Strohfe
297. ine Vielzahl von Schadstoffen enthalten lt MENZIE 1982 gt Zuk nftig werden sich diese Umweltprobleme der Offshore F rderung noch verst rken da wegen der mittelfristigen Ersch pfung der heute erschlossenen Lagerst tten zunehmen auch in solchen Gebieten Exploration betrieben wird die aufgrund der ung nstigeren Umweltbedingungen schwerer zu erschlie en sind Vorrangig sind dies Gebiete in der Arktis Antarktis und Sbirien In der Bundesre publik ist hiervon insbesondere das Wattenmeer betroffen Die dortigen Umweltbedingungen erschweren nicht nur die Exploration und F rderung sondern beeinflussen auch die Stabilit t der Lebensgemeinschaften Unter Permafrost Einflu geringer Sonneneinstrahlung und n hrstoffarmen Gew ssern leben Tiere und Pflanzen die als Gemeinschaft bzw Population sowohl gegen ber Stress z B L rm wie auch gegen ber Schadstoffexposition empfindlicher reagieren als Bioz nosen in anderen Regionen f r das Beispiel Alaska vgl lt BOLZE 1987 gt lt HANSEN 1985 gt Eine k rzlich ver ffentlichte Untersuchung ber die Umweltsituation in den schon heute erschlossenen Br ckenk pfen zuk nftiger lf rderung im n rdlichen Alaska zeigte da schon jetzt schwerwiegende Auswirkungen auf die Tier und Pflanzenwelt zu verzeichnen sind lt NRDC 1988 gt Neben diesen Problemen der F rderung sind vergleichbar schwerwiegende Auswirkungen durch den Transport vor allem von Erd l ber die Weltmeere zu beachten lt L
298. ine tiefergehende Auswertung der Unterschiede nicht erfolgen Wesentlich sind wohl Zeitpunkt der Studie Stand der gesetzlichen Vorgaben wie GFAVO und TA Luft konzept spezifischen Daten Herstellerangaben sowie nicht ausgewiesene Annahmen zu g nstigen ung nstigen Betriebsweisen Besonders gro e Abweichungen oder extrem g nstige ung nstige Daten finden sich bei KWK Systemen Gasturbinen Gasmotoren sowie bei den unkonventionellen Heizsystemen z B Biogas Holz Aus unserer Sicht ist daher von zuk nftigen Konzepten zu fordern symmetrische Annahmen bei der Variantenbildung zu treffen Eine Grundvariante bei der die Anlagen die gesetzlichen Standard Werte einhalten sollte zur Orientierung erstellt werden vor allem dann wenn konzept spezifische Daten z B Hersteller angaben zur Anwendung kommen Die folgende Tabelle fa t die wichtigsten Analyseergebnisse f r Energiekonzepte zusammen Oko Institut GhK WZ III 11 GEMIS Tabelle 1 Einbeziehung von Umweltaspekten in Energiekonzepte BRD ee er Darmstadt Dieburg we Ban Frankenberg En unbekannt A E FFM Raim Str FICHTNER Freiburg Gelsenhausen Gelsenkirchen Gie en J chen Kassel Langen Egelsbach Marburg Nienburg Norderstedt Rhein Main Reiskirchen ps Schwalm Eder 1 549 Sra CI ee A CC fe frenmer Anmerkungen nicht untersucht C keine eigene eigene a E Eo po E O FICHTNER e Sooo FICHTNER aoo FICHTNER Pp EN E o E elge
299. ing Cycle bis zu 48 Turbo Compound Zyklus erzielt werden lt SCHMILLING 1987 gt Das Prinzip der KWK beruht bei Dampfkraftwerken darauf die Abw rme mit h heren Temperaturen aus dem Stromerzeugungsproze auszukoppeln Hierbei mu auf einen kleinen Teil der Stromerzeugung verzichtet werden d h es kann nicht das Ziel der maximalen Stromausbeute verfolgt werden Daf r kann aber die gewonnene Abw rme wegen ihrer h heren Temperatur 70 130 C nun zu W rmeverbrauchern transportiert und dort zu Heizzwecken genutzt werden Damit steigt die Energieausnutzung auf ber 80 an lt KEHLHOFER 1984 gt Oko Institut GhK WZ III 73 GEMIS Die Umweltbetrachtung bei KWK Systemen mu nun beachten da dieses Energiesystem zwei verschiedene Nutzenergien anbietet Strom und W rme Bei blichen Vergleichen werden Heizsysteme gegen bergestellt und alle Umweltaspekte soweit quantifizierbar auf eine Nutzw rmeeinheit normiert F r w rmeseitig betrachtete KWK Systeme hat sich das Verfahren eingeb rgert den parallel zur W rme erzeugten Koppelstrom gutzuschreiben d h die Emissionsmenge abzuziehen die bei der Erzeugung der selben Strommenge in einem Kondensationskraftwerk emittiert worden w re Diese Stromgutschrift wird in der Regel auf der Basis von Mittellast Kraftwerken Steinkohle bestimmt da der KWK Strom parallel zur Heizw rmeabgabe bereitsteht und die W rmenutzung Mittellast Charakter aufweist bei industrieller KWK zur Bere
300. inweise zu entnehmen sind 2 5 1 Anlagentypen GEMIS unterscheidet zwischen verschiedenen Anlagenarten Neben Anlagenarten die in der Realit t ein quivalent haben gibt es abstrakte Anlagen die nur der Modellbildung zur Bestimmung der Energiebilanz dienen Folgende Anlagenarten oder besser Proze typen sind definiert e Verbrennungsanlagen Umwandlungsanlagen Transportanlagen F rderungsanlagen e Dispatcher e Prozessketten e Szenariodispatcher Verbrennungsanlagen sind solche Systeme bei denen ein Brennstoff unter Entstehung von Abgas verbrannt wird Dazu geh ren alle Kraftwerke Verbrennungsmotoren und Heizanlagen mit Ausnahme der Elektroheizung die als Umwandlungsanlage definiert ist Zu den Umwandlungsanlagen geh ren auch Raffinerien sowie andere Aufbereitungs und Brennstoffkonditionierungsanlagen Die Trans portanlagen bewegen die verschiedenen Energietr ger von einer Anlage zur anderen Die Energietr ger k nnen stofflicher Gas Heiz l EL und nichtstofflicher Strom Fernw rme Natur sein F rderanlagen dienen zur Gewinnung von Energietr gern Sie haben au er eventuellen Nachfragen an Hilfsenergien keine vorgeschalteten Proze stufen und stellen damit den Kopf eine Proze kette dar F r jede F rderanlage wird ein zugeh riger Prim renergietr ger definiert um eine Prim renergiebilanz durchzuf hren und um die mit den jeweiligen Prim renergietr gern verbundenen qualitativen Aspekte vgl Kapite
301. iogas entsteht lt PAUSS NAVEAU NYNS 1987 gt Wir unterstellen bei der Biogaserzeugung einen mesophilen Proze der bei Temperaturen von 33 40 oC stattfindet lt OKO INSTITUT 1988 gt Gewinnung von Giille Festmist F r die Gewinnung von Giille und Festmist wird kein anteiliger Energiebedarf angesetzt da die Sammlung ohnehin betrieben wird F r Festmist wird angenommen da dieser mit der Jauche zu einem pumpf higen Substrat vermischt wird das die Eigenschaften von Rohg lle aufweist Bei Einzelanlagen ist wegen der Anlagenkonzeption kein G lletransport notwendig lt KO INSTITUT 1988 gt Bei Zentralanlagen erfolgt der G lle Transport per Lkw der mit einem Tank die G lle bei den landwirtschaftlichen Betrieben abholt und zur Zentralanlage f hrt Bei der Anfahrt wird ausgegorene G lle an dezentrale Lager transportiert lt OKO INSTITUT 1989a gt Bei 10 km Transportentfernung legt der Treibstoffbedarf des Lkw bei rd 1 bezogen auf den Heizwert der G lle Dieser hohe Wert ergibt sich wegen des nur geringen Anteils organischer Trockenmasse ca 7 OTS in der haupts chlich aus Wasser bestehenden G lle Die folgende Tabelle zeigt die entsprechenden Werte Tabelle 158 Kenndaten des G lle Lkw Eingangsanbindung G lle Aufkommen Transportierter Brennstoff G lle Hilfsenergie Lkw Dieselmotor Hilfsenergiebedarf MJ t km G lle Fermentation Der Energiebedarf der Biogaserzeugung besteht berwiegend aus Proze w rm
302. ional Lab Upton BPA 1985 Counting the Costs How BPA Performs Environmental Cost Analysis Bonneville Power Administration Portland OR BPA 1986 Calculation of environmental costs and benefits associated with hydropower development in the Pacific Northwest P Meyer et al prepared for Bonneville Power Administration Portland OR ECO 1983 Economic Analysis of the Environmental Effects of the Coal Fired Electric Generator at Boardman Oregon ECO Northwest Ltd for Bonneville Power Administration Portland OR ECO 1984 Economic Analysis of the Environmental Effects of the Frederickson Combustion Turbine Electric Generator ECO Northwest Ltd for Bonneville Power Administration Portland OR ECO 1986 Estimating environmental costs and benefits for five generating resources ECO Northwest et al Final report for Bonneville Power Administration Portland PR ECO 1987 Generic Coal Study Quantification and Valuation of Environmental Impacts ECO Northwest for Bonneville Power Administration Portland OR ENDRES 1985 Umwelt und Ressourcen konomie Darmstadt FRITSCHE HENNICKE 1989 Least Environmental Cost Ans tze zur Minderung des CO2 Risikos Strategisches Sparen und Kraft W rme Kopplung Arbeitspapier des KO Instituts f r die Enqu te Kommission Vorsoge zum Schutz der Erdatmosph re Darmstadt Mannheim GAINES ET AL 1979 TOSCA the total social cost of coal and nuclear power Cambridge zit n lt SESO 1984 gt GAIVAO
303. ionellen Phase die sich in erster Linie auf technisch konomische Rahmenbedingungen bezieht Dies belegt auch die Breite mit der die Technik und konomie der Konzeptvarianten diskutiert werden Ein iteratives Vorgehen wie es f r eine gleichrangige Zielsetzung hinsichtlich konomie und kologie charakteristisch w re ist somit bislang nicht blich Die in der Literatur dargestellte M glichkeit mittels Energiekonzepten planerisch aktiv f r Umweltentlastungen zu wirken lt SPREER 1984 gt lt GLATZEL BECK 1984 gt wird demnach in der Praxis bislang nicht genutzt Oko Institut GhK WZ III 8 GEMIS Abgrenzung der Energiesysteme Die ausgewerteten Energiekonzepte beziehen sich in wesentlichen auf Energiesysteme konventionellen Types Ol und Gasheizungen denen als Alternative meist kraft w rme gekoppelte Anlagen Gas Diesel Blockheizkraftwerke Gasturbinen Kohle Heizkraftwerke gegen bergestellt werden Eine zweite Gruppe untersucht auch unkonventionelle Systeme thermische Biomassenutzung Deponiegas Mit einer Ausnahme werden dabei allein die durch den Anlagenbetrieb entstehenden Umweltwirkungen quantitativ betrachtet die der Energienutzung vorgelagerten Proze stufen also vernachl ssigt In den ausgewerteten Energiekonzepten wird nicht begr ndet warum die vorgelagerten Emissionen unbeachtet bleiben Als zweites Resultat der Auswertung ist die oft ungen gende Dokumentation der f r die Energiesysteme angesetzten energetisc
304. irtschaftlichen Aufgaben sowie die nutzerorientierte Anpassung von Daten an aktuelle Ver nderungen zu erlauben 1 vgl zur kritischen Analyse wichtiger Arbeiten Kapitel A 2 Oko Institut GhK WZ III 2 GEMIS 1 1 berblick Der Endbericht zum GEMIS Projekt sowie das parallel entwickelte gleichnamige Computerprogramm orientieren sich an den zentralen Aufgabenstellungen die durch das Hessischen Wirtschaftsministerium als Auftraggeber sowie die projektbegleitende Arbeitsgruppe vorgegeben wurden Den Ausgangspunkt des Projekts bildete eine Analyse des internationalen Daten und Methodenstands Kapitel 1 2 Ausgehend von dieser Arbeit wurden die Projektfragestellung eingegrenzt sowie die Anforderungen an Datenbeschaffung und Methodenentwicklung konkretisiert Kapitel 1 3 Der zweite Schwerpunkt der Projektarbeit lag bei der Erarbeitung einer emissionsseitigen Datenbasis f r Energiesysteme Hierzu wurde eine ausf hrliche Literaturauswertung unter Einbeziehung ausl ndischer Quellen durchgef hrt und Emissionsdatens tze abgeleitet Kapitel 2 1 bis 2 4 Neben den quantitativ fa baren Emissionsdaten f r Schwefeldioxid Stickoxide Staub und Kohlendioxid wurde dabei auch auf andere Schadstoffe abgestellt Schwermetalle Halogene und organische Schadstoffe wurden ber cksichtigt und soweit m glich hierzu Anhaltswerte zusammengestellt Drittens war im GEMIS Projekt ein flexibles EDV Modell f r den Einsatz auf Personal Computern zu erstelle
305. ischen und Gebl sebrennern differenziert Leider sind bislang keine gleichzeitigen Messwerte f r CO und NOx von modernsten Gasbrennern Thermomax zug nglich Tabelle B 1 5 die Auskunft ber die Gegenl ufigkeit beider Schadgase geben w rden Zur Erlangung des Umweltschutz Zeichen Blauer Engel d rfen atmosph rische Brenner h chsten 49 kg TJ an NOx freisetzen und Gebl sebrenner 28 kg TJ Beim Einsatz modernster Brennertechnik Thermomaxbrenner Raketenbrenner treten NOx Werte um 10 kg TJ auf bei konventionellen Brennern mit prim ren Minderungsma nahmen Werte um 20 kg TJ Es sind auch schon Anlagen auf dem Markt die nur 5 kg TJ im Nennlastbereich emittieren lt EWFE 1988 gt Im EDS STANDARD sind daher f r atmosph rische Brenner NOx Werte von 40 kg TJ anzusetzen und f r Gebl sebrenner 20 kg TJ Im EDS BEST werden die Werte der modernsten Brenner verwendet womit sich f r atmosph rische Brenner 20 kg TJ und f r Gebl sebrenner 10 kg TJ ergeben Halogene W hrend der Konditionierung und Aufbereitung des Erdgases f r die Einspeisung in die berregionalen Pipelines werden aus Gr nden des Korrosionsschutzes fast vollst ndig die ohnehin nur in geringen Mengen enthaltenen Halogene entfernt Daher ist Erdgas praktisch halogenfrei Staub Wegen des Fehlen von Asche im Brennstoff und der nur sehr geringen Bildung von Ru bei der Verbrennung liegen die Abgaswerte f r Gasfeuerungen durchweg deutlich unter 1 kg TJ Das
306. issions of Greenhouse Gases 12 14 April 1989 Paris DOE 1989b Energy Systems Emissions and Materiel Requirements Meridian Corp prepared for US Department of Energy Washington D C DURST 1982 Bedeutende Entwicklungsstufen im Bau von Schaufelradbaggern in Braunkohle vol 34 1982 Heft 4 S 99 106 EBERHARD HUNING 1984 Handbuch der Gasversorgungstechnik Wien EBFE 1986 Handbuch der Holzheizung Eidgen ssisches Bundesamt f r Energie wirtschaft EBFE Schriftenreihe Studie Nr 38 Bern EICKENMEIER 1987 Entwicklung der Maschinentechnik in den Tagebauen des rheinischen Braunkohlereviers in Braunkohle vol 39 1987 p 429 440 EPA 1979 Energy from the West Energy Resource Development Systems Report Office of Energy Minerals and Industry der EPA Report EPA 600 7 79 060e ESSO 1980 Schreiben v 12 2 1980 an die RWE Herr Picken mit Anlagen FFE 1983 Optimierung der Energiebedarfsdeckung bei einer Kartoffeltrocknungsanlage und einer Brauerei im Landkreis Liichow Dannenberg Forschungsstelle fiir Energiewirtschaft BMFT Forschungsbericht T 83 145 Miinchen FOHL LUGSCHEIDER WALLNER 1987 Entfernen von Wasser aus der Braunkohle Teil 1 2 in Braunkohle vol 39 1987 p 46 57 und p 78 87 FRITSCHE KOHLER 1985 Stellungnahme zur VDEW Studie Anmerkungen OKO Institut Darmstadt Freiburg GEIGER 1987 Nutzungsgradketten bei der Warmwasserbereitstellung mit unterschiedlichen Systemen B Geiger in VDI 1987 S 216 228
307. itstellung von Proze w rme f r 3 Schicht Betriebe eher Grundlast Aufgrund der Stromgutschrift tritt z B bei gasbetriebenen KWK Anlagen der Effekt auf da die ber die Stromerzeugung eingesparten Emissionsmengen an CO SO und Staub gr er sind als die Gesamtemissionen der KWK Anlage soda je Nutzw rme Einheit die negativ in der Bilanz erscheinenden Werte f r die Emissionen vermieden werden Bezogen auf eine Gesamtbetrachtung bedeutet dies da f r eine W rmemenge Q1 und eine Strommenge k Q1 mit k Stromkennzahl der KWK Anlage die vom KWK System bereitgestellt werden insgesamt weniger Emissionen freiwerden als alleine bei der Bereitstellung der Strommenge k Q1 in einem Steinkohle Kondensationskraftwerk Die Emissionsbilanz bedeutet damit wenn sie kleiner Null ist da eine reale Einsparung durch den Einsatz des KWK Systems gegen ber dem Kondensationskraftwerk erzielt werden kann Neben dieser M glichkeit zur Betrachtung k nnen die Emissionen von KWK Systemen auch strombezogen normiert werden Hierbei werden die Gesamtemissionen der Anlage der Stromerzeugung zugerechnet und dann die Emissionen abgezogen die bei der Erzeugung der aus dem KWK System ausgekoppelten W rme durch ein anderes Heizsystem angefallen w ren W rmegutschrift Diese Betrachtung geht somit analog zur w rmeseitigen Normierung vor Als W rmegutschrift ist in der Regel ein mit leichtem Heiz l betriebenes Zentralheizsystem anzusetzen ode rein Mix vo
308. ittelt werden zumindest nicht im straight forward Verfahren ber zu vermeidende Emissionsmengen und Kosten der verwendeten Technologien Dennoch ist es m glich potentielle Vermeidungskosten f r CO zu diskutieren Als kostengiinstigste Ma nahme zur CO Vermeidung ist neben der rationellen Energienutzung die Substitution von Brennstoffen mit hohem C H Verh ltnis durch solche mit niedrigem C H Verh ltnis anzusehen d h insbesondere Ersatz von Steinkohle durch Erdgas Als Datenbasis zur Bestimmung potentieller Vermeidungskosten wird daher anstelle der teuren Abscheidung s unten die CO Reduktion durch Substitution von Brennstoffen zu verwenden sein insbesondere durch den Wechsel von Kohle zu Gas bei Kraftwerken Feuerungen und von Benzin Diesel zu Erdgas oder zuk nftig auch biogenen Treibstoffen und Wasserstoff im Verkehrssektor Die Tabelle unten zeigt die Grunddaten f r die Vermeidungskostenrechnung Bei den Brennstoffkosten wurde eine langfristige Preisentwicklung angenommen wie sie z B von PROGNOS unterstellt wird lt PROGNOS 1987 gt sowie f r den Solar Wasserstoff Kostendaten nach lt NITSCH 1988 gt die sich auf das Jahr 2020 beziehen und eine H2 Lieferung aus Nordafrika unterstellen Da die Unterschiede bei den Kraftwerkskosten und Wirkungsgraden z B Gasturbine statt Dampfkraft werk vernachl ssigt wurden stellen diese Kosten eine grobe N herung mit tendenzieller bersch tzung dar Tabelle 191 Grund Daten f r
309. ium Fa Weishaupt Schwendi WEISHAUPT 1987 Gas und Ol umweltfreundlich Fa Weishaupt Schwendi WKI 1984a Untersuchungen zur Emission von Kleinverbrennungsanlagen bei der Verbrennung von Holz Torf und pflanzlichen Reststoffen Wilhelm Klauditz Institut Hannover WKI 1984b Minderung der Emissionen bei der Verbrennung von Holz durch Einsatz eines Katalysators WKI Kurzbericht 16 84 Hannover WKI 1985 Untersuchungen zum Emissionsverhalten von zwei Hackschnitzelfeuerungsanlagen WKI Bericht Hannover WORGETTER 1985 Biogene Brennstoffe fiir Wohnraumheizung in sterreich in VDI Bericht 574 Diisseldorf S 91 108 ZYLKOWSKVEHRLICH 1983 Combustion of waste fuels in a fluidized bed boiler in Proc Am Power Conf Vol 45 1983 p 263 270 Oko Institut GhK WZ III 94 GEMIS 2 2 Energetische Kenndaten von Heizsystemen Neben den brennstoffbezogenen Emissionsfaktoren fiir Heizanlagen sind zur Bestimmung der Schadstoffemissionen auch Daten ber die Energieausnutzung von Heizanlagen erforderlich da je nach Nutzungsgrad zur Bereitstellung der Energiedienstleistung Raumw rme unterschiedliche Brennstoffbedarfe auftreten Die folgende Tabelle gibt einen berblick zu den thermischen Nutzungsgraden Jahresmittelwerte von Heizsystemen angegeben als Verh ltnis der abgegebenen W rme frei Hausverteilung zum Brenn stoff Einsatz In Erg nzung hierzu wird weiter unten auch die W rmeverteilung bei den Zentralheizsystmen einbezogen Tab
310. jekt solche Fragen ausf hrlich behandelt werden lag es nahe Beispielbetrachtungen solcher Umweltaspekte mit Hilfe des GEMIS Programms schon w hrend der Projektbearbeitung durchzuf hren um einerseits Erfahrungen mit der Leistungsf higkeit des Programms bei konkreten Anwendungen zu erhalten andererseits aber auch ggf noch Verbesserungen Erg nzungen in die Entwicklung des Programms einzubeziehen soweit diese bei der Anwendung des Prototyps angeregt wurden Im folgenden wird kurz ber die Anwendung des GEMIS Programms bei einer st dtebaulichen Vorplanung f r ein Bauprojekt in Berlin West berichtet Dabei wurde von der GEMIS Projektgruppe eine Bilanzierung der Umwelteffekte auf der Grundlage der von den Vorplanungs Bearbeitern erstellten Datenbasis durchgef hrt Die zu untersuchenden Energiesysteme sowie die zu unterstellenden Nutzenergiebedarfe wurden von den GEMIS Mitarbei tern ohne weitere Pr fung als vorgegebener Input in das Programm bernommen Nur davon abgeleitete Daten unterliegen somit der Verantwortung der Projektgruppe Als Grundvariante f r die Bereitstellung von Raumw rme und Warmwasser wurden Gas Brennwert Kessel angenommen die mit Gebl sebrennern ausger stet sind Als Vergleichs KWK Systeme wurden ausgehend von den von GEMIS Daten ein Gasmotoren Blockheizkraftwerk sowie Fernw rmebezug aus einem gro en Steinkohle Heizkraftwerk unterstellt Als Bezugsgr e der Emissionsrechnungen wurde einheitlich die Bereits
311. k gefordert a neue atmosph rische Brenner mit Umweltzeichen b neue Gebl se Brenner mit Umweltzeichen Schwefeldioxid Erdgas weist einem maximalen Gesamtschwefel Gehalt unter 150 mg m3 sowie weniger als 5 mg m Schwefelwasserstoff H S auf lt FICHTNER 1986 gt Bei einem Heizwert von 36 6 MJ m3 ergeben sich maximale SO Emissionen von 8 5 kg TJ Wird demgegen ber nur der H S Gehalt ber cksichtigt ergeben sich Emissionen von rd 0 3 kg TJ Das UBA gibt fiir Erdgas im Bereich Haushalte einen Emissionsfaktor von 0 5 kg TJ an lt UBA 1989 gt Nach der vorliegenden Literatur ist u E von dem aus dem H S Gehalt abgeleiteten Emissionsfaktor von 0 3 kg TJ auszugehen der im Emissionsdatensatz STANDARD und BEST verwendet wird Oko Institut GhK WZ III 26 GEMIS Stickoxide Da Erdgas nur geringe Mengen an Stickstoff enth lt werden die NOx Emissionen weitgehend durch die thermische NO Bildungen bestimmt Entsprechend k nnen Prim rma nahmen Reduktion der Flammtemperatur gestufte Luftzufuhr etc zu deutlichen Senkungen der Schadstoffabgabe f hren Die vorliegenden Me werte reichen bei atmosph risch betriebenen Brennern von 30 70 kg TJ w hrend Gebl sebrenner wegen der besser regelbaren Luftzuf hrung mit Werten von 20 50 kg TJ deutlich niedriger liegen lt K MPER LOMMERZHEIM 1988 gt Das UBA gibt f r NOx Emissionen von Gasfeuerungen im Haushaltsbereich einen Wert von 50 kg TJ an der allerdings nicht zwischen atmosph r
312. kg TJ Brennstoffin put Der Standard Hausmiill ergibt eine rechnerische Rohgasbeladung von rd 1660 mg m d h die Rauchgasreinigung RGR mu einen Mindest Wirkungsgrad von 94 aufweisen F r den EDS STANDARD ist dagegen von den realen Betriebswerten von nassen RGR auszugehen die im alkalischen Bereich gefahren werden Solche RGR Systeme k nnen in der Regel ber 95 des SO abscheiden und SO Werte unter 70 mg m3 erzielen Das Umweltbundesamt gibt f r moderne Neuanlagen einen Emissionsfaktor von 40kg TJ entsprechend rd 70 mg m an lt BARNISKE 1985 gt Somit ist im EDS STANDARD von 40 kg TJ als SO Emissionsfaktor anzusetzen Dieser Wert liegt immernoch deutlich ber den mit moderner Abgasreinigungstechnik erreichbaren Grenzwerten In mehreren Genehmigungsverfahren f r MVA wurden daher wesentlich niedrigere Grenzwerte um 30 mg m gefordert Hersteller garantieren nach lt TABASARAN 1987 gt Werte von 25 mg m nach lt REIMER 1988 gt Werte unter 30 mg m Daher ist als SO Emissionsfaktor im EDS BEST f r MVA mit verbesserter Abgasreinigungstechnik 17 kg TJ anzusehen Halogene Die TA Luft gibt als Emissionsgrenzwerte f r HCl 30 mg m und f r HF 2mg m vor Im EDS STANDARD werden wegen der relativ hohen Abscheideleistungen f r SO auch bei den Halogenen bessere Reinigungsleistungen auftreten als dies nach der TA Luft gefordert wird Bei Zugrundelegung der Brennstoffinventare ergeben sich Rohgasbeladungen im Abgas der MVA HCl
313. ktS ooooonococnnocccoooccconnccnonnnnononcccnnnanonnnonos 12 LA Literatur zu Kapitel li tds 13 2 DAS Ms LO 2 1 Emissionsdaten von Heizsystenen e555 un stile Neu 18 2 1 1 Emissionen von Heizsystemen f r Heiz l EL 22222200s0sosesssensnnnnnnennensnsnennnnnnn 20 2 1 2 Emissionen von Heizsystemen f r ErdgaS occccnnnnnonococcncncnnnnnonononononcnnonnnnononononccncncnnanonoss 23 2 1 3 Emissionen von Heizsystemen f r Kohle ooonnnnnnnnonnnnconcnccnnnnononononancnnnncnnononononcccononanno nos 27 2 1 4 Emissionen von Heizsystemen f r Holz und Stroh uu000ssssssssnnnnnnonessnensnnnnnnn 38 2 1 5 Emissionen von Heizsystemen mit Kraft W rme Kopplung 2222200s00sessssssnnnnnnn 51 Exkurs 1 Emissionsbetrachtung bei der Kraft W rme Kopplung cccccncononoconcnccnnncononancnonccncncnannanoss 72 Exkurs 2 Umweltbeltbelastungen und Immissionen seseeccccececeeseeenaccecececeseesennnaeceeeeeeeeneeaas 73 2 1 6 Emissionen von M llverbrennungsanlagen ccccccnnnnnononoconccnnnnnnononononanccnnnannononononccnononnnno nos 74 Exkurs 3 Thermische Verwertung durch MVA 2222ususcssssssssssnnnnnnnonsnensnnnnnnnnnnnnnnsnnnnnnn 81 2 1 7 Literatur zu K pitel 2 1 2 E r EE sata 83 2 2 Energetische Kenndaten von Heizsystemen cccesscecsscecesececseceeceeececseeeecsneeecsteeeenaeers 94 2 2 1 Heizsysteme zur Nutzung von Erdgas und
314. kte 0 eeeeesececcceceseesssnaececeeecesesnecececeeecesessesnaaeeeeeeeeeeeeeaas 189 2 5 5 Ber cksichtigung der qualitativen Effekte oooonnncocnnnnoconcnccononononacnnonccnononaononononccccnonanno nooo 190 2 9 0 Literatur zu Kapitel 2 I nn OS 191 3 Ausgew hlte Ergebmisse scccssssscessscssssssssssossccsccssssosssscssscsccsssces 192 3 1 Relevanz vorgelagerter Proze ketten ua ansehen 192 3 2 Emissionsbilanzen f r Heizysteme u tanssesunusanensse nun ga an 193 3 2 1 Gesamt Bilanz von Heizsystemen 222444000ssssssnnnnnnnnnnnnnsnsnsnnnnnnnnnnnnenennnnns nennen 193 3 2 2 Differenzierung nach Standort und Global Aspekten 22224sususesesssennnnnnnneenenn 194 3 2 3 Relevanz materialbedingter Emissionen ssssccecececeseeseneecececeeeceeseseaceeeeereeseeeeaneaeeees 196 3 3 Beispielrechnungen f r KWK Systeme zes Br 197 3 4 Sensitivit t der Stromgutschrift f r KWK Systeme 2200ssnersnnesnneennnennnersnnennnennnnen nennen 199 3 5 Emissionsbilanzen f r Stromsysteme c ccsesscesssrcsssstsessscssessncsenscesssagesencesenaccessncesenees 201 4 Weitere Umweltaspekte ccccssscssssccsssssssssossccscsssssesssscsesesecessces 204 4 1 Halb quantitative Umweltaspekte 0 0 0 0 eecccesssecesseecessceceeaeecesacecseneecseneeceeeeeceeeeeesaeeeesaes 204 Oko Institut GhK WZ III vi GEMIS 4 2 Qualitative UmweltasSpekte escocia tb Lakssku
315. ktoren genannt Feuerungsanlagen unter 5 MWth k nnen mit NOx armen Brennern Stickoxid Emissionen um 200 mg m ohne besonderen Aufwand einhalten Da die NO Werte der TA Luft dynamisiert sind gehen wir im EDS STANDARD von diesem Wert aus womit sich ein Emissionsfaktor von rd 57 kg TJ ergibt Die Anlagen m ssen ru arm betrieben werden soda Staubwerte unter 10 mg m rsp rd 3 kg TJ als repr sentativ f r den EDS STANDARD angesehen werden k nnen Im EDS BEST dagegen sind weitergehende prim re NO Techniken zu unterstellen lt HOFBRAU 1989 gt womit sich 100 mg m rsp 28 kg TJ ergeben Weiterhin erreichen diese Systeme wie bei den Heizanlagen dargestellt praktisch staubfreien Betrieb soda wie bei Gas ein Wert von 0 5 mg m entsprechend rd 0 1 kg TJ als Emissionsfaktor f r Staub angenommen wird Motoren Anlagen Diesel BHKW HKW auf der Basis von Dieselmotoren weisen erhebliche Emissionen von Stickoxiden Staub bzw Ru und Kohlenwasserstoffen auf die durch motorische oder sekund re Ma nahmen gemindert werden m ssen Nach der TA Luft sind bei Anlagen von 1 5 MWth NO Werte von 4000 mg m zul ssig erst bei gr eren Anlagen sinkt der Wert auf immernoch beachtliche 2000 mg n Durch prim re Minderungsma nahmen am Motor selbst Vorkammer System Zylindergeometrie sind derzeit NOx Werte bei kleineren Motoren um 3500 4000 mg m erreichbar in Einzelf llen k nnen auch 2000 mg m unterschritten werden Bei den gr eren Moto
316. kung angenommen Lebensdauer 100 000 km Kosten 2 000 DM und beim Staub Diesel Motor eine Reduktion durch Ru filter Lebensdauer 100 000 km Kosten 500 DM Oko Institut GhK WZ III 276 GEMIS Tabelle 188 Emissionsvermeidungskosten bei neuen Pkw Momente CN RO Saab Dinero pe o r AAA A Ne ar A em AA ACI INCA SO und Staubreduktion f r Dieselmotor Die Emissionsvermeidungskosten sind unten in ihrer Werte Bandbreite dargestellt Um zu durchschnittlichen Kostendaten zu gelangen ist eine Mittelwertbildung entsprechend der zukiinftigen in der BRD zu erwartenden Anteile der Emissionsverursacher und damit der Vermeidungstechniken an der Gesamtemission m glich womit die Emzeldaten zu einem gewichteten Mittel aggregiert werden Die Gewichte der Mittelwertbildung entsprechen den Verursacheranteilen im Jahr 1995 wie sie das Umweltbundesamt angibt lt UBA 1989 gt und werden in der Tabelle unten wiedergegeben Tabelle 189 Anteile der Emittenten der BRD 90er Jahre A JA Te Tabelle 190 Vermeidungskosten BRD IM ee O E CA o ICI CI Daten fiir Beginn der 90er Jahre in DM kg Oko Institut GhK WZ III 277 GEMIS Fiir CO als klimarelevantem Abgasbestandteil k nnen Emissionsvermeidungskosten nicht direkt abgeleitet werden da bislang keine gesetzlichen Bestimmungen zur Senkung von CO Abgaben existieren Somit Kann der gesellschaftliche tragf hige Vermeidungsaufwand f r diesen Stoff nicht erm
317. kungen bei Einsatz der Kraft Warme Kopplung in BWK vol 35 1983 Heft 6 S 294 297 SCHMILLING 1987 M glichkeiten zur Wirkungsgradverbesserung bei BHKW in VDI 1987a S 201 226 SCHNEIDER 1986 Reduzierung der Stickoxidbildung bei Gaskesseln mit Brennern ohne Gebl se in VDI 1986b S 11 36 SCHOJIAN 1986 Alkal CDAS Zwei Rauchgasentschwefelungsverfahren von Fl kt f r kohlegefeuerte Kesselanlagen im Leistungsbereich 1 50 MWth Fl kt Sonderdruck Butzbach SCHRIEVER 1984 Zur Bestimmung von Chlor und Schwefel in Holz und Holzwerkstoffen in Holz als Roh und Werkstoff vol 42 1984 S 261 264 SCHULTESS 1986 Stand und Entwicklung von Rauchgasreinigungsverfahren unter Ber cksichtigung der Endstoffentsorgung in VDI 1986a S 207 226 SCHULTZ 1985 Technische und wirtschaftliche Kriterien f r die Auswahl und den Einsatz filternder Abscheider in der Rauchgasreinigung f r Kessel und Proze w rmeanlagen in Kessel und Proze w rmeanlagen Essen VDI VIK SCHULZE LAMMERS HELLWIG 1986 Brennverhalten verschiedener pflanzlicher Brennstoffe in Landtechnik vol 41 1986 no 2 p 81 88 SEV SNV 1987 Mindre kv veoxider fran f rbr nning Statens Energiverk Statens Naturvardverket 1987 3 Rapport 3312 Stockholm SMITH ANGELLO KURZYNSKE 1988 Preliminary development of an ultra low NOx gas turbine combustor in Gas w rme international vol 37 1988 no 1 p 31 37 SNV 1980 Kemisk och biologisk karakterisering av r kgase
318. l st es handelt sich auch eher um eine ethische Frage lt HAMPICKE 1987 gt Wegen dieser Probleme hat z B ein amerikanisches EVU explizit von einer Monetarisierung abgesehen lt BEST 1988 gt lt SCL 1987 gt und auch der amerikanische Northwest Power Planning Council sieht wegen methodischer Probleme mittlerweile von der Monetarisierung auf der Basis von Schadenskosten bei der Energieplanung ab lt NWPPC 1989a gt obwohl dies vorgeschlagen wurde lt NWPPC 1989b gt Ohne nun detailliert auf die Grundprobleme des Vermarktens der Umwelt einzugehen lt LEPRICH FRITSCHE 1989 gt sollen im folgenden Herangehensweisen an die Monetarisierungsidee diskutiert werden wobei unterstellt wird da eine Monetarisierung soweit Sinn macht wie die 0 8 Probleme als Einschr nkung der Aussagekraft verstanden werden Unsere These ist ja die Monetarisierung nur als Interpretationshilfe und nicht als Ersatz f r eine eigenst ndige Umweltbewertung zu betrachten A 2 4 Schadenskosten als Basisgr e US amerikanische Ans tze In den USA wird die Monetarisierung von Umweltaspekten zumindest teilweise im Rahmen der Stromplanungskonzeption der Bonneville Power Administration BPA realisiert Per Gesetz ist BPA gehalten die environmental costs and benefits von Energieoptionen als monetarisierte Gr en bei der Bewertung neuer Strombereitstellungsressourcen zu ber cksichtigen Bei der Diskussion ist allerdings zu beachten da die Definition von
319. l 4 ausweisen zu k nnen Dispatcher verteilen eine Energienachfrage prozentual auf mehrere Anlagen Ein Dispatcher hat mehreren maximal 12 Eing nge Szenariengesteuerte Dispatcher kurz Szenariodispatcher haben drei Eing nge und eine entsprechend der maximalen Szenarienzahl 20 Aufteilung der Energiestr me auf die drei Eing nge I zB Erdgasreinigung Biogasanlagen Strohcobherstellung 2 2B im Kraftwerkspark auf verschiedene Kraftwerke Oko Institut GhK WZ III 182 GEMIS Zusammengefa te Proze ketten kurz Proze ketten speichern die auf eine Energieeinheit z B TJ bezogenen quantifizierten Umweltaspekte ab B 5 2 Energiebilanzierung Die Berechnung der umgesetzen Energiemenge erfolgt rekursiv Zu jeder Anlage werden die Vorleistungen dadurch bilanziert da die bei jeder Anlage nachgefragte Energiemenge dividiert durch deren Nutzungsgrad wiederum bei der vorgelagerten Anlage nachgefragt wird Desgleichen werden die notwendigen Hilfsenergiemengen bei diese Hilfsenergie bereitstellenden Anlagen nach gefragt In hnlicher Weise werden Dispatcher behandelt wobei die nachgefragte Energie prozentual als Nachfrage bei den entsprechenden Anlagen weitergemeldet wird Die als Koppelprodukt in KWK Systemen erzeugte Energie wird mit negativem Vorzeichen bei der angeschlossen Anlage nachgefragt Ein Beispiel soll den Rechengang verdeutlichen Es sei Q die bei einer Anlage nachgefragte Energiemenge n der Wirkungsgrad de
320. lanziert wird Andererseits ist dies aufgrund der relativ geringen Energiedichten bei der Solareinstrahlung verglichen z B mit akkumulierter Solarenergie in fossilen Brennstoffen und den relativ geringen Auslastungsdauern nicht unplausibel Die Stromerzeugung mit Steinkohle und Atomkraftwerken ebenso wie mit kleinen Windkraftanlagen weist Fl chenbeeintr chtigungen von nur ca 1 10 der Fl chen f r die Solarkraftwerke aus wobei beachtet werden mu das in dieser zahlenm igen Bilanzierung keinerlei Intensit ten der Beeintr chtigung unterschieden wurden und auch bei den Gro kraftwerken nur das Betriebsgel nde ohne Ber cksichtigung zus tzlicher Schutzzonen einbezogen worden ist Wiederum noch etwas bessere Werte erreichen auch hinsichtlich des Fl chenaspektes die gekoppelten Gassysteme wobei hier wenn auch in geringem Ma e bereits Gutschriften gegen ber der lbereitstellung mit zum Tragen kommen Am unteren Ende der Beispielszenarien steht die kleine Wasserkraftanlage die fast keine zuzuordnende Fl cheninanspruchnahme aufweist Beim Heizssystemvergleich steht das Heizsystem auf der Basis von Braunkohle weit an der Spitze was einerseits auf den hohen Fl chenbedarf bei der Prim renergiegewinnung Tagebau andererseits auf den geringen Heizwert zur ckzuf hren ist Die Systeme auf Strombasis Speicherheizung wie auch W rmepumpen nehmen einen Mittelplatz ein jeweils wieder bedingt durch ein Zusammenspiel an Abbau und
321. le sowie die Uran Proze kette auf Auch die materialbezogenen Daten f r Energiesysteme lassen sich durch erg nzende Arbeiten verbessern und ggf vorliegende Probleme bei der Herstellung von Komponenten zu rationellen Energienutzung und regenerativen Systemen einbeziehen Da das GEMIS Computerprogramm f r solche Daten nderungen offen ist kann eine Datenfortschreibung z B im Jahr 1990 erfolgen Hierzu laufen im Zuge des Forschungsprogramms der Enqu te Kommission Vorosrge zum Schutz der Erdatmosph re des Deutschen Bundestages sowie von Seiten der l und Gaswirtchaft mehrere Untersuchungen die ggf neuere Erkenntnisse bringen k nnen und zum Jahresende 1989 vorliegen werden Die VDEW versucht gegenw rtig bessere Einzeldaten f r die Uran Kette zu ermitteln Eine Erg nzung bzw Verbesserung der Materialvektoren kann durch z Zt laufende Arbeiten der Programmgruppe Systemforschung und Technologische Entwicklung der KFA J lich erm glicht werden pers Mitt von Dr Wagner KFA J lich August 1989 vgl die Darstellung des entsprechenden Forschungsbedarfs in Zusammenstellung klimarelevanter Emissionsdaten f r Energiesysteme in der BRD KO Institut i A der Enqu te Kommission Vorsorge zum Schutz der Erdatmosph re Darmstadt 1989 Oko Institut GhK WZ III 258 GEMIS Neben diesen Fragen wurde in GEMIS der gesamte Komplex der elektromagnetischen Strahlung ausgeklammert Neue Untersuchungen aus den USA zeigen aber da di
322. lektrizit tsbereitstellung von eher sekund rer Bedeutung ist da andere Aspekte Schiffbarmachung Hochwasserregulierung Trinkwasserversorgung Erholungs und Sportfunktionen im Vordergrund stehen und die eigentlichen Argumente f r die Errichtung der Bauwerke gegeben haben Auch bei kleinen Wasserkraftanlagen kann die Energiebereitstellung nicht als alleiniger Nutzen betrachtet werden hinzu kommen Fischerei Erholungsfunktionen u Der Aspekt der Mehrfachnutzung von Fl chen ist auch bei einem anderen regenerativen Energietr ger zu finden der Biomassenutzung Dies gilt in besonderem Ma e dann wenn lediglich bislang ungenutzte Reststoffe der land oder forstwirtschaftlichen Produktion Holz Stroh G lle einer energetischen Nutzung zugef hrt werden Ist beispielsweise die Getreideproduktion das Betriebsziel einer genutzten Fl che und wird lediglich das nicht im landwirtschaftlichen Betrieb genutzte Stroh energetisch genutzt berschu oder Rest Stroh ist u E kein der Energiebereitstellung anzurechnender Fl chenbedarf bezogen auf die Biomasseproduktion gegeben sondern nur der ggf auftretende zus tzliche durch die energetische Nutzung bedingte Fl chenbedarf z B Lager ma geblich F r eine ganze Reihe von Anlagen werden in GEMIS berhaupt keine Fl chen angerechnet da durch die energetische Nutzung keine zus tzlichen Fl chen ben tigt werden Hier sind z B diejenigen Anlagen zu nennen die direkt in oder auf vorha
323. len tiberein ebenso der dann verbleibende Aufwand der zur Aufbereitung verwendet wird Proze w rme vgl unten Absch tzungen der ESSO f r den Nahen Osten und die Nordsee liegen zwischen 0 5 und 1 der gef rderten Energie fiir Pumparbeit plus aller weiterer Hilfsenergien angegeben in Brennstoff quivalenten lt ESSO 1980 gt Eine HASA Studie ber den Energieaufwand f r die lgewinnung in der Nordsee lt KLITZ 1980 gt gibt als Brennstoffaufwand f r die Offshore Roh lf rderung einen Wert von rd 0 2 GJ t an dies sind rund 0 4 des Energieinhalts Hu des Roh ls bzw 0 1 umgerechnet auf den Hilfsenergiebedarf ber die o g internationalen Daten hinaus wurde im Rahmen des GEMIS Projekts eine physikalisch technische Absch tzung des Kraftaufwands f r die Erd lf rderung durchgef hrt Hierzu wurde angenommen da eine Modell F rderanlage Roh l aus 2000 m Tiefe mit einer F rder rate unter 1 m s pumpt Hierf r ist eine physikalische Hubarbeit in der Gr enordnung von 20 kJ kg Roh l notwendig die aber durch innere und u ere Reibung noch um die entsprechende Mehrarbeit erg nzt werden mu Zur Absch tzung dieser Arbeit wurde die Transportgleichung der VIA Studie lt VIA 1986 gt f r kleine Pipeline Durchmesser mit einer H hendifferenz von 1000 m km d h senk rechte F rderung mit einem angenommenen Pumpen Wirkungsgrad von 50 lt RISCHM LLER 1986 gt gel st Damit ergibt sich eine zus tzliche Arbeit in der Gr
324. llast abzubilden e Szenario 4 schlie lich unterstellt ein Stromgutschrift Mix aus 25 Strom aus dezentralen Wasserkraft Anlagen 50 aus gro en Windparks und 25 aus solarer Gro stromerzeugung mit Solarzellen Dies ist somit der Grenzfall einer vollst ndig mit regenerativen Energien erfolgenden Mittellast Stromerzeugung Die Betrachtung erfolgte jeweils f r ein Kohle Heizkraftwerk mit Entnahme Kondensation ein gasbetriebenes Gasturbinen HKW und ein Gasmotor BHKW In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse zusammengefa t Tabelle 178 Bilanzen von KWK Systemen bei Variation der Stromgutschrift Oko Institut GhK WZ III 200 GEMIS CS ES A A BEE pa AAA E en AA IAE AR E ne A MA ul en aR SR a sof pora a EEE La even IN IO A IRA in kg bei Bereitstellung von 100 MWh Nutzw rme Werte gerundet Diese Ergebnisse widersprechen der oft ge u erten These da bei einer starken nderung der stromseitigen Bewertung von KWK Strom die der ausgekoppelten Heizw rme zuzurechnenden Emissionen drastisch steigen wiirden Vielmehr sind gasbetriebene KWK Anlagen selbst bei extremen Annahmen zur Stromgutschrift je 100 Atomstrom KWK Strom oder regenerativer Strom meist noch g nstiger als l Zentralheizungen w hrend kohlegest tzte KWK Systeme sensibler auf die Stromgutschrift reagieren Oko Institut GhK WZ III 201 GEMIS 3 5 Emissionsbilanzen fiir Stromsysteme Eine weitere Fragestellung fiir das GEMIS Projekt war wie S
325. lle Der Gehalt an Schwermetallen ist vergleichsweise gering und liegt nach umstrittenen Angaben des Umweltbundesamts in Heiz l EL bei 0 01 ppm f r Quecksilber und 0 07 ppm f r Cadmium Blei wurde nicht gefunden lt UBA 1980 gt Andere Autoren geben f r Cadmium einen zehnfach h heren Wert 0 7 ppm an sowie f r Blei ein Inventar von 2 ppm lt KAMM R HM 1984 gt Gegen ber fossilen Festbrennstoffen sind die vom UBA genannten Schwermetallinventare vergleichs weise gering soda qualitativ HEL zu den schwermetallarmen Brennstoffen zu z hlen ist Eine Ausnahme hiervon bildet das hier nicht weiter betrachtete schwere Heiz l HS das neben Vanadium auch Nickel enth lt das in bestimmten Verbindungen krebserregend ist Oko Institut GhK WZ III 23 GEMIS Zusammenfassung zu Emissionen von Olfeuerungen Die folgende Tabelle gibt einen Uberblick zu den Emissionsfaktoren die ausgehend von den Brennstoffeigenschaften und heutigen Betriebserfahrungen bei Olfeuerungen f r die Datens tze abgeleitet wurden Tabelle 5 GEMIS Emissionswerte fiir Ol Feuerungen Jl EOSSTANDARD mem EEE konv Brenner Brenner gt gt 10 Galas Brenner in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert 2 1 2 Emissionen von Heizsystemen fiir Erdgas Erdgas ist nach der Aufbereitung Entschwefelung Trocknung Abscheidung h herer Kohlenwasserstoffe vgl Kapitel 2 2 ein hochwertiger Brennstoff der nur ein unwesentliches Schadstoffinventar z B
326. llen ist zu pr fen ob nicht durch Minderungsma nahmen diese Gegenl ufigkeit soweit verringert werden kann da eine Option robust gegen ber dem Ziel einer Minimierung von SO und Reststoffen ist Diese Pr fung kann durch die Verwendung eines Emissionsdatensatzes BEST ge gen ber den STANDARD Werten erleichtert werden vgl Kapitel B 1 Der hier dargestellte Ansatz ist nur insoweit hilfreich f r Entscheidungen wie die Vorbedingungen oder Minderungsma nahmen realistische Umsetzungschancen haben Es sollte also nicht mit theoretisch m glichen Vor Bedingungen gearbeitet werden sondern die entsprechenden Festlegungen sind verbindlich als Teil der Definition von Energiesystemen bzw Szenarien aufzunehmen Daher ist die umweltbezogene Bewertung von Energiesystemen kein Einmal Durchlauf sondern ein rekursiver Proze der mit EDV gest tzten Instrumenten wie GEMIS sinnvoll gestaltet werden kann Bevor eine vergleichende Bewertung der zur Auswahl stehenden Energieoptionen erfolgt ist durch den oben skizzierten Proze der Festlegung von Vor Bedingungen die Anzahl der zu ber cksichtigenden weil verschieden ausgepr gten Umweltaspekte zu reduzieren Die im GEMIS Modell ber cksichtigten quantitativen und qualitativen Umweltaspekte dienen hierbei zur Durchf hrung einer kologischen Schwachstellenanalyse von der ausgehend dann die o g Vor Bedingungen ihren besonderen Stellenwert erhalten Oko Institut GhK WZ III 233 GEMIS Szenarienorient
327. lt MARUTZKY 1986 gt Im folgenden werden nur neue Anlagen betrachtet die aufgrund ihrer Konstruktion geeignet sind die Vorteile der Brennstoffe zu nutzen ohne zu Beeintr chtigungen der Nachbarschaft zu f hren Daher k nnen aus den Daten keine R ckschl sse auf bestehende meist emissionsintensivere Anlagen gezogen werden Holzverbrennung Die Verbrennung von Holz l uft in mehreren Phasen ab die durch die Brennstoffeigenschaften gepr gt werden lt IFE 1988 gt lt IFU 1986 gt Erw rmung und Verdampfung des Wassergehaltes Freisetzung der Fliichtigen Entgasung Pyrolyse Verbrennung Oxidation der Pyrolysegase 12 Sofern ein Programmnutzer ber entsprechende Daten verf gt k nnen diese aber zur Definition eines GEMIS Brennstoffes verwendet werden Oko Institut GhK WZ III 39 GEMIS Oxidation der festen Kohlenstoff Substanz Holzkohle Die Phasen k nnen je nach Verbrennungstechnik auch nebeneinander ablaufen Die erste Phase wird im wesentlichen durch den Feuchtegehalt f in des Brennstoffs bestimmt Feuchtes Holz hat i d R ung nstigere Verbrennungseigenschaften da die im Brennstoff enthaltene Wassermenge u bei der Verbrennung verdampft werden mu wozu Energie aus der Verbrennungsw rme ausgekoppelt wird Damit sinkt der Heizwert Hu wobei f r den quantitativen Zusammenhang in 1 N herung die Formel Hu 18 8 2 5 u 1 u mit Hu in MJ kg und u in kg kg gilt lt MARUTZKY 1986 gt Durch den
328. lten l t lt NOXOUT 1989 gt F r Anlagen unterhalb von 100 MWth ist zu unterstellen da die NOx rmeren Wanderrostfeuerungen zum Einsatz kommen um Katalysatorkosten zu sparen Somit k nnen auch hier 400 mg n eingehalten werden F r den EDS STANDARD ergibt sich damit ein Wert von 142 kg TJ F r den EDS BEST ist dagegen zu unterstellen da entweder NOx optimierte zirkulierende Wirbelschichtfeuerungen vgl unten oder Rostfeuerungen mit einfacher SNCR DeNOx zum Einsatz kommen womit bei 400 mg m Rohgasbeladung und 50 Minderung durch die DeNOx Reingaswerte von 200 mg m entsprechend 71 kg TJ bei 6 O bzw 76 kg TJ bei 7 O einzuhalten sind Entschwefelung Nach der GFAVO sind bei Anlagen von 100 300 MWth Feuerungsw rmeleistung 2000 mg SO m erlaubt wobei aber eine Mindest Schwefel Einbindung von 60 gefordert wird Beim Einsatz von Vollwert Steinkohle mit maximal 1 Gew Schwefelgehalt erg ben sich somit rund 800 mg m entsprechend 275 kg TJ F r Anlagen von 50 100 MWth sieht zwar die GFAVO keine Schwefelmindestabscheidung vor aber die TA Luft Novelle begrenzt schon bei Anlagen unter 50 MWth den SO Wert auf 2000 mg m plus einer dem Stand der Technik entsprechenden Schwefeleinbindung wobei 50 in der TA Luft selbst genannt werden Bei Genehmigungsverfahren f r Kohle HKW der mittleren Leistungsklasse wurden aber in den letzten Jahren sch rfere Emissionsgrenzwerte festgelegt da mittlerweile auch SO Abgasreinigungs
329. m eine breitere Beurteilungbasis zu erhalten eine Studie von DIW und PROGNOS die ausgehend von einer fl chendeckenden Erhebung die Ausgestaltung und Umsetzung Energiekonzepten in der BRD untersucht lt DIW PROGNOS 1987 gt eine Evaluierungsstudie f r die EG Kommisison in der 94 Energiekonzepte aus 10 westeurop ischen L ndern davon 31 aus der BRD auch hinsichtlich der Einbeziehung von Umwelteffekten analysiert wurden lt GOPA 1985 gt eine Untersuchung des IKE ber Grundlagen zur Entwicklung rtlicher und regionaler Energieversorgungskonzepte lt IKE 1985 gt das Energiekonzept f r den Landkreis Nienburg lt ARENHA 1986 gt ein EG Projekts zur Wirkungsanalyse von drei Einzelkonzepten Abw rme Biogas und Restholz in der Region Oberpfalz Nord lt ZREE 1985 gt Die Auswertung der Studien und Konzepte erfolgte hinsichtlich der Punkte Art und Abgrenzung der betrachteten Systeme Art der Erfassung von Umweltaspekten Methodik der Wirkungsanalyse und der Aggregation bzw des Vergleichs Datenbasis Oko Institut GhK WZ III 6 GEMIS 1 2 1 Schlu folgerungen aus den allgemeinen Studien Aus den Analysen der Arbeiten ergaben sich wichtige Schliisse fiir die weitere Projektfragestellung die im folgenden zusammengefa t werden Abgrenzung der Energiesysteme Die internationalen Arbeiten sowie die Mehrzahl der neueren nationalen Studien beziehen die gesamte Proze kette von Energiesystemen also alle Schritte von der Prim renergi
330. mmengefa t werden lt FRITSCHE 1988 gt e die Umweltkosten werden dominiert durch die Gesundheitssch den aufgrund von Emissionen fossiler Brennstoffe und boomtown effects also ungeordneter Stadtentwicklung bei Atomkraftwerken die jeweils etwa 90 der gesamten Umweltkosten ausmachen e die ausgewiesenen Umweltkosten sind extrem gering sowohl hinsichtlich der abdiskontierten durchschnittlichen Kosten bezogen auf die Energiebereitstellung unter 0 2 Pf kWh als auch hinsichtlich des Gegenwartswertes des Gesamtschadens verglichen mit dem Gegenwartswert der Gesamtertr ge deutlich unter 10 Diese Studienergebnisse wurden von Teilen der ffentlichkeit die in den USA an der Energiediskussion direkt teilnimmt als nicht aussagekr ftig und wenig belastbar angesehen und viele Entscheidungstr ger hatten Zweifel an der Bedeutung der Ergebnisse zumal einige umweltrelevante Fragen saurer Regen gef hrdete Tiere atomare Gro unf lle nicht Kostenm ig einbezogen werden konnten Hinzu kommt da die gefundenen Umweltkosten generell so niedrig waren da ihre Einbeziehung in cost effectiveness berlegungen keine nennenswerte Wirkung auf die Reihenfolge von Ressourcen hat hnliches gilt f r deutsche Verh ltnisse vgl lt LEPRICH FRITSCHE 1989 gt Weiterhin ist die US amerikanische Diskussion ber die richtige Diskontrate offen vor allem bei Sch den der menschlichen Gesundheit Somit verf gt BPA bis heute ber keine gener
331. mperaturbedingungen 50 80 erzielt Andere Schadstoffe Die Feuerungssysteme unterschieden sich hinsichtlich der Schadstoffe CO und C H sowie kanzerogener Stoffe nicht wesentlich von den gr eren Feuerungen allerdings sind die Werte in der Regel leicht h her Wirbelschichtfeuerung WSF Die Wirbelschichtfeuerung WSF ist eine Verbrennungstechnik f r alle Arten von fossilen Energien die wegen ihrer g nstigen Eigenschaften in den letzten Jahren weltweit technisch weiterentwickelt wurde und mittlerweile in der BRD zunehmend zum Einsatz kommt lt VDI 1986 gt Wegen der gegen ber herk mmlichen Technologien geringen Verbrennungstemperaturen in der WSF kann bei Anwesenheit von basischen Stoffen das aus dem Brennstoff Schwefel entstehende SO noch innerhalb der Feuerung weitgehend eingebunden und berwiegend zu Sulfat CaSO umgesetzt wer den Die geringen Temperaturen f hren auch zu wenig Stickoxid Emissionen da die NO bevorzugt bei hohen Flammtemperaturen entstehen Bei der station ren WSF die verfahrenstechnisch am wenigsten Aufwand bringt und daher auch f r kleine Feuerungen konomisch interessant ist sind die Schadstofffreisetzungen f r SO NO und Ha logene im Vergleich zu den anderen WSF Techniken am h chsten Auch die anfallenden Reststoff mengen sind im Vergleich hoch und bieten nur geringe Aussichten f r eine Verwertung Demgegen ber zeigen quasistation re WSF bei denen eine intensive Flugascher ckf hrung z
332. mperaturen unter 1000 oC einbinden k nnen Der Einbindungsgrad des Schwefels in die Asche liegt je nach Temperatur und Inventar an basischen Reaktionspartnern bei 5 20 Das Umweltbundesamt gibt fiir Steinkohlen Briketts im Sektor Haushalte einen Emissionsfaktor von 500 kg TJ an lt UBA 1989 gt die DFVLR nennt einen Wert von 590 kg TJ und FICHTNER rechnet mit rd 400 kg TJ f r Anthrazit Messungen der Bergbauforschung an handels blichen Kohle Heizungen ergaben SO Werte von 530 575 kg TJ fiir Steinkohlen und 344 523 kg TJ f r Anthrazit Dabei war eine deutliche Abh ngigkeit der SO Emissionen von der Auslastung der Anlagen zu beobachten im Nennlastbereich emittierten die Anlagen weitgehend die im Brennstoff enthaltene Schwefelmenge als SO w hrend bei Teillast deutlich z T ber 35 verringerte Freisetzungen gemessen wurden Als Erkl rung gilt die bei geringerer Auslastung sinkende Feuerraumtemperatur die zu einer verst rkten Einbindung von SO in die basischen Aschebestandteile f hrt Oko Institut GhK WZ III 30 GEMIS Wir gehen im EDS STANDARD von einer Asche Einbindung von 15 aus woraus sich ein Emissionsfaktor fiir SO von 500 kg TJ ergibt was mit den UBA Daten tibereinstimmt Bei gr eren Anlagen f r Blockheizungen Nahw rme mit Kohle Heizwerken oder gro en W rmeabnehmern kommen auch Wirbelschicht Feuerungen WSF oder solche mit nachgeschalteten Waschern zur Anwendung Diese Systeme k nnen SO2 Minderungen
333. mpf fiir Entnahme Kondensations oder Gegendruckturbinen ein klassisches Einsatzgebiet Stickoxide Diese Feuerungen k nnen durch prim rseitige Ma nahmen Abgasrezirkulation Brennstoffstufung auf geringe NOx Werte gebracht werden lt HOFBRAU 1989 gt eine weitere sekund re Entstickung durch SCR Verfahren ist ebenfalls m glich Die Katalysatoren werden zudem nicht wie bei Kohlefeuerungen durch Staub oder Schwermetalle vergiftet daher ist ihre Lebensdauer recht hoch Die GFAVO sieht f r Gasfeuerungen ber 300 MWth als Grenzwert 100 mg m f r NO vor dies entspricht rd 28 kg TJ Die TA Luft begrenzt dagegen die NOx von Gasfeuerungen im Leistungsbe reich von 10 bis 100 MWth auf 200 mg nP entsprechend rd 56 kg TJ Anlagen unter 10 MWth fallen unter die Kleinfeuerungsanlagen Verordnung 1 BImSchV die keine Emissionsbegrenzungen f r Gasfeuerungen enth lt Die Emissionen solcher Systeme liegen je nach Brenner und Kesseltyp zwischen denen von Heizanlagen und denen von TA Luft Anlagen Zu beachten ist dad GFAVO und TA Luft die NO Grenzwerte dynamisieren bei jeder Genehmi gung ist der aktuelle Stand der Technik f r prim re Minderungsma nahmen einzuhalten Da Erfahrungen mit Abgasrezirkulation auch bei Feuerungen lt 50 MWth vorliegen und hiermit Werte unter 100 mg n realisiert werden k nnen lt BERGE 1986 gt ist f r den EDS STANDARD u E bei Feuerungen ab 10 MWth von 100 mg m bzw 28 kg TJ auszugehen Oko Institut GhK WZ I
334. n das diese Emissionsdatenbasis enth lt und quantitative Bilanzierungen durchf hrt Kapitel 2 5 Mit dem Computermodell wurden im Rahmen des Projekts vergleichende Emissionsbilanzierungen f r ausgew hlte Energiesysteme durchgef hrt sowie deren Sensitivit t bei ge nderten Randbedingungen analysiert Kapitel 3 Viertens sollten im Rahmen des Projektes auch halbquantitativ die Umweltaspekte Reststoffe und Fl chenbedarf analysiert Kapitel 4 1 sowie eine Informationssammlung zu qualitativen Umweltaspekten von Energiesystemen zusammengestellt werden Kapitel 4 2 Diese Aspekte wurden versuchsweise in GEMIS integriert 1 F r die Abk rzungserl uterung vgl Anhang 8 Oko Institut GhK WZ III 3 GEMIS In einem weiteren Schritt waren Bewertungsfragen von Umweltwirkungen zu diskutierten Kapitel 5 1 Als Unterstiitzung fiir die Bewertung wurden die Wirkungen der wichtigsten Umweltaspekte zusammengetragen und eine Gewichtung durchgefiihrt Kapitel 5 2 Erg nzend wurde ein Konzept entwickelt das eine Interpretationshilfe zur Einbeziehung von Umweltaspekten in die Gesamtent scheidung leisten soll Kapitel 5 3 Ausgehend von den quantitativen und qualitativen Umweltaspekten wurde eine umfassende Ergebnisdiskussion durchgefiihrt Kapitel 6 Schlie lich war zu berpr fen welche offenen Fragen nach Projektabschlu bestehen Forschungs bedarf und welche M glichkeiten f r eine Weiterentwicklung des EDV Instruments unter Einbeziehung
335. n die mit Wirbelschichtfeuerungen betrieben werden sind ebenfalls Chlor Einbindungen um 90 station re WSF Ca S Molverh ltnis um 2 5 zu erwarten f r HF lassen solche WSF Anlagen Einbindungen um 80 zu soda die Emissionen um 0 2 kg TJ liegen Rostfeuerungen mit Trocken Additiv Verfahren Blockheizungen scheiden sowohl HCl wie auch HF im Bereich von 90 ab soda Werte von 0 2 kg TJ HCl und HF als Regelfall angesetzt werden k nnen Staub Die Staubemissionen von braunkohlegefeuerten Anlagen werden durch die Novelle der 1 BImSchV auf Werte von 62 kg TJ begrenzt Die Messungen an bestehenden Anlagen zeigen da erheblich h here Staubemissionen auftreten K nnen Obwohl uns bislang keine Me werte vorliegen gehen wir davon aus da durch Multizyklone oder verbesserte Feuerungssysteme sich die geforderten Grenzwerte einhalten lassen und beim Betrieb ein Sicherheitsabstand von rd 10 zum Grenzwert auftritt In den EDS STANDARD und BEST ergibt sich somit bei kleineren Heizanlagen ein Staub Emissionsfaktor von 55 kg TJ 11 Dies entspricht den Annahmen bei Steinkohle vgl oben Oko Institut GhK WZ III 37 GEMIS Bei WSF Anlagen oder Rostfeuerungen f r gr ere Blockheizungen ber 1 000 kWth sind durch nachgeschaltete Filter wie bei Steinkohle Feuerungen Staubwerte zwischen 10 BEST und 20 kg TJ STANDARD anzusetzen CO und Kohlenwasserstoffe CnHm PAH Die Werte fiir CO sowie die wenigen vorliegenden Mefwerte fiir C
336. n pfung von Emissionen und Gesundheitssch den Krebs durch Radioaktivit t vorzeitiger Tod durch Sulfat eine Bandbreite von z T mehr als drei Gr enordnungen Faktor 103 aufweisen e die resultierenden Belastungen zeigen selbst bei gegebenem Dosisfaktor eine starke Variation geographisch sozial zeitlich Die OECD schlie t aus diesem Diskussionsstand Indeed the technique of health impact analysis might be more usefully employed to encourage a balanced approach to energy development and rational use on the part of policymakers and the public than to try to judge the relative merits of different fuel cycles from the point of view of their impact on human health zit n lt OECD 1983 gt S 12 Eine deutsche Untersuchung zu Risiken verschiedener Strombereitstellungsoptionen lt IKE 1987 gt analysierte internationale Studien zum Thema Risiko und versuchte durch die Umrechnung auf bundesdeutsche Verh ltnisse eine Vergleichbarkeit herzustellen Die gefundenen Risikodaten sind jedoch mit Ausnahme der sehr hohen Risikowerte der Kohlenutzung mit erheblichen Unsicherheiten und Bandbreiten behaftet soda die Bearbeiter folgern Zur Diskussion dieser und anderer Risikophilosophien vgl n her lt KO INSTITUT 1987 gt 2 z B lt CEC 1981 gt lt FRITZSCHE 1988 gt lt KALLENBACH TH NE 1989 gt Als Ma einheit werden in der Regel verlorene Lebenstage person days lost je bereitgestellter Energieeinheit verwendet wobei s
337. n 0 3 des gef rderten Roh ls als Brennstoffaufwand f r die Aufbereitung aus d h bei einem Jahresnutzungsgrad von 85 f r Proze w rme Bereitstellung ein Hilfsenergiebedarf von rd 0 26 der gef rderten Energiemenge In der BRD sowie in der Nordsee soll dieser Proze w rmebedarf durch Gaskessel gedeckt werden die mit Erd lgas befeuert werden F r OPEC Ol wird dagegen der Einsatz eines Schwer lkessels angenommen Die folgenden Tabellen fassen die zur Bereitstellung von Roh l free on board fob eines Tankers bzw frei l Pipeline erforderlichen Aufw nde an Hilfsenergien Kraft bzw Proze w rme Bedarf zusammen Tabelle 76 Kenndaten der Roh l F rderung OPEC Tabelle 77 Kenndaten der Roh l F rderung Nordsee Tabelle 78 Kenndaten der Roh l F rderung BRD Oko Institut GhK WZ III 120 GEMIS Hilfsenergie 2 Erd lgaskessel Transport von Roh l Tanker Transport Der Ubersee Oltransport erfolgt berwiegend mit gro en Tankern die schweres Heiz l Bunker C als Treibstoff verbrennen F r den Hochseetransport von Roh l wird eine Strecke von 8800 km angenommen die sich als gewichtetes Mittel der heutigen globalen Tankerrouten nach der WEC Studie ergibt lt WEC 1988 gt Der Brennstoffaufwand f r den See Transport liegt bei 440 MJ je Tonne transportierten Roh ls bzw rund 1 1 des l Heizwerts Wir gehen vom Transportenergiewert der VIA Studie von 0 05 MJ t km bzw 0 02 MJoutpu t km aus Tabelle 79 Kenn
338. n Energiebedarf der Materialherstellung in den USA analysiert worden wobei sich daf r zwei grunds tzlich verschiedene methodische Herangehensweisen herausbildeten lt W AGNER TUROWSKI 1977 gt die Input Output Analyse IOA und die ProzeBkettenanalyse PKA Bei der IOA werden aus statistischen Einzeltabellen ber die Wertsch pfung in Wirtschaftsbranchen die Verflechtungen und Vorlieferungen untereinander durch die Bestimmung der sog inversen Leontief Matrix lt NIEHAUS 1975 gt ermittelt Diese quadratische Matrix wird dann mit einer Matrix ber den statistischen Energieverbrauch aller Branchen gekoppelt womit sich geldwertbezogene Energiekenngr en in MJ DM ergeben Sind die Kosten eines Energiesystems bzw seiner Komponenten bekannt wird fiir diese der dem jeweiligen Wirtschaftssektor entsprechende Umrechnungsfaktor aus der Input Output Tabelle entnommen und damit multipliziert Oko Institut GhK WZ III 171 GEMIS Bei der Prozefikettenanalyse werden dagegen die physikalisch chemischen Grundprozesse bei der Herstellung und Verarbeitung von Roh Materialien analysiert und den Endprodukten der dafiir notwendige Energiebedarf zugerechnet Erg nzend werden Transportaufw nde bestimmt und hinzugez hlt Diese analytisch empirische Vorgehensweise ist in der Regel wesentlich aufwendiger kann aber die Schw chen der IOA hinsichtlich Wirklichkeitsn he und Detaillierungsgrad umgehen lt HARTMANN 1986 gt Ein Vergleich von IOA und P
339. n Gas und Heiz l Feuerungen da diese Anlagen bevorzugt durch KWK Systeme ersetzt werden Bei industriellen KWK Anlagen kann wegen der ausgekoppelten Proze w rme auch eine W rmegutschrift auf der Basis von schwerem Heiz l oder Kohle erfolgen Die vorstehend genannten Betrachtungsm glichkeiten f r KWK Systeme wurden im GEMIS Programm ber cksichtigt vgl Kapitel B 5 Exkurs 2 Umweltbeltbelastungen und Immissionen Die lokalen Umweltaspekte der KWK sind hinsichtlich der Emissionen in der Regel ung nstiger als reine Heizsysteme da der Brennstoffaufwand f r die anteilige Stromerzeugung dem allerdings geringen der KWK W rmebereitstellung zuzurechnen ist um die lokale Emissionsmenge zu bestimmen Oko Institut GhK WZ III 74 GEMIS Vor Ort emittieren KWK Anlagen daher insgesamt in der Regel deutlich mehr Schadstoffe als Heizanlagen eine Ausnahme hiervon bilden gasbetriebene KWK Systeme bei der Betrachtung mit dem BEST Datensatz Dies liegt daran da die ber die Stromgutschrift verrechneten Emissionen von Kondensationskraftwerken blicherweise au erhalb des Gebietes eingespart werden in dem das KWK System steht soda die vor Ort Bilanz der Emissionen ung nstig ist Ausnahmen von dieser Situation bilden die industriellen Ballungsr ume z B St dte des Ruhrgebiets Berlin Hamburg in denen auch gro e Kondensationskraftwerke betrieben werden lt JANSEN 1985 gt lt WINJE 1983 gt Immissionsseitig dagegen wirken KWK A
340. n Mengen einen guten Indikator darstellen K nnen potentielle Auswirkungen auf die n here Umgebung der Anlagen nur qualitativ behandelt werden Wir haben diese Aspekte unter Mikro kologie zusammengefa t auch wenn die gesamte Umgebung einer Anlage mit einbezogen wird Auch f r diesen Bewertungsbereich ist vor allem die Prim renergiegewinnung f r die Auswirkungen verantwortlich wobei wie bereits erw hnt diese Auswirkungen zu einem gro en Teil bereits ber den Fl chenverbrauch vermittelt sind Aus diesem Grunde werden auch hierbei die Braunkohlen die Steinkohlen und die Uranf rderung mit 3 belegt Denn dabei kommt es zu gro r umigen Ver nderungen mit einer ganzen Reihe von Beeintr chtigungen vorhandener kosysteme sei es durch die direkte Ver nderung der Vegetationsschicht das Aufbauen von Wanderungsbarrieren die Ver nderung der Wasserregimes oder die Einleitung von gro en Mengen schadstoffhaltigen Wassers in die Vorfluter Die lf rderung wird ebenfalls relativ hoch mit 2 gewichtet da auch diese mit einer ganzen Reihe von Beeintr chtigungen der Tier und Pflanzenwelt in der n heren Umgebung der F rderanlagen verbunden ist Bei der Biogasnutzung wurde O eingetragen da m glicherweise mit der Ausbringung der G lle verbundene Gew sserbelastungen oder Ver nderungen der Bodenfauna nicht der energetischen Nutzung zugeschlagen werden k nnen Die anderen regenerativen Energietr ger erhalten aus durchaus unterschi
341. n Proze ketten generiert die alle Verfahrensschritte von der Gewinnung bis zur Anlieferung von Steinkohle frei Heiz Kraftwerk sowie von Steinkohle Briketts frei Haus enthalten Tabelle 118 Kenndaten der Proze kette Steinkohle frei Kraftwe rk e p o CS CA 3 Tabelle 119 Kenndaten der Proze kette StK Brikett frei Haus CE CAN By Oko Institut GhK WZ III 140 GEMIS Proze kette Braunkohle Bei der Braunkohle kann wegen des relativ geringen Heizwerts davon ausgegangen werden da praktisch nur inl ndische Kohle verwendet wird Die berwiegende Menge der Braunkohle wird im rheinischen Revier im Tagebau gef rdert und verstromt oder zu Braunkohleprodukten weiterverarbeitet Die Braunkohlef rderung und nutzung in den Revieren Helmstedt und Nordhessen wird in GEMIS vernachl ssigt Einen berblick zur Proze kette gibt die folgende Abbildung Abbildung5 Schema der GEMIS Proze kette Braunkohle Braunkohlef rderung Die Technologien zur F rderung von Braunkohle im Tagebau erlauben mehrere Konzeptionen einen berblick hierzu gibt die Literatur lt PERETTI 1982 gt Der Energiebedarf der F rderung ist wie bei der Steinkohle haupts chlich Strom Nach statistischen Daten des Jahres 1987 lag der Strombedarf des Braunkohlebergbaus bei 1 5 bezogen auf den Heizwert der Kohle lt VIK 1988 gt F r den deutschen Tagebau im Rheinischen Revier wird der Einsatz eines elektrisch betriebenen Baggers diverser F rderb nder f r R
342. n Teil des SO in die Asche eingebunden Bei einer Einbindungsrate von 15 ergibt sich als Emissionsfaktor ein Wert von rd 49 kg TJ Dieser Wert wird f r alle Emissionsdatens tze angesetzt Stickoxide Holz weist geringe Stickstoffgehalte auf und verbrennt bei Temperaturen unter 1000 C womit kein thermisches NO entsteht lt TILLMAN ROSSVKITTO 1981 gt Sowohl bei herk mmlichen Feuerungssystemen unterer Abbrand wie auch bei teilvergasenden Heizsystemen Vor fen lassen sich durch geregelte und vorgew rmte Sekund rluftzugabe NO Werte von 50 200 kg TJ Brennstoffeinsatz erreichen siehe Tabelle B 1 20 unten Werden zur Verminderung organischer Emissionen Oxidationskatalysatoren eingesetzt k nnen die NO Werte um 50 ansteigen lt RADIAN 1986 gt lt WKI 1984b gt Da solche Katalysatorsysteme nur in St ckholz Anlagen eingesetzt werden m ssen und dort wegen der geringen Brennraumbelastungen NO Werte um 50 kg TJ vorliegen bleibt auch bei Katalysatoreinsatz ein Wert von 100 kg TJ einhaltbar F r gute Stoker und Pyrolysefeuerungen gelten NO Werte um 100 kg TJ lt GHE 1986 gt lt WKI 1985 gt daher ist ein Wert von 100 kg TJ f r EDS STANDARD und BEST anzusetzen Halogene Der Halogen Gehalt von naturbelassenem Holz ist hinsichtlich Chlor mittlerweile untersucht lt SCHRIEVER 1984 gt f r andere Halogene liegen keine Daten vor sie k nnen aber wegen der nur geringen Pflanzenaufnahme und Bodeninventare im Regelfall nur in S
343. n dargestellt werden Biogas Holzgas Weiterhin sind die Daten der biomassebetriebenen Heizwerke aus Kapitel B 1 auch f r KWK Systeme mit Dampfturbinen verwendbar Neuere Konzeptionen wie etwa der Einsatz von Holzgas in Gasturbinen zur KWK k nnen emissionsseitig bislang nicht beurteilt werden da Betriebsdaten fehlen Oko Institut GhK WZ III 52 GEMIS Das GEMIS Programm beriicksichtigt dieses Ph nomen zwar eindeutig in der Berechnung vel Kapitel 2 5 dennoch sollte explizit auf die jeweilige Rahmensetzung geachtet werden Daher wurde eine ausf hrliche Darstellung der verschiedenen M glichkeiten zur Emissionsberechnung in dieses Kapitel aufgenommen vel Exkurs 1 B 1 5 1 Kohlenutzung in KWK Stein und Braunkohle F r die Diskussion der Emissionen von kohlegefeuerten Systemen mit Kraft W rme Kopplung KWK ist wegen der differenzierten Emissionsbegrenzungen eine Unterteilung nach der Feuerungsw rmeleistung in drei Gruppen sinnvoll e Feuerungsw rmeleistung ber 300 MWth e Feuerungsw rmeleistung von 50 bis 300 MWth Feuerungsw rmeleistung unter 50 MWth Die erste Gruppe ist durch die Regelungen der Gro feuerungsanlagen Verordnung GFAVO sowie durch die Konkretisierung der dort vorgesehenen NOx Grenzwerte durch den Umweltminister Konferenz Beschlu betroffen Seit dem Inkrafttreten der GFAVO ist die Diskussion ber technische Konzepte zur Rauchgasreinigung f r gro e Feuerungen sehr weit entwickelt z T liegen mehrj hrige
344. n und Muttergew ssern durch Gestaltung von Uferzone und Sohle einzubeziehen sind Standorte f r Neuanlagen k nnen in Negativ oder Positiv Pl nen im Rahmen der Gew sserentwicklungsplanung ausgewiesen werden um kologisch sensible Gebiete von einer Nutzung auszuschlie en e W rmed mm Ma nahmen sind so durchzuf hren da Nachteile f r Bewohner oder Geb ude Reduzierung der Luftwechselrate Feuchte Kondensation im Mauerwerk vermieden werden e Umweltrelevante Einsatzstoffe f r stromsparende Ger te z B FCKW K ltemittel in K hlschr nken Quecksilber in elektronischen Leuchtstoff Lampen sind entweder zu vermeiden oder zu rezyklieren Materialien f r Ma nahmen zur rationellen Energienutzung d rfen keine Gef hrdung der Nutzer z B Asbest PU Sch ume hervorrufen Durch diese Vorbedingungen und Minderungsma nahmen wird zwar das technisch wirtschaftliche Potential der Ressourcen reduziert daf r kann aber das verbleibende Potential als umweltfreundlich im Vergleich zu anderen Energieoptionen bewertet werden Durch die Ausklammerung wird erreicht wichtige qualitative Aspekte aus der Bewertung herausziehen und damit die Bewertung zu verein fachen Die gleiche Methode kann auch bei quantitativ fa baren Umweltaspekten zur Erleichterung der Entscheidung dienen vor allem dann wenn eine Energieoption z B wenig SO daf r aber hohe Reststoffmengen abgibt und eine andere wenig Reststoffe daf r aber viel SO In solchen F
345. n werden A 2 5 Emissionsvermeidungskosten als Basisgr e Im folgenden wird ein anderer Ansatz f r die Monetarisierung diskutiert der einige der Schwachpunkte der bisherigen Methoden umgeht und datenseitig wesentlich besser gest tzt werden kann allerdings daf r auf eine andere Definition von Umweltkosten abstellt Anstelle der Schadenskosten wird vorgeschlagen die Emissionsvermeidungskosten als Basis zur Monetarisierung heranzuziehen Der Vermeidungskosten Ansatz geht davon aus da umweltpolitisches Ziel nicht ist aufgetretene Umweltsch den durch Zahlung von Entsch digungen monet r zu begleichen sondern das Auftreten von Umweltsch den zu verhindern In erster Linie wird dies durch die Vermeidung von Schadstoffemissionen erreicht Somit mu ermittelt werden wie hoch die Kosten zur Vermeidung von Schadstoffemissionen sind Dann werden f r die von einem Energiesystem im Vergleich zu einem anderen eingesparten Schadstoffmengen Differenzemissionen mit einer Gutschrift versehen die sich an diesen Vermeidungskosten orientiert Oko Institut GhK WZ III 273 GEMIS Da ein emissionsarmes Energiesystem gegen ber einem anderen Emissionen erspart k nnen beide Systeme unter Umweltgesichtspunkten dann als gleichwertig betrachtet werden wenn dem emissionsintensiveren System eine zus tzliche Investition in Umwelttechnik an anderer Stelle zugerechnet wird um die Mehremissionen zu kompensieren offset Konzept Diese Konzeption ist von
346. ndenen Geb uden installiert werden also z B alle Hausheizsysteme dezentrale Solarenergiewandler thermisch und elektrisch sowie auch Block Heiz kraftwerke BHKW mittlerer Gr enordnung bis zu 2 MWel vgl lt HEIN 1987 gt Bei diesen Systemen wird zwar auch z T Wohn oder Nutzfl che verbraucht die entsprechenden Fl chen sind allerdings unter hiesigen Verh ltnissen normalerweise in den Bauten sowieso vorgesehen z B der Kellerraum f r die Heizungsanlage Da sich in der Regel die Geb ude Grundfl chen auch dann nicht ndern wenn diese Anlagen nicht installiert werden m ssen z B bei Fernw rmeanschlu oder ohnehin als integraler Geb udebestandteil gelten Dachfl chen ist f r diese Anlagen in der quantitativen Betrachtung u E kein Fl chenbedarf anzurechnen Allerdings sind die den Anlagen vorgelagerten Proze stufen z B Gas Pipeline oder das fernw rmeliefernde Heizkraftwerk mit Fl cheninanspruchnahmen verbunden die bei der Bilanzierung des Gesamtsytems zu ber cksichtigen sind Im Anhang 4 sind die wichtigsten GEMIS Anlagen aufgelistet und eine Zuordnung zu den einzelnen Fl chenkategorien vorgenommen worder Die in GEMIS verwendeten Fl chenangaben F r die Bestimmung der im GEMIS Programm verwendeten Fl chenwerte wurde vor allem auf die Literatur zur ckgegriffen F r bertragungseinrichtungen z T auch f r F rderprozesse wurden synthetische Werte eingesetzt Die Zahlenwerte die im Programm Verwendun
347. ndigen Lagern gering sind einem Treibstoff quivalent f r das gesamte Bohrprogramm von rd 3160 TJ steht eine Gesamtf rderung in der Lebensdauer des Feldes von rd 3 8 106 TJ gegen ber also rd 0 08 des Energieinhalts der Gesamtf rderung Da durch sekund re und terti re F rdertechniken vgl unten die F rdermenge nochmals um den Faktor 1 5 3 gesteigert werden kann ist der Explorationsaufwand mit weniger als 0 05 des Energieinhalts der lf rderung u E vernachl ssigbar Dies wird auch durch Daten einer IIASA Studie zur lgewinnung in der Nordsee gest tzt lt KLITZ 1980 gt l F rderung Prim re F rdertechniken Zur prim ren lgewinnung ist abh ngig von F rdertiefe Reservoirdruck und Viskosit t Pumparbeit erforderlich Diese Pumparbeit wird in verschiedenen amerikanischen Untersuchungen mit 0 1 0 3 der gef rderten Energiemenge abgesch tzt Vor allem die EPA und RADIAN Studien geben einen Strombedarf f r Pumpen von 0 1 der gef rderten Energiemenge an lt EPA 1979 gt lt RADIAN 1976 gt Die WEC Studie nennt unter Bezug auf statistisches Material der Internationalen Energie Agentur IEA Werte von 0 2 W rme plus rd 0 1 Strom wobei eine Aufteilung der in der Statistik zusammen genannten Werte von Ol Bedarf und Gas Bedarf vereinfachend jeweils auf die l rsp Gasgewinnung vorgenommen wurde lt WEC 1988 gt Wird der Stromanteil als Pumparbeit interpre tiert stimmt dies mit den amerikanischen Quel
348. ndung StK Transport BRD Nutzungsgrad 39 0 Koppelprodukt Heizstrom Netz neu Tabelle 133 Emissionsdaten des StK Kraftwerk neu IT GT ma Cs ren mm moi TT Bei der Verteilung des Heizstroms treten 5 Verteil und Umspannverluste auf lt VDEW 1989a gt Dies ist ein konservativer Wert da die vor allem in den Nachtstunden erfolgende bertragung von Heizstrom wegen der dann regional z T hohen Netzauslastung eher zu h heren Verlusten f hrt 15 Bei einer nderung der Energiepreise zugunsten des Erdgases oder Erd ls k nnte diese Annahme nicht mehr zutreffen 16 7B Staudinger Block V Gro kraftwerk Mannheim Block VIII 17 Gro kraftwerk Mannheim Block VII Tagesmittelwerte vgl lt KO INSTITUT 1989c gt Oko Institut GhK WZ III 147 GEMIS Zusammenfassung zur Heizstrom Proze kette Aus den vorstehend genannten Daten wurden zusammengefa te Proze ketten generiert die alle Verfahrensschritte bis zur Anlieferung des Heizstroms frei Haus enthalten Die folgenden Tabellen zeigen diese Werte Tabelle 134 Kenndaten der Proze kette Heizstrom frei Haus max Tabelle 135 Kenndaten der Proze kette Heizstrom frei Haus mix CO a o CONS O ee Tabelle 136 Kenndaten der Proze kette Heizstrom frei Haus neu Oko Institut GhK WZ III 148 GEMIS Proze kette Uran Verschiedene Studien des amerikanischen Department of Energy DOE zeigten da auch bei der Atomenergie nicht unwesentliche Anteile der dem Atomkraftwerk
349. ne ii 1 SOp 2 NO 3 Staub 4 CO 5 Cy Hp 6 Cd Pb 7 C1 F 8 CO 9 PAH FICHTNER lt PROGNOS FICHTNER 1984 gt ECH Energieconsulting Heidelberg Oko Institut GhK WZ III 12 GEMIS 1 3 Abgrenzung der Fragestellung des GEMIS Projekts Die Erkenntnisse aus der Analyse der Studien und Energiekonzepte gingen in die Ausgestaltung der Datenbasis der energiekonzeptorientierten Modellteile des GEMIS Programms sowie der notwendigen Nutzeranpassungen ein Als Energiesysteme sollten typische Zentralheizungsanlagen elektrische Heizsysteme Kraft W rme Kopplungs Anlagen Nah und Fernw rme solche zur Nutzung regenerativer Energien sowie verschiedene Stromerzeugungssysteme betrachtet werden Diese Anlagen sollten neuen modernen technischen Konzeptionen entsprechen und fiir die zu erwartenden Verh ltnisse zu Beginn der 90er Jahre repr sentativ sein Dar ber hinaus waren auch alle Anlagen von der Gewinnung von Prim renergien bis zur Endenergiebereitstellung vorgelagerte Proze ketten einzubeziehen wobei diese bei fehlenden Angaben f r deutsche Verh ltnisse betrachtet werden sollten Die Daten ber Umweltaspekte von Energiesystemen sollten auf dem Stand 1987 88 erfa t werden wobei die Anforderungen und Betriebserfahrungen von Neuanlagen zugrunde zu legen waren Daraus waren standardisierte Emissionsdatens tze EDS f r drei Randbedingungen zu entwickeln STANDARD nach gesetzlichen Vorgaben und Betrie
350. ne vergleichende Bewertung dieser qualitativen Umweltaspekte untereinander zu unterst tzen wurden diese Aspekte in einer prim reneriebezogenen vergleichenden Intensit tsskala erfa t vgl Kapitel 5 2 Das GEMIS Programm stellt auf dieser Grundlage eine Gegen berstellung der qualitativen Aspekte nach einer symbolischen Skalierung zusammen die in den folgenden Abbildungen dokumentiert sind Oko Institut GhK WZ III 253 GEMIS Abbildung 11 Vergleich qualitativer Aspekte von Heizsystemen Szenario Rest Unfall Mikro Fl chen Sonder stoff gefahr kologie nutzung aspekt Heiz l Hzg Tankerunf lle Erdgas Hzg Gasexplosion Ko HKW gro Tankerunf lle EWP monov Supergau Fernw rme Tankerunf lle Nahw rme Gasexplosion Abbildung 12 Vergleich qualitativer Aspekte von Stromsystemen Rest Unfall Mikro Fl chen Sonder System stoffe gefahr kologie anspruch aspekt Braunkohle KW Halogene Steinkohle KW Halogene Atomkraftwerk Gefahr Supergau Anmerkungen 1 W rmegutschrift ber Ol Heizung 2 Gro es System auf nutzbarer Fl che keine D cher o Oko Institut GhK WZ III 254 GEMIS Bei dieser Zusammenstellung werden die auftretenden Gutschriften bei KWK Systemen vom Programm nicht verrechnet sondern als ausgewiesen d h als vermiedene Belastung Die Darstellung wurde gew hlt
351. nenr umen Stuttgart Mainz SRU 1988 Umweltgutachten 1987 Stuttgart Mainz STARKE 1987 Geringere Betriebsfl che durch wenige gro e Tagebaue in Braunkohle 39 1987 H 12 STARR PALZ 1987 Photovoltaischer Strom f r Europa eine Bewertung K ln STEGE BEYEA 1986 Oil and gas resoures on special federal lands wilderness and wildlife refuges in Ann Rev Energy vol 11 2986 S 143 161 STOY 1987 Stromerzeugung durch Windenergie und Solaranlagen Machbarkeit Grenzen Umwelteinfl sse in Kraftwerk und Umwelt 1987 Essen S 19 28 TH NE KALLENBACH 1988 Risikovergleiche f r die Stromerzeugung in Energiewirtschaftliche Tagesfragen vol 38 1988 H 10 S 788 794 UNEP 1981 The environmental impacts of production and use of energy United Nations Environmental Programme Nairobi USBACK 1985 Environmental management of uranium mining projects in Australia a national perspective in CEMP 1984 S 241 248 WALI 1979 Ecology and coal resource development M K Wali ed Vol I II New York Oxford WAGNER 1987 M glichkeiten der Fl cheneinsparungen bei Stromleitungen in Raumforschung und Raumordnung 45 1987 H 4 S 157 167 WINTER NITSCH 1986 Wasserstoff als Energietr ger Berlin Oko Institut GhK WZ III 230 GEMIS 5 Umweltbewertung Neben quantitativen und qualitativen Datenfragen tiber Umweltaspekte stellt sich bei deren Bewertung das Problem wie diese Aspekte zueinander in Beziehung zu setzen sind Das folgende Ka
352. ner Revision des Rechenmodells f r die Belastung der Opfer der Atombombenexplosionen in Hiroshima und Nagasaki erfolgte Oko Institut GhK WZ III 216 GEMIS Der bei der Lagerung von Biomasse insbesondere Holz Hackschnitzeln m glichen Gesundheitsgef hrdung durch Pilz bzw Sporenbildung mit der Folge von allergenen Reaktionen kann durch verf gbare Lagertechniken Einstellung der Parameter Temperatur Feuchte begegnet werden Rationelle Energienutzung Einsparung von Energie durch effizientere Nutzung hat nach unserer Kenntnis keine signifikanten direkten Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit Eine amerikanische Untersuchung die die Umweltauswirkungen von Ma nahmen zur rationellen Energienutzung analysierte lt NERO 1988 gt zeigte als wesentliche Aspekte allein unter dem Stichwort indoor air pollution m gliche indirekte Gesundheitsfolgen durch besser abgedichtete H user und Wohnungen sowie durch Emissionen von Schadstoffen aus innenliegenden W rmed mm Materialien Die aus der besseren Abdichtung resultierende Verminderung der Luftwechselrate kann bei gleichbleibender Zufuhr von Schadstoffen Aldehyde Radon PCP usw aus geb udeinternen Quellen zu einer erh hten Belastung der Bewohner f hren und damit gesundheitliche Gef hrdungen ausl sen lt SRU 1987 gt Die Diskussion dieses Aspekt hat in den letzten Jahren aber gezeigt da einerseits schon aus wohnhygienischen und bauphysikalischen Gr nden Feuchtegehalt die Aufr
353. nergieformen W rme und elektrische Energie ber cksichtigt Unseres Erachtens ist die Definition 2 sinnvoller da f r die Bereitstellung von Strom ber thermische Kraftwerke ein Brennstoffaufwand erforderlich ist der bei mittleren elektrischen Nutzungsgraden und unter Einrechnung der Stromverteilung Naer 0 35 beim rund 2 85 fachen des bereitgestellten Stroms liegt Auch bei hydraulischen Kraftwerken wird in der Regel ein Brennstoff quivalent des bereitgestellten Stroms definiert soda auch die Bereitstellung von z B Aluminium in L ndern mit hohem Wasserkraftanteil sinnvoll erfa t werden kann NIEHAUS 1975 HARTMANN 1986 Durch die Umrechnung von elektrischer Energie auf den erforderlichen Brennstoffbedarf k nnen alle Energiestr me als W rme betrachtet werden soda sich Wertigkeitsprobleme nicht ergeben lt DFVLR 1988 gt In einem weiteren Schritt k nnen die f r die Brennstoffbereitstellung erforderlichen Energie aufwendungen vgl Kapitel 2 3 mit ber cksichtigt werden soda Prim renergie quivalente f r den materialbedingten Energieaufwand und die von der Anlage bereitgestellt Energie in die Bestimmung des Erntefaktors eingesetzt werden k nnen lt SCHAEFER 1988 gt Wie werden nun die erforderlichen Grund Daten zum Materialbedarf bzw der energetischen Vorleistungen erhoben In der Folgezeit der erw hnten Debatte um die Erntefaktoren bei AKW sind im Rahmen von verschiedenen Untersuchungen die Grunddaten f r de
354. netzverluste Oko Institut GhK WZ III 252 GEMIS Tabelle 183 Stromsystemvergleich mit und ohne Energietransport Fl cheninanspruchnahme in m2 f r 100 MWh Strom Anmerkungen 1 W rmegutschrift ber Ol Heizung 2 Gro es System auf nutzbarer Fl che keine D cher o W hrend sich bei den Stromsystemen auf der Basis regenerativer Energietr ger nichts ver ndert und auch die Gr enordnung Energiebereitstellung aus Gro kraftwerken in etwa gleichbleibt ist bei den gekoppelten Systemen noch einmal eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Fl chenbilanz zu verzeichnen Dies ist ebenso bei den Heizungssystemen Auch hier vergr ert sich die Fl chenersparnis durch gekoppelte Systeme noch einmal kr ftig w hrend die Systeme auf Strombasis aus Gro kraftwerken nur geringf gig geringere spezifische Fl chenwerte aufweisen Besonders sei auf die beiden Heizanlagen auf der Basis von l und Gas hingewiesen Unter den eingegangen Fl chenannahmen f r den Ol und Gastransport verringern sich die zurechenbaren Fl chen nach der Herausnahme der Transportsysteme bei der lheizung um ca 25 und bei der Gasheizung um ber 400 was die unterschiedliche Bereitstellungsinfrastruktur wiedergibt 6 2 Qualitative Umweltaspekte Die im Kapitel 4 diskutierten qualitativen Umweltaspekte werden vom GEMIS Programm f r die betrachteten Energiesysteme aufgezeigt und stehen somit f r Bewertungen durch den Nutzer zur Verf gung Um ei
355. nfeuerungsanlagen in VDI 1986b S 131 151 MARX 1983 Geringe Stickoxidemissionen bei der Verbrennung von technischen Brenngasen in Brennern kleiner W rmeleistung in gwi vol 32 1983 p 529 ff MARX 1986 Verbrennungsqualit t und Emissionsverhalten von Gasbrennern mit Gebl se an Heizkesseln in VDI 1986a S 37 52 MEYER 1986 Kohle Koksgefeuerte W rmeerzeuger und deren Abgasreinigung in VDI 1986a S 117 130 MOSCH 1985 Das Fl kt Spr habsorptionverfahren in STAUB 1985 p 49ff MPS 1989 NOx emission control product guide in Modern Power Systems January 1989 p 53 55 MUHLBAIER 1982 A characterization of emissions from wood burning fireplaces in RSF 1982 p 164 187 NIELSEN NIELSEN 1984 The use of scrubbers for heat extraction from straw furnaces in Energy from Biomass EUR 8829 Dordrecht 1984 p 235 239 Oko Institut GhK WZ III 90 GEMIS NIELSEN PEDERSEN 1987 Dioxinudslip fra halmfyr Jysk Teknologisk dk Teknik EM Journal nr 1433 86 9 Jysk Teknologisk Forlag NFM 1984 Halmfyring i sma kedler Nyt fra Milj styrelsen 3 Kobenhagen NMB 1985a Emissionen bei der Verfeuerung von brikettierten Materialien in Reinhaltung der Luft Heft 8 Nieders Minister fiir Bundesangelegenheiten Hannover S 145 154 NMB 1985b Strohfeuerungsanlagen in Reinhaltung der Luft Heft 8 Nieders Minister f r Bundesangelegenheiten Hannover S 155 169 NOXOUT 1989 pers Mitt von Herrn von Bergmann vom Februar 1989 zum NOXOU
356. ngseinschr nkung unterstellt werden kann Bei der Wasserkraftnutzung bei der extrem der Gesichtpunkt der Mehrfachnutzung bei der Beurteilung der Umweltwirkungen beachtet werden mu wird der Fl cheninanspruchnahme auf die eigentliche Stauanlage und das Turbinenhaus beschr nkt und lediglich berschlagsm ig ermittelt Alle anderen Fl chen Wasserfl chen in Ausleitungen Staur ume Energieverwertung wurden in den Bilanzierungen nicht ber cksichtigt F r die Nutzung der Rest Biomasse Stroh und Holz f r die derzeit in GEMIS lediglich Kleinanlagen vorgesehen sind werden ebenfall keine Fl chenverbr uche angesetzt da weder bei der Energietr gerbereitstellung noch bei der mobilen Hackschnitzelherstellung oder der Bringung von Strohballen gesonderte Fl cheninanspruchnahmen anfallen Wir gehen davon aus da f r die Lagerung von Holz Hackschitzeln und Stroh R umlichkeiten bereitstehen selbst wenn angenommen werden mu da hierf r erheblich mehr Fl chen als z B bei lbefeuerten Anlagen vorgesehen werden m ssen Kleinen Biogas Einzelanlagen werden von uns ebenfalls keine Fl chen zugerechnet da wir ein technisches Konzept unterstellen das die Bioreaktoren in vorhandenen G llelagern integriert F r Zentralanlagen wurden d nische Erfahrungen und eine deutsche Anlagenkonzeption ber cksichtigt wobei angenommen wurde da f r die Lagerung der ausgegorenen G lle Tanks bei den landwirtschaftlichen Betrieben bereitstehen als
357. ngstechniken entwickelt bzw eingef hrt Daher sollten sich Vermeidungskosten in den n chsten Jahren auch f r medien bergreifende Betrachtungen definieren lassen 5 Dabei k nnten z B auch weitere klimarelevante Emissionen wie Methan einbezogen werden Oko Institut GhK WZ III 281 GEMIS 7 3 3 Literatur BACH 1987 Zum Stand der CO2 Treibhausgas Klimaforschung Erkenntnisse Auswirkungen Vorsorgema nahmen in Energie und Kohlendioxid Schriftenreihe Expertengruppe Energieszenario EGES Nr 24 Bern BECHMANN 1985 Umweltbilanzierung Darstellung und Analyse der kologischen Anforderungen zu konomisch kologischer Bilanzierung von Umwelteinfl ssen UBA Forschungsbericht FB 85 077 Berlin BEST 1988 pers nl Mitt von Dr Lynn Best Seattle City Light s Environmental Affairs Division September 1988 vgl lt FRITSCHE 1988 gt BIO 1984 Methods for Valuation of Environmental Costs and Benefits of Hydroelectric Facilities A Case Study of the Sultan River Project Biosystems Analysis Inc prepared for Bonneville Power Administration Portland BLOK HENDRIKS TURKENBURG 1989 The role of carbon dioxide removal in the reduction of the greenhouse effets paper presented at the OECD IEA Expert Seminar on Energy Technologies for Reducing Emissions of Greenhouse Gases 12 14 April 89 Paris BNL 1984 A systems study for the removal recovery and disposal of carbon dioxide from fossil fuel power plants in the US Brookhaven Nat
358. ngten Klima Wirkungen 6 Anstelle ausf hrlicher Literaturverweise sei exemplarisch auf eine zusammenfassende Arbeit hingewiesen lt IFEU 1987 gt sowie auf die Materialien des Umweltbundesamtes lt UBA 1989 gt Oko Institut GhK WZ III 237 GEMIS Bei der Bewertung von CO Emissionen ist aber zu beachten da auch Methan eine hohe Klimarelevanz besitzt Derzeit wird der Methan Anteil an der globalen Erw rmung auf 20 gesch tzt womit dieses Gas nach CO die zweitwichtigste Komponente darstellt 5 2 3 Reststoffe Die bei Energiesystemen anfallenden Reststoffen werden aufgrund der Unterschiedlichkeit der Wirkungen prim renergiespezifisch diskutiert E 2 3 1 Aschen Die mineralischen Reststoffe Aschen aus fossilen Brennstoffen selbst sind in der Regel nicht umweltrelevant da sie gr tenteils aus chemisch inerten Silikaten bestehen Ihre Problematik liegt vielmehr in den enthaltenen Schwermetallen die bei der Lagerung Deponierung ausgelaugt und in die Umwelt gelangen k nnen Uber diesen generellen Aspekt hinaus treten bei Aschen aus kohlebefeuerten Hausheizungen Belastungen der Aschen mit organischen Schadstoffen auf Amerikanische und skandinavische Untersuchungen zur Kanzerogenit t Mutagenit t und Cytotoxizit t von Kohleaschen aus Kleinfeuerungen zeigten beachtliche Wirkungen lt ALFHEIM ET AL 1983 gt lt HOMBERG AHL BORG 1983 gt Bei kohlebetriebenen Kraft und Heizkraftwerken fallen ebenfalls mineralische Reststoff
359. nkohlenbriketts ooooonnococnnocccconccononcconancconananonn 29 Tabelle 13 GEMIS Emissionswerte f r Steinkohlen Heizungen e 34 Tabelle 14 Emissionsgrenzwerte f r Braunkohlenbriketts ursu2n0e nn snnennne 34 Tabelle 15 Emissionsfaktoren f r Braunkohlenbriketts u uers0 ns nnernnersnnennne ES Tabelle 16 GEMIS Emissionswerte f r Braunkohlebriketts ooooonocccnnnnnnnnnoccconccacnnnnnnos 38 Tabelle 17 Emissionsgrenzwerte f r Holzfeuerungen ococonocccnoocnconoccnonnnnononcnonancnonnnccnnns 41 Tabelle 18 Emissionsfaktoren f r Holzfeuerungen 2u022440022000snsnnennsnnnnnnnnnnenn 41 Tabelle 19 Emissionen holzbefeuerter Anlagen lt c iscssisccsssscesdnsssesancesnessesnbanseessseeneeaoees 42 Tabelle 20 GEMIS Emissionswerte f r Holzfeuerungen oooonnococcnncccnonccononcncnnnnnonananinnnos 46 Tabelle 21 Emissionsgrenzwerte f r Strohfeuerungen ocoonnococcoocncnoncccnoncnononccononcnonnncnnnns 48 Tabelle 22 Emissionsfaktoren f r Strohfeuerungen 22402240sssnsenssnnennnnnennnn nennen 48 Tabelle 23 GEMIS Emissionswerte f r Strohfeuerungen ooonocccconcncnoncnnnoncnononanonananinnnos 51 Tabelle 24 Grenzwerte f r Stein und Braunkohle HKW usenensensneennnnnn 53 Tabelle 25 GEMIS Emissionsfaktoren fiir Steinkohle HKW 0 ccccceccceeeeeccceeseececeeeees 62 Oko Institut GhK WZ III ix GEMIS Tabell
360. nlagen geringe Emissionen ausweisen solange sie richtig bedient werden lt EPA 1987 gt lt RADIAN 1986 gt lt BPA 1988a d gt Oko Institut GhK WZ III 46 GEMIS Durch Verschmutzung des Katalysators mit Ablagerungen bei instation rem Betrieb sowie bei Uberhitzung oder Materialermiidung kann die Wirksamkeit des Katalysators stark verringert werden Gemessene Konversionsraten von 50 70 fir CO und CnHm sind fir bis zu 6 000 Betriebsstunden m glich diese Standzeiten k nnen aber nur erreicht werden wenn der Katalysator entweder elektrisch vorgeheizt oder im bypass solange umfahren wird bis die Betriebstemperatur hoch genug ist um Wirkungsgradeinbu en durch Ablagerungen zu verhindern Moderne Holzfeuerungen Stoker und Vorofen sowie Unterbrand Feuerungen mit Katalysator k nnen CO Emissionsfaktoren zwischen 100 und 1000 kg TJ erreichen und liegen damit im Bereich der mit fossilen Festbrennstoffen befeuerten Heizanlagen Die C H Emissionen k nnen Werte von 50 250 kg TJ annehmen und sind damit ebenfalls mit denen fossiler Festbrennstoffe vergleichbar Qualitativ ist Holz somit hinsichtlich organischer Schadstoffe hnlich einzuordnen wie die fossilen Festbrennstoffe die Werte liegen 2 10 fach h her als bei gas oder lbefeuerten Heizanlagen Bei gr eren Feuerungen Heizwerke sind bei g nstigen Rahmenbedingungen organische Emissionen im Bereich von Gas und lfeuerungen erreichbar wenn modernste Verbrennungstechnik zum Eins
361. nlagen trotz Stromerzeugung in der Regel vor Ort entla stend vor allem dann wenn sie f r den Emissionsdatensatz BEST betrachtet werden Dieser Effekt wird durch die gegen ber konventionellen Heizsystemen gro en Freisetzungsh hen Emissionsmassenstr me und Abgasgeschwindigkeiten erreicht also einer besseren Verteilung der Schadstoffe lt BROSE 1984 gt lt JANSEN 1985 gt lt SCHMIDT KIM 1983 gt lt T V 1986 gt Bei ung nstigen Ausbreitungsbedingungen in Verbindung mit den gesundheitlich besonders relevanten Kurzzeitbelastungen sind diese Vorteile allerdings nur noch gering bis nicht mehr vorhanden wenn die Systeme nicht f r den BEST Emissionsdatensatz betrachtet werden sondern f r STANDARD lt JANSEN 1985 gt 2 1 6 Emissionen von M llverbrennungsanlagen Die folgende Er rterung bezieht sich auf Hausm ll Verbrennungsanlagen MVA wobei insbesondere der Vergleich dieses Heizsystems mit einer Anlage zur Kraft W rme Kopplung KWK auf der Basis des konventionellen fossilen Brennstoffs Steinkohle interessiert Wir gehen dabei allein auf neue Anlagen ein da die Problematik vorhandener MVA den Rahmen des Projektes sprengen w rde Unter Hausm ll wird die gesamte Reststoffmenge verstanden die als Abfall in den Privathaushalten der BRD anf llt Nicht behandelt werden im Rahmen dieses Arbeitspaiers die Mengen an sogenanntem Sonderm ll sowie industriell gewerblichen Reststoffe die als Sonderbrennstoffe gelten z B Sulfita
362. nnin ki 209 4 3 Literatur zu Kapitel 4 ansteigen En 225 5 Umweltbewertung sssececcscsseseccesssescesecosssseseccsssseseececsssseeseecssssessecess 230 5 1 Methodische Fragen der Umwelibewertun2 2u uu2un282 22er 230 5 2 Wirkungsaspekte als Basis der Umweltbewertung coconnocnnnccnnonononononcnnnncnonncnonccnnnnnnnncnnncnns 234 5 3 Monetarisierung von Umweltaspekten ooonoccnoncnnocononcconnnnnncconncconononcnnnn cono nncnnnnnnnnranccnn anos 244 5 4 Literatur zu Kapitel O minivan ida di data 245 6 Erg nzende Ergebnisdiskussion cccccccsssscscccccssssssssccccccsssssssscees 248 6L estes Reststoffe und Fl chen ana a E E a 248 6 2 Qualitative Uniweltaspekie cositas a een Ot 252 6 3 Monelarisiering seien iaa 254 7 Ausblick users 257 7 1 Offene Hasen A O a a O E E S E 257 7 2 GEMIS Weiterentwicklungen tesis 258 7 3 Zuk nfige Fragestellungen AAA a ce ae a a 259 Anh nge A 1 Umweltbewertung der Seattle City Light sssscscccccssssssssscees 262 A 2 Monetarisierungsdiskussion ssssecssccssssescecocsosseeccocossscececoosessseseoo 264 A 3 Verursacheranteil f r ausgew hlte Umweltaspekte ssesseees 284 A 4 Weitere Informationen zur Fl cheninanspruchnahme 286 A 5 GEMIS Brennstoffdaten sseoosssessssooossesesssoosssesessooosesessssooosoesssss 293 A 6 GEMIS Materialvektoren sssssssssssssnnnssssssnsnsnnnnnnsnsnsnnsnnnnnssnnsnnnnee 300 A 7 Verze
363. nnnnnnononcnoncnnnnnonancnnnc ns 111 Kenngr en des 110 KV Stromnetzes coocconoccnnoninonononnnonnncnoncnoncnannnonnccnnnn ns 112 Kenngr en des 20 kV Stromnetzes ooooooccnocccooccconnconnnonnnononconncnonanonnncnn cnn 112 Kenngr en des 0 4 kV Stromnetzes oooooccnococooccconnconnnonnnonncnononananonnncnnnc ns 112 Kenndaten der Proze kette Stromnetz frei Haus ooooonccnnccnnocononnnannnonnonnncnns 112 Nutzungsgrade von kraftliefernden Systemen rs0er sr snnesnneennnennnen en 113 Vereinfachte Roh limportstruktur der BRD u 2ersuursnnernneennnennnen en 114 GEMIS Roh limportstruktur der BRD Beginn der 90er Jahre 115 Kenndaten der Roh l F rderung OPEC 22u0sssssssnsenssnsensnnnnnnen 119 Kenndaten der Roh l F rderung Nordsee u 2224002200sssnnenssnennnn 119 Oko Institut GhK WZ III xi GEMIS Tabelle 78 Tabelle 79 Tabelle 80 Tabelle 81 Tabelle 82 Tabelle 83 Tabelle 84 Tabelle 85 Tabelle 86 Tabelle 87 Tabelle 88 Tabelle 89 Tabelle 90 Tabelle 91 Tabelle 92 Tabelle 93 Tabelle 94 Tabelle 95 Tabelle 96 Tabelle 97 Tabelle 98 Tabelle 99 Tabelle 100 Tabelle 101 Tabelle 102 Tabelle 103 Kenndaten der Roh l F rderung BRD ooooococonococcnoccconococonnncconnnnonnncncnnncnnnno 119 Kenndaten des Roh l Tankers 0 00 cee ceeceeeseeesseceseeeseeesseecsaeceseenseeesneeenaeees 1
364. nnonn cnn nnnnnc conc cnonnn ns 102 Endenergie f r GiitertransSporte ooonococnnncccnoncncnnncnonnnnnononcnonnncnononcccnnnccinnnnnos 105 Nutzenergiebedarf f r Transportprozesse in GEMIS u uuscsneennn 106 Emissionsdaten eines Lkw DieselMotorS oooooconoccnocccnoncnonnconncnonccnnncnnn ccoo anno 107 Emissionsdaten eines Schiff Dieselmotoss oooooonocononcconcnnonnnooncnonncnnncnnncnonncnns 107 Emissionsdaten eines Tanker Dieselmotors oooooccnoncnnonononncnoncnonccnnnnonanonnnonns 107 Kenndaten des Bahn Kraftwerkspark 00 00 00 ccceesececeeeceeeeececeseeeceeeeeeneeeees 108 Kenndaten des Bahnstrom Netzes csssccesseceseceseeeeseesaeceseeeseeeeneeenaeees 108 Kenndaten der Proze kette Bahnstrom ee eeseeeeeeeseecseeceeeeeeeeeeaeeenaeens 108 Kenndaten des Strom KraftwerksparkKk ooococonocccnnnccconoccconnncnnnnnnonanccnonncnnnno 109 Emissionsdaten von Braunkohle Kraftwerken ooooococnncccconccccnoncnononccinnnnnos 110 Emissionsdaten von Steinkohle Kraftwerken oooocconnnnnnnnnoccconncncncnnncnnnnonn 110 Emissionsdaten von Ballastkohle Kraftwerken ooooooccnnnnonncnnocccnoccnacnnonncnns 110 Emissionsdaten von Erdgas Kraftwerken cccssccccssccecesececeeeeeeeneeeenaeers 110 Emissionsdaten von HeizOl S Kraftwerken oooonococnnncccnoocccnonccononccnnnnacinnnnnos 111 bersicht zu Nutzungsgraden von Kraftwerken 111 Kenngr en des 380 KV Stromnetzes ccooconoccncononononon
365. nnten Werte wobei Dy namisierungsklauseln f r SO und NO bestehen F r alle Kohle Feuerungen bezieht die TA Luft die Grenzwerte auf 7 Vol O Stickoxide Mit Prim rma nahmen sind hier wie oben dargestellt NO Werte von 300 bis 500 mg m bei Rostfeuerungen erreichbar Aus Aufwandsgr nden mu eine SCR oder SNCR Anlage entfallen Somit ist im EDS STANDARD von den mit prim ren Ma nahmen erzielbaren NO Werten von 400 mg m auszugehen entsprechend 152 kg TJ 7 Vol O F r den EDS BEST sind NOx optimierte Wanderrostfeuerungen oder zirkulierende WSF vgl unten zu unterstellen die ohne Sekund rsystem 300 mg m erzielen k nnen Dies entspricht 114 kg TJ 7 Vol O 25 Dieser Wert entspricht bei Wirbelschichtfeuerungen 76 kg TJ 7 Os 26 Der sekund re Enstaubungseffekt von Na REA entf llt hier Oko Institut GhK WZ III 59 GEMIS Entschwefelung Die TA Luft sieht bei Anlagen unter 50 MWth Feuerungsw rmeleistung 2000 mg m als Reingaswert f r SO vor verlangt aber dem Stand der Technik entsprechende weitergehende Minderung In der Novelle ist als Stand von 1986 die Zugabe von basischen Additiven zum Brennstoff oder in den Feuerraum mit Minderungsraten von 50 genannt Das in der TA Luft angesprochene Direkt entschwefelungsverfahren auch Trocken Additiv Verfahren TAV genannt erlaubt aber nur unter g nstigen Bedingungen und mehrfach berst chiometrischen Kalkzugaben nennenswerte Abscheideraten f r SO Ve
366. nomischen Gr nden bei KWK Anlagen angestrebt Eine entsprechende Einschr nkung gilt f r Vergleiche von Mittellast Stromerzeugern Oko Institut GhK WZ III 202 GEMIS Tabelle 180 Differenzierte Schadstoffbilanzen von Stromsystemen so o NOT mh pa Kv E a o Total m fe em SEE s A Steinkohle Standort Kraftwerk global Material Total Nn Atomkraftwerk Standort global Material Total ron SI Steinkohle Heizkraftwerk Entnahme Kond 1 1 Nn Nn Erdgas Gasturbine Heizkraftwerk1 EN NS 1 a a p Erdgas Gasmotor Blockheizkraftwerk1 Solarzelle2 afafa D N gt jnn 1 Ol w So o U u kraftwerk 0 0 Oko Institut GhK WZ III 203 GEMIS kleines Lauf wasserkraftwerk in kg f r 100 MWh Strombereitstellung frei Netz Anmerkungen 1 W rmegutschrift ber Ol Heizung 2 Gro es System auf nutzbarer Fl che keine D cher o Die Tabelle erkl rt diese Resultate durch die Differenzierung nach globaler Emission Brennstoff bereitstellung bzw Gutschrift f r ausgekoppelte W rme bei HKW und der herstellungsbedingten Material Emissionen Diese GEMIS Ergebnisse f r die Kraft W rme Systeme sind unbh ngig von der Frage der Strom gutschrift zu sehen da alleine die Verrechnung der Emissionen eines Ol Heizsystems mit den Gesamtemissionen der KWK Anlagen zu den genannten Resultaten f hrt Da auch bei Vernachl ssigung de
367. nten Kann gezeigt werden da die energetische Nutzung nur einen geringen Anteil an der Gesamtbelastung hat dann wird der umweltpolitische Stellenwert der Frage ob eine die Teilbelastung verursachende Anlage errichtet und betrieben wird oder nicht stark relativiert und damit wenig relevant f r die umweltbezo gene Entscheidung Oko Institut GhK WZ III 211 GEMIS Nach diesen Streichungen verbleiben bei den einzelnen Anlagetypen einige Aspekte die zwar immer noch potentieller Natur sind also nicht generell auftreten miissen jedoch einen Kern an Auswirkungen darstellen auf den bei der vergleichenden Diskussion eingegangen werden mu Abbildung 9 Reduzierung der Vielfalt von Umweltaspekten 4 2 1 Verursacherintensit t als Filter Um die vergleichende Diskussion und Bewertung der Umweltbelastungen von Energiesystemen zu vereinfachen schlagen wir demnach vor den Fokus auf relevante Kriterien zu legen Unter relevant werden dabei solche Umweltaspekte verstanden die durch die Entscheidung ber Energiesysteme in umweltpolitisch bedeutsamer Weise betroffen sein k nnen Als Ma daf r kann die mit der Entschei dung verbundene Vermeidung bzw Senkung von Umweltbelastungen angesehen werden die m glichst gro oder nachhaltig sein sollte Als Begrifflichkeit f r dieses Relevanzkritertum schlagen wir die Verursacherintensit t vor Dieser Begriff beschreibt in welchem Ma e Energiesysteme einen Umweltaspekt insgesamt beeinflussen also
368. ntnahme Kondensations Kraftwerken reinen Gegendruck Anlagen Gasturbinen und Block HKW mit Motoren BHKW unterschieden wird Oko Institut GhK WZ III 97 GEMIS Tabelle 44 Kenndaten von KWK Systemen lt WEC 1988 gt A SEE ZU DE SEW a Tabelle 45 Kenndaten von KWK Systemen lt EGES 1987 gt Tabelle 46 Kenndaten von KWK Systemen lt JENSCH 1988 gt E OR German O EC CO Oko Institut GhK WZ III 98 GEMIS Tabelle 47 Kenndaten von KWK Systemen lt FICHTNER 1986 gt SRW ERR A CIN PB SEL OESEL Tabelle 48 Kenndaten von KWK Systemen lt TRAUBE 1987 gt Heizkraftwerke f r Stein und Braunkohle Als Standard Systeme zur kohlegest tzten KWK betrachten wir zwei Dampfkraftwerke die mit Entnahme Kondensation bzw Gegendruck arbeiten Beide Systeme sollen sowohl f r Stein wie auch f r Braunkohlenstaub BKS nutzbar sein Gro es Entnahme Kondensations HKW Als Referenzanlage betrachten wir die Standard Typen der NRW Studie lt TRAUBE 1987 gt die wegen der gro en elektrischen Leistung ber 100 MW thermodynamisch h herwertig ausgelegt wird Damit erzielt sie eine geringere Stromeinbu e als der NRW Standard Typ und weist eine Stromkennzahl von 0 6 bei einem np von 55 auf Diese Werte benutzt auch die Parameterstudie der Verb nde lt AGFW BGW VDEW 1984 gt Mittleres Gegendruck HKW Als kleinere Variante zum gro en System wird ein reines Gegendruck Kraftwerk betrachtet das je nach Feuerung sowohl St
369. nungen Als gewichtete Bandbreite gibt ISI dann nach verschiedenen empirisch begr ndeten Einschr nkungen 1 2 12 Pf1982 kWh Atomstrom an F r die regenerativen Energien Solarstrom aus Zellen Windkraft werden die Arbeitsunfall Kosten wiederum verlorene Nettoinlandsproduktion die Opportunit tskosten der genutzten Fl chen sowie Kompensationszahlungen f r l rmbeeinflu te Fl chen Windkraft eingerechnet Diese betragen zusammen rd 0 44 Pf1982 kWh Sonnenstrom bzw 0 01 Pf1982 kWh Windkraft und liegen damit erheblich unter denen der fossilen und atomaren Strombereitstellung Weitere Aspekte der Studie wie die Diskussion eines Ersch pfungsaufschlags auf nicht regenerierbare Energien werden hier wegen der nicht gegebenen Verbindung zur engeren Umweltdiskussion nicht er rtert Insgesamt zeigt u E die ISI Untersuchung da einerseits den methodischen Fragen der Schadenskostenermittlung zwar ber die Logik der unteren Grenze begegnet werden kann wobei allerdings auch dann offenbleib ob die Einrechnung weiterer Umweltkosten nicht die Kostenrelationen zwischen Energiesystmeen verschiebt Andererseits wurden auch mit dieser aktuellen Studie die dominanten Probleme der Schadenskostenermittlung nicht gel st den extremen Bandbreiten von wichtigen Grundgr en z B Atomunf lle Dosis Wirkungs Beziehung und der umstrittenen Kostenzurechnung bei Gesundheitsfolgen von Schadstoffen konnte u E nicht berzeugend Rechnung getrage
370. nur als M glichkeit verstanden werden Emissions vermei dungskosten im engsten Sinn auch f r CO anzugeben und nicht als Vorschlag diese Gasreinigung nun real bei Kraftwerken einzusetzen Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund da sowohl die Substitution wie auch die rationelle Energienutzung wesentlich g nstigere Vermeidungskosten aufweisen als eine technische Abscheidung Im automobilen Teil des Verkehrssektors Pkw Lkw Schiffe ist aus technischen Gr nden eine CO Abscheidung nicht darstellbar soda auf Abscheidung beruhende Vermeidungskosten f r alle relevanten Emittenten beim derzeitigen Kenntnisstand nicht zu ermitteln sind Anstelle einer Ermittlung von mittleren CO Vermeidungskosten kann daher z Zt nur eine Bandbreite von Werten genannt werden Tabelle unten Unter niedrig sind dabei g nstige Vermeidungskosten durch Substitution vo allem strategisches Sparen zu verstehen unter hoch die teurer Substitution oder Abgasreinigung Welche Kosten f r CO als Wert im Sinne der Vermeidung zu verwenden sind h ngt von den Reduktionsmengen und zeitr umen ab die unterstellt werden Tabelle 194 Werte f r CO Vermeidungskosten M gliche Weiterentwicklung des Ansatzes Das Konzept der Emissionsvermeidungskosten Kann ber die Emissionen von Luftschadstoffen hinaus auf andere umweltrelevante Aspekte hin erweitert werden Bei ausreichender Datenlage k nnten z B Abwasser Emissionen Reststoffanfall Fl cheninans
371. nwasserstoffen Zusammenstellung klimarelevanter Emissionsdaten f r Energiesysteme in der BRD ko Institut i A der Enqu te Kommission Vorsorge zum Schutz der Erdatmosph re Darmstadt 1989 3 vgl hierzu n her das Benutzerhandbuch zu GEMIS Diese Erweiterung erfordert allerdings h herwertige Grafik Adapter und Bildschirme da die Aufl sung blicher Grafik systeme f r PC nicht ausreicht 5 Ein entsprechendes Konzept wird von der Energy Systems Research Group im Environmental Data Base Projekt f r das UNEP verfolgt pers Mitt von Dr van Hippel vom Mai 1989 Oko Institut GhK WZ III 260 GEMIS Die naheliegendste Erweiterung stellt aus unserer Sicht die in Richtung abfallwirtschaftlicher bzw planerischer Fragen dar Um Aussagen f r abfallwirtschaftliche Fragen zu erlauben mu die Daten und Algorithmus Implementation um einen abfallbezogenen Teil erg nzt werden Als Basis kann die Entsorgung einer Einheit Standard Hausm lls bezogen auf deren Komponenten gew hlt Als Anlagen k nnten Einrichtungen zu getrennter Sammlung stofflichem Recycling Deponien usw implementiert werden wobei als Gutschriften z B substituierte Prim rprodukte verrechenbar w ren Zusammen mit den vorhandenen Daten zu energetischen Anlagen k nnte dann eine integrierte Planung nach abfall und energiebezogenen Kriterien durch das erweiterte GEMIS Programm unterst tzt werden Neben der Ausweitung des Programms auf die Abfallseite hin kann auch ein
372. o Institut GhK WZ III 102 GEMIS Fernwdrmesysteme Bei der Fernw rme Verteilung sind ber die Verluste der Unterverteilung Haus bergabestationen und Hausverteilung auch noch die gr eren Trassen der Hauptverteilung zu ber cksichtigen die mehrere Kilometer Lange aufweisen k nnen Zus tzlich zu den 8 Verlusten des Nahw rmenetzes rechnen wir mit weiteren 4 Verlusten dieser Hauptverteilung d h effektiv mit rd 12 Verlusten des Gesamtnetzes bzw einem Nutzungsgrad von 88 3 bezogen auf die Warmeabgabe Dieser Wert stimmt gut mit anderen Angaben berein EGES 1987 FICHTNER 1986 JENSCH 1988 Zur Umw lzung des Hei wassers wird ein Bedarf von 1 5 der transportierten Heizenergie angenommen der von elektrischen Pumpen bereitgestellt wird Die folgende Tabelle zeigt die entsprechenden Werte Tabelle 52 Kenndaten des Fernw rme Netzes Oko Institut GhK WZ III 103 GEMIS 2 2 7 Literatur zu Kapitel 2 2 AGFW BGW VDEW 1984 Parameterstudie rtliche und Regionale Versorgungskonzepte f r Niedertemperaturw rme Frankfurt BPA 1988a Environmental impacts of advanced biomass combustion systems Bonneville Power Administration Portland OR BPA 1988b Identification of factors which affects combustion efficiency and environmental impacts from woodstoves Bonneville Power Administration Pacific Northwest and Alaska Regional Biomass Energy Program Portland OR BRACHETTI 1983 Fernw rmestudie Niedersachsen ISP Fernw rme Forschung
373. o keine eigenen Fl chen zugerechnet werden m ssen Die Solarenergienutzung zur W rmeerzeugung mit dezentralen Kollektoren oder die Verwendung von Solarzellen f r einzelne H user bringt keine zus tzlichen Fl cheninanspruchnahme mit sich Die zentrale Stromerzeugung mit gro en Solarkraftwerken hat allerdings hohe Fl chenverbr uche zur Folge die gesondert ber cksichtigt werden m ssen lt WINTER NITSCH 1986 gt Abschlie end mu f r die bertragungs und Transporteinrichtungen angemerkt werden da s mtliche mobilen Systeme nicht mit in die Bilanzierung aufgenommen wurden soda lediglich leitungsgebundene Einrichtungen verbleiben Ebenfalls ausgespart werden Pipelines die den Transport von l und Gas von off shore Feldern auf das Festland bernehmen da Meeresoberfl che und Meeresboden definitionsgem von der Fl cheninnspruchnahme ausgenommen sind 3 Energieplantagen wurden in der GEMIS Projektfragestellung ausgeklammert Oko Institut GhK WZ III 209 GEMIS Das rtliche Stromnetz 0 4 kV und 20 kV Ebene wird ebenfalls nicht mit in die Fl chenbilanz aufge nommen Auf beiden Spannungsebenen sind wesentliche Anteile verkabelt oder in andere Infrastruktureinrichtungen integriert so daf nur unwesentliche Anteile fiir die Energiebereitstellung verbleiben Bei Uberlandleitungen auf der 20 kV Ebene sind auch kaum gr ere Schneisen n tig Hinsichtlich der Zurechnung von Fl chenverbr uchen zu Freileitungen vgl lt HEIN 1987
374. offen die durch die Materialherstellung emittiert werden Bei den energiebedingten Emissionen gibt die Studie an bei welchen Prozessen weniger Emissionen auftreten als aufgrund des Energietr gereinsatzes erwartbar Roheisenherstellung ber 90 S Einbindung in Schlacke Zementherstellung ber 90 S Einbindung in Klinker Andererseits kommen proze bedingt bei den folgenden Vorg ngen SO2 Emissionen zu den energiebedingten hinzu e Aluminium Elektrolyse und Rohstahl Direktreduktion Elektrodenabbrand NE Metallproduktion Sinterherstellung Ziegelproduktion Schwefelfreisetzung aus Einsatzmaterial F r Stickoxide betrachtet die Studie energie und proze bedingte Emissionen zusammen da hierf r keine der Schwefeleinbindung rsp freisetzung entsprechenden Vorg nge abgegrenzt werden k nnen Die folgende Tabelle zeigt die Werte Tabelle 168 Materialbezogene Emissionsdaten lt L BLICH 1985 gt 2 Hine noch unver ffentliche Arbeit der KFAgibt allerdings neuere Daten die ggf f r eine Fortschreibung der GEMIS Daten verwendet werden k nnten vgl Kapitel G Oko Institut GhK WZ III 174 GEMIS a SO NO Anmerkung Angaben in kg t Werte gerundet a Die energiebezogenen Emissionsfaktoren in der LOBLICH Studie beruhen auf den Daten des Jahres 1980 und k nnen u E nicht fiir die Produktionsverh ltnisse zu Beginn der 90er Jahre verwendet werden Dennoch liefert diese Untersuchung wichtige Hinweise auf pro
375. ohkohle und Abraum sowie Pumpen f r die Entw sserung unterstellt die zusammen rd 1 Strom bezogen auf den Heizwert der Braunkohle erfordern Der Transport von Rohbraunkohle zu Kraftwerken bzw zur Verarbeitung im rheinischen Revier wird vernachl ssigt da der zugeh rige Energiebedarf unter 0 05 des Kohlenheizwerts liegt In der Vergangenheit wurde Grundwasser in der Gr enordnung von 10 m3 t Kohle gehoben f r die derzeitigen Tagebaue vor allem Hambach ist ein Wert von 7 m3 S mpfungswasser je Tonne gef rderter Kohle anzusetzen lt BOEHM 1987 gt Bei einer F rderh he von 200 m lt STARKE 1987 gt sind hierf r rd 30 kJ an Strom aufzuwenden d h ein Strombedarf von 0 4 bezogen auf den Heizwert der Kohle Ein Schaufelradbagger mit einer Tagesleistung von 105 m3 F rderung weist eine installierte Motorenleistung von 8 900kW auf lt DURST 1982 gt womit sich bei einem Abraum Kohle Verh ltnis von rd 5 lt HAGEL KEN 1987 gt ein Strombedarf von 0 5 bezogen auf den Heizwert der Rohkohle ergibt Schlie lich mu sowohl Kohle wie auch Abraum taubes Gestein vom Tagebau zu Kraftwerken bzw Halden transportiert werden wof r elektrische Bandf rderer zum Einsatz kommen Aufgrund von Daten zum Rheinischen Revier lt EICKENMEIER 1987 gt und der Statistik lt HAGEL KEN 1987 gt ergibt sich hierf r ein Strombedarf von rd 0 1 bezogen auf den Heizwert der Rohkohle Die folgende Tabelle gibt die Kenndaten der Braunkohle F rd
376. ohle HKW mit Ol Spitzenkessel inkl W rmenetzverluste 4 Kombination Erdgas BHKW mit Gas Spitzenkessel inkl Warmenetzverluste 3 2 2 Differenzierung nach Standort und Global Aspekten Uber die Gesamt Bilanzierung hinaus berechnet das GEMIS Programm ein differenziertes Bild der Emissionskomponenten Hierfiir werden die Gesamt Emissionen in die Kategorien Standort bei der Endenergienutzung global alle vorgelagerten Stufen inkl Stromgutschrift Material anteilige Emissionen durch die Herstellung Total Summe der vorgenannten Komponenten aufgeteilt Die folgende Tabelle zeigt die entsprechenden Werte Schadstoffbilanz von Heizsystemen Tabelle 175 seem p p p Ted p p p p LC po p p p E p p p p po mete ee AED 1 5 Oko Institut GhK WZ III 195 GEMIS sa SN Tamm Tao 3 nN 00 e m 53 500 P Brraunkohlebrikett A 100 i 4 700 36 200 56 200 Reina Ti EC 33 200 46 600 Gasmotorl Holz Hackschnitzel2 Strohcobs2 m m m m m 12 900 m i W N 5 S t t i Nn nN i A m S S S S S i Ea N DH e i i gt i oO gt N Dj l t N o Oko Institut GhK WZ III 196 GEMIS sa SNS CC E Angaben in kg 100 MWh Nutzw rme differenziert nach Standort lt s gt global lt g gt Material lt m gt und Total lt t gt gerundete Werte Anmerkungen 1 Anlage mit Kraft
377. olar and Biomass Energy Growth Executive Summary of the Technology Assessment of Solar Energy Project Argonne National Laboratory ANL EES TM 215 Argonne ARENHA 1985 Energiekonzept Nienburg Weser Reihe rtliche und regionale Energieversorgungskonzepte Band 9 Bonn ARENHA 1987 Pilotprojekt einer zentralen landwirtschaftlichen Biogasanlage an der Tierk rperverwertungsanlage Hopfgarten Berichts Entwurf vom Januar 1987 sowie Erg nzungen Hannover BECK GLATZEL 1984 Umweltschutz als Entscheidungskriterrum bei der Erstellung von En ergieversorgungskonzepten in VDI Bericht 491 S 115 124 BFLR 1984 Energie und Umwelt Informationen zur Raumentwicklung Heft 7 8 1984 Bonn BONBERG 1986 Anforderungen der Umweltpolitik an r umliche Energieversorgungskonzepte in Ver ff Akad Raumf Landespl Bd 162 Hannover S 79 103 DIW ISI 1984 Absch tzung des Potentials erneuerbarer Energiequellen in der BRD Berlin Karlsruhe DIW PROGNOS 1987 Energieversorgungskonzepte Von der Planung zur Praxis Gr felfing DOE 1980 Technology Characterizations Environmental Information Handbook US Department of Energy DOE EV 0072 Washington D C DOE 1981 Energy Technology and the Environment Environmental Information Handbook DOE EP 0026 1st ed und DOE EP 0028 2nd ed US Department of Energy Washington D C DOE 1983 Energy Technology Characterizations Handbook Environmental Pollution and Control Factors 3rd edition Aerospace Cor
378. om 0 25 m3 MJ Sauerstoff Gehalt 21 02 CO2 Gehalti tr A 19 45 Vol Stickstoff Gehalt 0 704 Emissionsfaktor CO2 96657 kg TJ Chlor Gehalt 0 039 Fluor Gehalt 2 0E 03 Heizwert 21 5 Oko Institut GhK WZ III 294 GEMIS Brennstoffdaten fiir Braunkohle rheinisch Gew Wassergehalt 56 0 Asche Gehalt 4 00 Gew Kohlenstoff Gehalt Wasserstoff Gehalt Schwefel Gehalt Sauerstoff Gehalt Stickstoff Gehalt Chlor Gehalt 0 05 27 0 Luftbedarf 2 59 m3 kg 2 00 Abgasstrom 2 56 m3 kg 0 25 spez Abgasstrom 0 29 m3 MJ 10 39 CO2 Gehalt i tr A 19 58 Vol 0 305 Emissionsfaktor CO2 1 1E 05 kg TJ Fluor Gehalt 5 0E 03 Heizwert 8 80 MJ kg Brennstoffdaten fiir Braunkohle Staub Gew Wassergehalt 10 0 Asche Gehalt 4 99 Gew Kohlenstoff Gehalt Wasserstoff Gehalt Schwefel Gehalt Sauerstoff Gehalt Stickstoff Gehalt 58 0 Luftbedarf 5 62 m3 kg 4 40 Abgasstrom 5 53 m3 kg 0 35 spez Abgasstrom 0 25 m3 MJ 21 5 CO2 GehaltitrA 19 45 Vol 0 72 Emissionsfaktor CO2 97048 kg TJ Chlor Gehalt 0 04 Fluor Gehalt 2 0E 03 Heizwert 21 9 MiJ kg Brennstoffdaten fiir Bunker C Ol Gew Wassergehalt 0 0 Kohlenstoff Gehalt Wasserstoff Gehalt Schwefel Gehalt Sauerstoff Gehalt Stickstoff Gehalt Chlor Gehalt 0 0 Asche Gehalt 1 5 Gew 84 0 Luftbedarf 10 14 m3 kg 10 0 Abgasstrom 9 60 m3 kg 2 0 spez Abgasstrom 0 25 m3 MJ 1 5 CO2 Gehalti tr A 16 23 Vol 1 0 Emissionsfaktor C
379. ommen da Heiz l f r kleinere Feuerungen Heizanlagen Heizwerke und BHKW mit einem Lkw angeliefert wird und gr ere Anlagen den Bahntansport nutzen Als Transportentfernung werden in beiden F llen 100 km unterstellt Die folgenden Tabellen zeigen die Kenndaten des Lkw und des Bahntransports Tabelle86 Kenndaten der Anlage HEL Lkw Transportierter Brennstoff Heiz l EL Hilfsenergiebedarf MJ t km Transportverluste 100 km Tabelle 87 Kenndaten des Heiz l EL Bahntransports Tabelle 88 Kenndaten des Heiz l S Bahntransports Hilfsenergiebedarf MJ km Oko Institut GhK WZ III 125 GEMIS Zusammenfassung zur l Proze kette Aus den vorstehend genannten Daten wurden zusammengefa te Proze ketten generiert die alle Verfahrensschritte von der Gewinnung bis zur Anlieferung von Heiz l S frei Heiz Kraftwerk sowie von Heiz l EL frei Haus enthalten Die folgenden Tabellen zeigen die berechneten Werte Tabelle 89 Kenndaten der Proze kette Heiz l S CE COCO VE En Tabelle 90 Kenndaten der Proze kette Heiz l EL Emissionsfaktoren kg TJ enaenersiel o E A A A Prozefikette Erdgas Erdgas Exploration Wie bei der Roh lgewinnung steht beim Erdgas die Exploration vor der Nutzung von Lagerst tten In der Abgrenzung der Proze kette kann dieser Aspekt auch hier vernachl ssigt werden Die amerikanische Literatur gibt Werte fiir die Gasexploration an lt DOE 1983 gt lt EPA 1979 gt lt RADIAN 1976
380. os durch Niedrigstrahlung angesprochen Kapitel D 2 3 Als spezielle Problematik der sonstigen Reststoffe tritt bei der Urannutzung der Anfall von hochradioaktivem Atomm ll in der Form von abgebrannten Brennelementen und verstrahlten Anlagenteilen aus der gesamten Proze kette hinzu Das Inventar an langlebigen Spaltprodukten sowie hochaktiven fl chtigen Elementen in den Brennelementen markiert deren Umweltrelevanz Die Entsorgung dieser Reststoffe ist weltweit bislang ungel st und u E stehen auch perspektivisch keine Verfahren zur Verf gung um die Entsch rfung dieses Materials oder den sicheren Abschlu von der Biosph re ber geologische Zeitr ume zu gew hrleisten lt KO INSTITUT 1989b gt Als Intensit t f r den qualitativen Aspekt Reststoffe ist daher u E die h chste Gewichtung anzulegen f r Uran werden 4 angenommen Erneuerbare Energien Die regenerativen Energien verursachen mit Ausnahme der Materialien f r die Energiewandler keine sonstigen Reststoffprobleme Durch das auch aus energetischen Gr nden sinnvolle Recycling der Anlagenkomponenten ist der verbleibende sonstige Reststoffanfall im Vergleich zu den anderen Energiesystemen gering F r alle direkt solarbetriebenen sowie die Wind und Wasserkraft Anlagen wird daher beim qualitativen Aspekt Reststoffe weder eine positive noch eine negative Gewichtung das neutrales Intensit tssymbol 0 angesetzt Die Nutzung von Holz und Stroh ist ebenfalls mit keinen
381. owerten f hrt damit aber das Problem eher verschleiert als bewertbar macht lt HOLDREN 1982 1987 gt Beim Uran ist somit das besondere Gef hrdungspotential durch die Freisetzung gro er Mengen von Radioaktivit t durch Unf lle in Atomkraftwerken als Sonderaspekt zu nennen d h die M glichkeit zum Super GAU Erneuerbare Energien Im Gegensatz zu den vorstehend diskutierten Prim renergien weisen die Regenerativen ein sehr unterschiedliches Spektrum von qualitativen Sonderaspekten auf Solarenergie Neben den ber die Fl chen Inanspruchnahme vermittelten Umweltaspekten sind bei solargest tzten Energiesystemen wegen der relativ geringen Energiedichte je Wandler als besonderer qualitativer Aspekt die mit der Herstellung und Montage Wartung der Solarsysteme verbundenen Umwelteffekte relevant Diese lassen sich einerseits durch den Energieaufwand und die damit verbundenen Emissionen cha rakterisieren vgl Kapitel 2 4 und quantifizieren Andererseits werden aber Gef hrdungen der Besch ftigten durch spezielle Materialien Schwermetalle S uren sowie durch die Montage und Wartungs Arbeiten an exponierten Stellen ausgel st die sich von den Besch ftigungsrisiken bei der Herstellung anderer Energiesysteme unterscheiden Hinsichtlich dieses ber die Materialintensit t vermittelten Umweltaspekts gilt da l ngerfristig im Zuge der breiten Einf hrung von Solarsystemen sowohl die Herstellungs und Fertigungstechniken als auch deren
382. owohl durch Krankheit als auch durch vorzeitigen Tod bedingte verlorene Lebenszeit in dieser Ma einheit zusammengefa t werden im US amerikanischen Sprachgebrauch als environmental risks vgl lt RICCI ROWE 1985 gt vgl zur Kritik vor allem die Arbeiten der Energy and Resources Group in Berkeley lt ERG 1979 gt und des Heidelberger IFEU lt IFEU 1980 gt zum vielzitierten Inhaber Report lt INHABER 1978 gt Oko Institut GhK WZ III 213 GEMIS Die Ergebnisse zeigen aber auch daf auf dem Gebiet der Risikoforschung noch in erheblichem Umfang Untersuchungsbedarf und weitere Entwicklungen notwendig sind bevor Risikoaspekte als quantitatives Kriterium bei energiepolitischen Entscheidungen dienen k nnen zitn lt TH NE KALLENBACH 1988 gt S 793 794 Herv d Verf Die Autoren halten diese Einsch tzung auch in einer berarbeiteten Ver ffentlichung aufrecht lt KALLENBACH TH NE 1989 gt Die zitierten Einsch tzungen werden von uns geteilt mithin ist eine qualitative Einbeziehung der Risiken und m glicher Minderungen anstelle der Quantifizierung anzustreben Dieses Vorgehen wird auch dadurch begr ndet da die quantitative Einbeziehung von Gesundheitsrisiken mit energiespezifischen Faktoren zumindest bei der Arbeitssicherheit ignoriert da es f r die Beurteilung eher auf die Gesundheitsrisiken pro Besch ftigten ankommt als pro Joule lt HOLRDEN 1982 gt 4 2 3 Gesundheits und Unfallgefahren Das Risiko f r menschliches L
383. oze w rme genannt der bei 30 des Energiegehalts des terti ren Ols liegt lt EPA 1979 gt lt RADIAN 1976 gt F r die CO2 Injektion wird angegeben da die Kompressionsarbeit 0 75 MJ m3 CO2 betr gt entsprechend einem Hilfsenergiebedarf von rd 2 des Ol Outputs lt EPA 1979 gt lt RADIAN 1976 gt Oko Institut GhK WZ III 118 GEMIS GEMIS Daten zur Roh l F rderung F r 80 des Roh l aus den OPEC Staaten berwiegend Naher Osten rechnen wir in Anlehnung an unsere physikalische Absch tzung sowie WEC und ESSO mit einem Hilfsenergiebedarf von 0 1 bezogen auf den gef rderten Ol Energiegehalt F r 20 der F rderung sollen sekund re Techniken verwendet werden wof r ein h herer Hilfsenergiebedarf von 0 27 angesetzt wird vgl oben Bezogen auf die Gesamt F rderung sind dies somit 0 8 0 1 0 2 0 27 0 13 der gesamten gef rderten Energiemenge Bei einem mechanischen Wirkungsgrad der elektrischen Pumpen von 90 entspricht dies einem Strombedarf von 0 15 bezogen auf den Roh l Heizwert Wir gehen davon aus da f r 65 des Nordsee ls rd 0 5 der gef rderten Energiemenge als Brennstoff f r Pumpen usw aufzuwenden sind wobei diese Arbeit durch Gasturbinen bereitgestellt werden soll Der Einsatz solcher Aggregate wird wegen der gleichzeitigen Gasf rderung unterstellt Dies entspricht einem Hilfsenergiebedarf von rd 0 15 der gef rderten Roh l Energie F r weitere 35 des Nordsee ls unter
384. p DOE EP 0093 US Department of Energy Washington D C DOE 1988 Energy Technologies amp the Environment Environmental Information Handbook DOE EH 077 US Department of Energy Washington D C DOE 1989a Environmental Emissions from Energy Technology Systems The Total Fuel Cycle R L San Martin US Department of Energy paper presented at the OECD IEA Expert Seminar on Energy Technologies for Reducing Emissions of Greenhouse Gases 12 14 April 1989 Paris DOE 1989b Energy Systems Emissions and Materiel Requirements Meridian Corp prepared for US Department of Energy Washington D C D TZ FINKING SPREER 1984 Energie Umwelt Raumplanung rtliche und regionale Energiekonzepte als umweltpolitische Strategie in BFLR 1984 S 623 658 ECH 1986 Projektstudie Deponiegasnutzung Gelnhausen Hailer Energieconsulting Heidelberg Heidelberg Oko Institut GhK WZ III 15 GEMIS ECH 1987 Energiekonzept GieBen Energieconsulting Heidelberg Heidelberg EPA 1979 Energy from the West Energy Resource Development Systems Report EPA Office of Energy Minerals and Industry EPA 600 7 79 060e EPA 1985 Compilation of Air Pollutant Emission Factors Stationary Sources Environmental Protection Agency Washington D C ERG 1980a Environmental aspects of renewable energy sources Energy amp Resources Group University of California Report ERG 80 1 Berkeley ERG 1980b Environmental Aspects of Renewable Energy Sources in Ann Rev Energy
385. p em as m CU in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert 2 1 3 Emissionen von Heizsystemen f r Kohle Die Abgabe von Emissionen in die Atmosph re wird im folgenden fiir die verschiedenen fossilen Festbrennstoffe getrennt diskutiert da diese Energietr ger ein unterschiedliches Emissionsverhalten aufweisen Heizsysteme f r fossile Festbrennstoffe sind Einzel fen oder Kesselanlagen der Brennstoff wird meist in st ckiger Form Briketts in verschiedener Gestalt zugegeben Von der Verbrennungstechnik sind Durchbrandfeuerung Unterbrandfeuerung und Universal Dauerbrenner zu unterscheiden lt VDI 1979 gt Gr ere Feuerungen zur Versorgung von gro en Wohnanlagen Blockheizungen sind mit automatischer Brennstoffzufuhr und Entaschung ausger stet Sie verwenden i d R andere Tech nologien Rostfeuerung Wirbelschicht und werden n her im Abschnitt zur Kraft W rme Kopplung behandelt Die Verbrennungseigenschaften der fossilen Festbrennstoffe im Heizungsbereich werden wesentlich durch den Gehalt an Fl chtigen bestimmt Sofern keine Universal Dauerbrenner zum Einsatz kommen d rfen nach der 1 BImSchV nicht mehr als 18 Fl chtige Bestandteile enthalten sein um eine ausreichende Verbrennungsqualit t in den Anlagen zu gew hrleisten Weiterhin wird der Massengehalt an Schwefel auf 1 Gew begrenzt bezogen auf einen Heizwert Hu von 29 3 MJ kg Neben den unten diskutierten Emissionen treten beim Betrieb der Anlagen grunds tzlich au
386. pezifisch ver ndert und modifiziert werden um zu berpr fen inwieweit unterschiedliche Annahmen und Pr ferenzen die Beurteilung aus Umweltsicht beeinflussen k nnen Wichtig ist dabei jedoch da die ge nderte Parametersetzung offengelegt wird 5 1 Methodische Fragen der Umweltbewertung Im Rahmen des GEMIS Projekts wurden Grundfragen zum Umgang mit vergleichenden Aussagen zu Umweltaspekten aufgearbeitet und kritisch diskutiert Neben der Frage wie verschiedene Umweltaspekte aufeinander zu beziehen sind steht dabei die Bewertung dieser Aspekte im Zusammenhang mit Energieplanungen im Vordergrund des Interesses 5 11 Aggregation und Gewichtung Die in einigen Studien z T versuchte Aggregation verschiedener Umweltaspekte zu dimensionslosen Bewertungszahlen oder hnlichen Kenngr en wurde schon im Abschnitt A 2 kritisch diskutiert Nach unserer Meinung ist die Nicht Aggregation der Emissionen und anderer Umweltaspekte die dem heutigen Kenntnisstand angemessene Methode Oko Institut GhK WZ III 231 GEMIS Die Gewichtung der unterschiedlichen Schadstoffe ist u E in erster Linie Sache des Entscheiders so auch lt FURBOCK 1987 gt w hrend die Bearbeiter von Umweltanalysen nur Interpretationshilfen geben sollten Zur Unterst tzung der Meinungsbildung sind Informationen ber die Wirkungsweise und Bedeutung von Schadstoffe anzubieten vgl Kapitel E 2 Als weitere Unterst tzung sind Sensitivit tsanalysen anzusehen mit deren Hilfe d
387. pitel soll hierzu einige Grundlagen sowie Vorschl ge zum Umgang mit der Problematik anbieten vor allem Kapitel 5 1 2 Weiterhin werden Grundlagen fiir die Bewertung verschiedener Wirkungen von Umweltaspekten zusammengestellt um eine Einordnung und Gewichtung zu unterst tzen Kapitel 5 2 Dabei wird f r die qualitativ zu behandelnden Bereiche Fl chenanspruch Reststoffe Risiko und Mikro kologie eine prim renergie spezifische Gewichtung vorgenommen die in einem Bewertungsbild f r einzelne Szenarien zusammenflie t Dieses Bewertungsbild soll in Erg nzung zu den quantitativen Ergebnissen f r die Diskussion der einzelnen Szenarien und zur Unterst tzung der Entscheidungsfindung unter Umweltgesichtspunkten herangezogen werden Dar ber hinaus wird ein Hilfsmittel zur Interpretation von Umweltaspekten aus konomischer Sicht entwickelt vgl Abschnitt 5 3 Es sei ausdr cklich darauf hingewiesen da neben den quantitativen Anlagendatens tzen die als Kern der GEMIS Analyse angesehen werden k nnen und als solche m glichst objektiv abgeleitet wurden die in diesem Kapitel diskutierten Gewichtungen und Bewertungsaspekte einen zweiten Wertebereich aufspannen der notwendigerweise durch subjektive Setzungen und umweltpolitische Vorstellungen der Autoren gepr gt wird vgl Kapitel 5 1 Die von uns angegebenen Gewichtungen beruhen auf unseren Standpunkten und sollten im Gegensatz zu den harten Datens tzen durchaus ad hoc nutzers
388. pruch nahme u in die Monetarisierung eingerechnet werden Hierbei ist jedoch zu beachten da die o g quantifizierbaren und ggf auch monetarisierbaren Umweltaspekte in der Regel nennenswert nicht durch Einwirkungen von Energiesystemen sondern durch Verursacher au erhalb des eigentlichen Energiebereichs z B Landwirtschaft gepr gt sind 4 Entsprechende Arbeiten sind BNL 1984 MUSTACCHI ARMENANTE CENA 1979 BLOK HENDRIKS TURKENBURG 1989 KRAM OKKEN 1989 Oko Institut GhK WZ III 280 GEMIS Der von uns entwickelte Begriff der Verursacherintensit t als Ma f r die Entscheidungsrelevanz von Umweltaspekten vgl Kapitel 4 1 legt bei einigen dieser Aspekte nahe sie nicht im engeren Sinn zu wichtigen Umweltfragen der Energienutzung zu z hlen lt HOLDREN 1987 gt Wichtiger ist u E die Einbeziehung von qualitativen Aspekten wie der Gefahr gro er Unf lle Katastrophen oder der Gef hrdung von Tier und Pflanzenarten Da hierbei eine Monetarisierung schon an der Nicht Quantifizierbarkeit scheitert sollte der Vermeidungskosten Ansatz zumindest in der nahen Zukunft auf die Emissionen von Luftschadstoffen beschr nkt bleiben F r eine mittelfristige Weiterentwicklung sind unter dem Gesichtspunkt Verursacherintensit t u E die Umweltaspekte feste Reststoffe und Abwasser anorganische Salze relevant Beide Umweltaspekte lassen sich bei entsprechenden Vorarbeiten weitgehend quantifizieren und f r beide werden derzeit Vermeidu
389. puren auftreten F r Chlor ergaben Analysen Werte unter 30 ppm lt 0 003 Gew woraus sich ohne Asche Einbindung ein maximal m glicher Emissionsfaktor von rd 2 kg TJ ergibt Chlor wird zudem in der basischen Asche eingebunden soda die reale Freisetzung noch geringere Werte annehmen wird F r bliches naturbelassenes Holz kann der Halogengehalt u E vernachl ssigt werden Dies gilt nicht f r H lzer die mit halogenierten Kohlenwasserstoffen Flamm Pilz Schutzmittel etc behandelt wurden Da solche H lzer aber nicht als Restholz im Sinne der GEMIS Fragestellung angesehen werden k nnen sondern nach der 1 BImSchV nur in speziellen Anlagen eingesetzt werden d rfen bleibt eine entsprechende W rdigung hier au er Acht 14 Geringf gige Korrekturen aufgrund von Feuchteunterschieden die sich auf den Heizwert auswirken werden vom GEMIS Programm selbst durchgef hrt vgl Kapitel B 5 Oko Institut GhK WZ III 44 GEMIS Staub Anders als bei Strohfeuerungen vgl unten treten bei holzbefeuerten Anlagen wegen des geringen Aschegehalte von unter 0 5 Gew nur Rohgasstaubgehalte unter 1000 mg m bei 11 O auf Im EDS STANDARD wird angenommen daf die Heizanlagen so ausgelegt und betrieben werden da m glichst geringe Staubemissionen auftreten d h richtige Zuluftregelung und geregelte Brennstoffzufuhr bzw Pufferspeicher lt OMNI 1986b gt Damit k nnen auch ohne Entstaubungstechnik Reingaswerte unter 100 mg m3 einge
390. r 15 Vol O Gasbetriebene KWK Systeme Neben Kohle und Heiz l bzw Diesel wird in zunehmendem Ma e auch Erdgas in KWK Anlagen eingesetzt Dabei interessiert die Anwender besonders die weitgehende Freiheit des Gases von Schadstoffen wie SO2 Halogenen und Asche sowie die guten Verbrennungseigenschaften da dies Kosten f r Umweltschutzma nahmen erspart So k nnen auch kleinere KWK Systeme trotz emissionsarmen Betriebs konomisch interessante Bedingungen aufweisen Wie schon bei der Diskussion der Gas Heizanlagen dargestellt ist f r Erdgas in allen EDS ein SO Emissionsfaktor von rd 0 3 kg TJ und ein CO gt Emissionsfaktor von rd 55 t TJ zu unterstellen F r Halogene sowie Schwermetalle k nnen die Emissionen vernachl ssigt werden Zum Vergleich mit den Daten der folgenden Diskussion gibt die folgende Tabelle die Emissionsgrenzwerte nach den gegenw rtigen gesetzlichen Bestimmungen in der BRD wieder Tabelle 29 Grenzwerte f r Gas HKW nach TA Luft GFAVO 8 Oko Institut GhK WZ III 68 GEMIS Anmerkungen I bei 3 Vol O prim re NO Reduktion nach Stand der Technik gefordert 2 a 2 bei 5 Vol O 3 bei 15 Vol O prim re NO Reduktion nach Stand der Technik gefordert Technologie Spektrum Die Nutzungstechniken fiir Gas in KWK Systemen entsprechen denen fiir Heiz l Dampfturbinen HKW Wie bei Heiz l sind auch f r KWK Systeme auf Erdgasbasis konventionelle Feuerungsanlagen zur Bereitstellung von Da
391. r Anlage hl der Hilfsenergieanteil 1 bezogen auf die nachgefragte Energiemenge h2 der Hilfsenergieanteil 2 bezogen auf die nachgefragte Energiemenge k die Stromkennzahl der Anlage Somit wird bei der vorgelagerten Anlage eine Energiemenge von Q n nachgefragt Bei den Hilfsenergieanbindungen werden die Energiemengen von Q hl bzw Q h2 nachgefragt bei der Anbindung des Koppelproduktes wird eine Energiemenge von k Q gutgeschrieben Die Energienachfrage ist rekursiv wie ein Beispiel aus dem Bergbau zeigt das Steinkohlekraftwerk braucht Kohle die aus dem Bergwerk gef rdert wird Zur F rderung wird ein Teil des erzeugten Stroms als Hilfsenergie f r das Bergwerk eingesetzt Die Rekursion wird abgebrochen wenn entweder eine F rderanlage erreicht wird oder die zus tzlich nachgefragte Energiemenge kleiner ist als die ohnehin umgesetzte Energiemenge 2 5 2 Verbrennungsrechnung Im GEMIS Programm werden zur Bestimmung der Schadstoffabgaben von Energiesystemen sogenannte Emissionsfaktoren ben tigt Emissionsfaktoren beziehen sich auf die je Einheit Brennstoffw rme Heizwert emittierte Schadstoffmenge 3 Dies ist die bereitzustellende Energiemenge der vorgelagerten Proze stufe 4 vgl zur Gutschriftendiskussion n her Exkurs 1 in Kapitel B 1 Oko Institut GhK WZ III 183 GEMIS In den gesetzlichen Regelwerken f r die Luftreinhaltung GFAVO TA Luft 1 BImSchV werden dagegen Schadstoffbegrenzungen durchweg als Abgaskonzentrationswerte festg
392. r Materialemissionen die Ergebnisse stabil bleiben kann u E von einem gesicherten Resultat gesprochen werden Dabei mu f r die Stromerzeugung aus Atomkraftwerken beachtet werden da f r die vorgelagerten Emissionen bei der Bereitstellung von Uran Brennelementen mit den Emissionen des deutschen Grundlast Kraftwerksparks gerechnet wurde W rden die vorgelagerten Emissionen z B f r US amerikanische oder sowjetische Stromerzeugungssysteme betrachtet w ren die zurechenbaren Emissionen deutlich h her w hrend sich f r franz sische Bedingungen geringere Werte erg ben Die GEMIS Daten f r die CO2 Emissionen von Stromsystemen stehen in guter bereinstimmung mit neuesten Arbeiten aus dem Ausland die ebenfalls die Einbeziehung der vorgelagerten Proze ketten in die Emissionsbilanz versuchen 4 Es gelten aber die Einschr nkungen die in der vorstehenden Fu note genannt wurden dh nur solche Vergleiche sind zul ssig die die Lastbereiche der KWK Anlagen beachten 5 vgl lt DOE 1989a b gt und lt KRAM OKKEN 1989a b gt Literatur zu Kapitel 4 3 Oko Institut GhK WZ III 204 GEMIS 4 Weitere Umweltaspekte Im GEMIS Projekt interessieren ber die quantifizierbaren Umeltaspekte von Energiesystemen hinaus auch solche die sowohl quantitativ als auch qualitativ oder auch nur qualitativ gefa t werden k nnen Mit dieser Unterscheidung wird einerseits Exaktheit dort erreicht wo eine entsprechende Datengrundlage vorhanden ist es wir
393. r hydrogen plants in Int J Hydrogen Energy vol 9 1984 no 6 S 491 500 WAGNER 1978 Der Energieaufwand zum Bau und Betrieb ausgew hlter Energie versorgungstechnologien Bericht 1561 J lich WAGNER 1979 Anhaltszahlen f r den Materialbedarf Unterlage f r die Enquete Kommission Zuk nftige Kernenergie Politik vom 16 11 1979 WAGNER 1986 Fernw rme energetisch betrachtet in Energiewirtschaftliche Tagesfragen vol 36 1986 H 11 S 882 888 WAGNER TUROWSKI 1977 Die Nettoenergiebilanz zur Feststellung der Energie konomie von Energietechnologien in Die Entwicklungsm glichkeiten der Energiewirtschaft in der BRD Spezielle Berichte Nr 1 Bd II J lich WAGNER TUROWSKI 1979 Energetische Analyse von Sonnenenergieanlagen W rmepumpen und verbesserter W rmed mmung in Einfamilienh usern BMFT Forschungsbericht T 79 101 Bonn WEC 1986 Energy consumption in industrial processes aluminium cement glass pulp paper steel sugar World Energy Conference Monograph 1986 London WINTER NITSCH 1986 Wasserstoff als Energietr ger Berlin Oko Institut GhK WZ III 181 GEMIS 2 5 Der Algorithmus in GEMIS Ohne zu sehr in die programmtechnischen Einzelheiten einzusteigen sollen im folgenden die wesentlichen Zusammenh nge bei der Erstellung der Energie und Emissionsbilanzen durch das GEMIS Programm dargestellt werden F r die Nutzung des Programms wird ein eigenes Handbuch erstellt dem weitere Einzelheiten und insbesondere Bedienungsh
394. r verschiedene Rahmenannahmen ber die Emissions und Brennstoffeigenschaften treffen Dies gilt in erster Linie f r die bertragung der ausl ndischen Daten auf deutsche Anlagen F r die Definition von Standard Emissionsdatens tzen k nnen allenfalls relativ neue Studien aus dem deutschen Sprachraum dienen in denen die durch gesetzliche Regelungen zu erwartenden Emissionssenkungen beachtet wurden Hinsichtlich der energetischen Kenngr en konnten zumindest Bereiche von Werten erkannt werden die f r eine Datenbasis genutzt werden k nnen 4 Eine im Fr hjahr 1989 ver ffentlichte Studie verfolgt f r ausgew hlte Energiesysteme in den USA eine dem GEMIS Projekt hnliche umfassende Fragestellung lt DOE 1989a b gt konnte aber im Rahmen der Projektlaufzeit nur von ihren Ergebnissen her in die Arbeit einbezogen werden Oko Institut GhK WZ III T GEMIS 1 2 2 Schlu folgerungen aus den Konzeptanalysen Die untersuchten Energiekonzepte zeigen hinsichtlich der Eimbeziehung von Umweltaspekten die folgenden Gemeinsamkeiten als wesentlichster Umweltaspekt werden die Luftschadstoff Emissionen angesehen andere Aspekte werden wenn berhaupt nur qualitativ betrachtet die aus den Emissionen resultierenden Schadstoff Immissionen werden wenn berhaupt ebenfalls nur qualitativ diskutiert e die Emissionen werden auf nutzenergiebezogene Werte umgerechnet wobei mehrheitlich zwischen lokaler und tiberregionaler Bilanz differenziert wi
395. rd eine ber die vergleichende Bilanzierung hinausgehende Aggregation der Emissionen ist die Ausnahme e die nutzw rmebezogenen Emissionen von Kraft W rme Kopplungs Systemen werden durch eine Stromgutschrift auf die W rmeseite normiert die Stromgutschrift erfolgt iiberwiegend auf der Basis eines Steinkohle Kondensations Kraftwerk dessen energetische und emissionsseitige Auslegung allerdings in den Konzepten erheblich differiert e die Datenbasen der Studien sind berwiegend aus allgemeinen Untersuchungen vor allem den BMFT Parameterstudien bernommen die Emissionsdaten f r unkonventionelle Systeme z B Biogas sind oft unrealistisch gew hlt die energetischen Kenndaten die zur Berechnung von nutzenergiebezogenen Werten ben tigt werden sind nur in wenigen F llen dokumentiert e die Einbeziehung vorgelagerter Proze stufen erfolgt bislang selten Schlie lich ist in keinem untersuchten Konzept der Versuch erkennbar eine kologische Optimierung der vorgeschlagenen Ma nahmen vorzunehmen Ziel der Umweltanalysen ist meist die Schadstoffeinsparung einer Ma nahme oder eines Szenarios gegen ber einer anderen Konzeption zu belegen bzw die Senkung der jetzigen Belastung durch die vorgesehenen Ma nahmen aufzuzeigen wobei die Ma nahmen Szenarien selbst unabh ngig von Umweltaspekten unter technisch kono mischen Gesichtspunkten entwickelt wurden Die Einbeziehung der Umweltaspekte erfolgt somit durchweg nach der konzept
396. re N tzlichkeit ist wegen des fiktiven Charakters der gefundenen Preise aber umstritten lt RUBIK 1985 gt Die zweite Methode wird vor allem indirekt verwendet um den Preis menschlicher Gesundheit und besonders des menschlichen Lebens zu ermitteln So k nnen z B Risikozuschl ge auf die Entlohnung in besonders gesundheitsgef hrdeten Berufen als Ma f r den Geldwert der Gesundheit herangezogen werden lt ECO 1981 gt Auch dieser Ansatz ist sowohl in der direkten Befragungsform wegen der Fiktivit t als auch in der indirekten statistischen Form wegen des Unterschieds zwischen Statistik und Einzelschicksal umstritten lt SHUMAN CAVANAGH 1982 gt Da diese Methodik f r die hier vorrangig interessierende Preisfindung bei Umweltg tern nicht relevant ist Einzelne k nnen Umweltg ter mangels Besitztitel auch hypothetisch nicht verkaufen und wir methodische Bedenken gegen den Ausverkauf solcher G ter haben werden willingness to sell rsp to pay im folgenden nicht weiter diskutiert vgl dazu lt LEPRICH FRITSCHE 1989 gt Die Methoden 3 und 4 lassen sich nicht eindeutig trennen da die Schadenskosten oft nur indirekt ber Kompensationen ausgedr ckt werden A 2 3 Offene Grundprobleme der Monetarisierung Wird als prinzipielle Einschr nkung akzeptiert da Monetarisierungen nicht alle Umweltaspekte betreffen k nnen so greift die oft ge u erte Kritik nicht alles habe seinen Preis wohl aber einen Wert nur in Hinblick auf d
397. ren f r Heiz l EL Feuerungen We ree Se 0 TCM NO en roms TE Anmerkungen D Begrenzung der Ru zahl auf 1 2 prim re NOx Reduktion nach Stand der Technik gefordert 8 Eine n here Darstellung der Umrechnung zwischen Abgaskonzentration Sauerstoffgehalt und Emissionsfaktoren gibt Kapitel 2 5 Oko Institut GhK WZ III 21 GEMIS Die folgende Tabelle zeigt Beispiele fiir Emissionen verschiedener Olfeuerungen die im Rahmen unserer Auswertung herangezogen wurden Tabelle 4 Emissionen von Heiz l EL Feuerungen mittlere Angaben bezogen auf Brennstoff Heizwert Typ Leistung Staub co C H NO Quelle A E AP fs IMA atmosph Brenner lt 190 J ssjammapriog6 Gebl se Bremner_ lt 50 33 jmaBBERIO86 Gebl se Bremner_ lt 75 s _ 49 BREMERI9 86 Raketen Brenner lt so 1 00 38 BUSCH 1986 Raketen Brenner 18 00 2 FICHTNER 86 typischer Kessel lt 50 20 vo S DFVERI984 bester Kessel lt so to Hl gt sinrvirs O Kessel1976 lt so J Hl se 53 wBsH8O 36363 pop sol aa soj wess 7 2 ml een oo nl alu Schwefeldioxid F r Heizsysteme unter 1 MWth Feuerungsw rmeleistung kommt nach der 1 BImSchV allein leichtes Heiz l HEL als Brennstoff zum Einsatz Nach der 3 BImSchV darf HEL ab Mai 1988 nur noch maximal 0 2 Gew Schwefel enthalten Bei einem Heizwert von 42 8 MJ kg ergibt sich hieraus ein Emissionsfaktor von rd 93 kg TJ Brenns
398. ren kann durch die Entstickung mit SCR Technik eine Minderung von 80 erzielt werden wobei aber erhebliche Kosten f r die NH3 Lagerung sowie Me und Regeltechnik entstehen Wir gehen f r den EDS STANDARD davon aus da kleinere Diesel BHKW unter 5 MWth ohne SCR DeNO betrieben werden womit sich bei optimierten Motoren Werte um 3750 mg m rsp 1200 kg TJ erreichen lassen Bei gr eren Dieselmotoren dagegen wurde in verschiedenen Genehmigungsverfahren schon gefordert Reingas NO Werte von 800 mg m einzuhalten was durch SCR Entstickung mit 80 Reduktion m glich ist Dies entspricht einem Emissionsfaktor von 258 kg TJ Oko Institut GhK WZ III 66 GEMIS Ru bzw Staub Emissionen werden nach der TA Luft auf 130 mg m begrenzt wobei der Stand der Technik hinsichtlich weitergehender Minderung zu beachten ist Fiir kleinere Dieselmotoren ist u W derzeit noch nicht von Genehmigungsbeh rden gefordert worden Ru filter einzusetzen Daher gehen wir im EDS STANDARD vom Grenzwert aus womit sich ein Staub Emissionsfaktor von 42 kg TJ ergibt F r gr ere Diesel BHKW dagegen wurden Minderungen von 50 gefordert woraus ein Staub Emissionsfaktor von 21 kg TJ resultiert F r den EDS BEST sind NOx optimierte gro e Anlagen ber 5 MWth zu unterstellen die ausgehend von einer motorseitigen NO Rohgasbeladung von 3000 mg m durch eine 85 Reduktion mittels SCR Reingaswerte von 450 mg m erreichen dies entspricht einem Emissionsfaktor von 145 k
399. rer Hilfsbereitschaft zum GEMIS Projekt beitrugen Unser besonderer Dank gilt den folgenden Personen Peter Beck Gabriele Purper Klaus Michael Aribert Peters Franz Puder Michael Rentz Die Verantwortung f r die Projektergebnisse sowie f r die Schlu folgerungen und Perspektiven der GEMIS Arbeiten liegt allein bei den Projekt Bearbeitern Darmstadt Kassel im August 1989 Die Autoren I ua Forschungsstelle f r Energiewirtschaft M nchen 2 Audubon Society New York Bonneville Power Administration Portland OR California Energy Commission Sacramento CA California Air Resources Board Sacramento CA Energy and Resources Group Berkeley CA Natural Resources Defense Council San Francisco CA OECD Environment Directorate Paris Seattle City Light Seattle WA US Department of Energy Washington D C US Environmental Protection Agency Washington D C 3 Arbeitsgemeinschaft Fernw rme Bundesverband der deutschen Gas und Wasserwirtschaft Centrale Marketinggesellschaft der deutschen Agrarwirtschaft Gesamtverband des deutschen Steinkohlenbergbaus Institut f r wirtschaftliche lheizung Mineral lwirtschaftsverband Vereinigung Deutscher Elektrizit tswerke Oko Institut GhK WZ III iv GEMIS Inhaltsverzeichnis Seite Vorbemerkungen essen ai 1 Danksagung unse in and NN ensure L I A O nern 2 1 2 Stand der Einbeziehung von Umweltaspekten zu Projektbeginn 2442200 een 4 1 3 Abgrenzung der Fragestellung des GEMIS Proje
400. rf VDI 1984b Beeinflussung der Schadstoffemissionen bei der Holzverbrennung in Zentralheizkesseln Fortschr Ber VDI Z Reihe 15 Nr 31 D sseldorf Oko Institut GhK WZ III 93 GEMIS VDI 1984c Umweltschutz bei der kommunalen Energieversorgung VDI Bericht 543 Diisseldorf VDI 1985 Katalytische und thermische Verfahren der Abgasreinigung VDI Bericht 525 D sseldorf VDI 1986 Wirbelschichtfeuerungen VDI Bericht Diisseldorf VDI 1986a Umsetzung der TA Luft bei Energieanlagen VDI Bericht 622 Diisseldorf VDI 1986b Emissionsminderung bei Heizanlagen VDI Bericht Nr 623 Diisseldorf VDI 1987a Blockheizkraftwerke Stand der Technik und Umweltaspekte VDI Bericht 630 Diisseldorf VDI 1987b Dioxin Kolloquium Mannheim VDI Bericht 634 D sseldorf VDI 1988 Rauchgasreinigung SO2 NOx kologische wirtschaftliche und technische Aspekte VDI Bericht 667 Diisseldorf VESTERINEN 1985 Emissions from the small scale combustion of wood and peat R Vesterinen in BioEn84 Vol I p 376 390 VIJIL ET AL 1985 Fluidised bed combustion a comparison between biomass and coal in BioEn84 Vol IV p 113 118 VGB 1985 Messung der Schwermetallabscheidung einer Rauchgasentschwefelungsanlage nach dem Kalksteinwaschverfahren VGB TW 303 Essen VGB 1987 Kraftwerk und Umwelt 1987 Vortragsband zur VGB Konferenz Essen WEISHAUPT 1985a Saubere Umwelt durch Ol und Gas Fa Weishaupt Schwendi WEISHAUPT 1985b Saubere Umwelt durch Ol und Gas Sympos
401. rfran smaskalig eldning av flis och ved Bericht SNV PM 1331 Solna SNV 1987 Fastbr nsleeldada anl ggningar 500 kW 10 MW Statens Naturvardsverket Allm nna rad 87 2 Solna SRU 1987 Umweltgutachten 1987 Sachverst ndigenrat fiir Umwelt Stuttgart Mainz STAUB 1985 Dokumentation Rauchgasreinigung in Staub vol 45 1985 no 9 Sonderteil Oko Institut GhK WZ III 92 GEMIS STELLBRINK 1988 pers nl Mitt von Kraftwerksdirektor Stellbrink ber die Emissionen der REA von Staudinger Block III bei der Anh rung zum Kraftwerk Staudinger Block V am 25 11 1988 in Gro Krotzenburg STREHLER 1984 Die Trocknung von Holzhackschnitzeln Landtechnik Weihenstephan Freising Vortragsmanuskript STREHLER 1987 pers Mitt von A Stehler Landtechnik Weihenstephan 6 10 1987 SSF 1985 Forsynings Katalog 85 Styregruppen Forsyningskatalog Stockholm TABASARAN 1987 Ein Gesamtkonzept zur umweltgerechten Rauchgasreinigung in M llverbrennung und Umwelt 2 Thom Kozmiensky Berlin S 727 731 THOME KOZMIENSKY 1985 Miillverbrennung und Umwelt Berlin TILLMAN ROSSVKITTO 1981 Wood combustion New York TRIVETT ET AL 1982 Fluidized bed combustion on the domestic scale in RSF 1982 p 912 923 TUM 1981 _Emissionsuntersuchungen an Strohverbrennungsanlagen R Meixelsper ger A Strehler R W rle TU Miinchen in Staub Reinhaltung der Luft vol 41 1981 Nr 6 S 199 203 TUM 1984 Verfeuerung von Stroh als Briketts in Kleinanlagen Hausbrand und
402. rgien Die f r die verschiedenen Prim renergien und Parameter ermittelten Indizes werden grafisch so berlagert da negative und positive Effekte sichtbar bleiben Neben den o g Indizes wird f r jede Prim renergie ein Sonderaspekt mitgef hrt der solche Aspekte kennzeichnet die nur durch die jeweilige Prim renergie bedingt sind3 Der Sonderaspekt der Prim renergie die je Szenario den gr ten Anteil hat wird in der Ergebnisdarstellung ausgewiesen 2 5 6 Literatur zu Kapitel 2 5 BOIE 1964 Verbesserung der vereinfachten Verbrennungsrechnung durch neue Brennstoffkenngr en in Brennstoff W rme Kraft vol 16 1964 Nr 3 5 127 130 BRANDT 1981 Brennstoffe und Verbrennungsrechnung FDBR Fachbuchreihe 1 Essen BRAUN ET AL 1986 Emissionen bei Strohfeuerungen Forschungsberichte 1 86 Bundesministerium f r Gesundheit und Umweltschutz ed Wien CERBEET AL 1981 Grundlagen der Gastechnik M nchen Wien FICHTNER 1986 Schadstoffbewertung der Heizsysteme Reihe rtliche und regionale Energieversorgungskonzepte Band 10 Bonn LEIBROCK 1979 Erdgas Kennzahlen Verbrennungskontrolle in W rme Bd 85 Heft 2 S 36 41 LEIBROCK 1982 Braunkohle Kennzahlen Verbrennungskontrolle in Braunkohle vol 34 1982 Heft 11 S 380 384 LEIBROCK 1983 Kennzahlen und Verbrennungskontrolle von Heiz l S und EL in W rme Bd 89 Heft 2 S 31 34 LEIBROCK 1984 Kraftwerksfeinkohle Kennzahlen Verbrennungskontrolle in W rme Bd 90
403. riffen werden mu vgl Kapitel B 3 ist u E nicht von einer Erh hung dieses Gefahrenaspekts auszugehen Bedingt durch die zuk nftig zumindest anteilm ig steigenden F rdermengen aus dem offshore Bereich wird jedoch die Unfallgefahr gegen ber der Onshore F rderung durch ung nstigere Wetterverh ltnisse sowie die erschwerten Bedingungen f r Wartung und Katastrophenhilfe zunehmen Ob dies durch verbesserte technische Sicherungsma nahmen kompensiert werden kann ist offen lt CEC 1983 gt Gesundheits und Unfallgefahren sind wegen der Explosibilit t von Erdgas auch bei den Proze stufen Transport Pipelines Speicherung Drucktanks Salzkavernen und Nutzung Hausanschl sse durch Leckagen m glich Im Zuge des Einsatzes von leckarmen Verteilsystemen R ckschlagsicherungen in der Unterverteilung und bei bergabestellen sowie der besseren Verf gbarkeit von Leitungspl nen z B durch digitalisierte Kartenwerke wird dieses Gefahrenpotential reduziert weren k nnen 6 Dieser Aspekt wird im GEMIS Projekt nicht quantitativ ber cksichtigt 7 Durch das freigesetzte CO2 werden aber andere Umweltwirkungen verursacht vgl Kapitel E 2 Oko Institut GhK WZ III 215 GEMIS Durch in Erdgas und Erd l enthaltene Radionuklide insb Edelgase ist beim heutigen Kenntnisstand zumindest f r die BRD keine signifikante Gesundheitsgef hrdung der Besch ftigten im Bereich F rder Aufbereitung sowie der Nutzer zu erwarten BMUR 1988 PTB 1985 P
404. rim renergie Uran Die Gesundheitsgefahren bei der Gewinnung und Nutzung von Uran sind in erster Linie durch die Freisetzung von Radioaktivit t bedingt Bei der F rderung von Uran im Tief und Tagebau werden die Besch ftigten Radon Gas und Folgeprodukten ausgesetzt wobei sich diese Exposition zwar mindern aber nicht verhindern l t Auch bei den anderen Stufen der Proze kette Uranmine gt Atomkraft werk sind Besch ftigte radioaktiver Niedrigstrahlung ausgesetzt Entsprechend des heutigen internationalen Diskussionsstandes kann von keinem Schwellenwert f r die meisten Gesundheitsfolgen insbesondere Krebs ausgegangen werden Klassische Unfallgefahren treten bei der F rderung von Uran im Tiefbau in geringerem Umfang auf als beim Kohlebergbau da die Uranminen wesentlich weniger durch Schlagwetter explosive CO CH4 O2 Gemische gef hrdet sind Auch bei der Verarbeitung von Uran entlang der Proze kette treten zwar typische Unfallgefahren auf die jedoch wegen der Sicherheitsvorkehrungen in Bezug auf Freisetzung von radioaktivem Material eher geringer sind als in anderen Industriebranchen Auf einen u E wesentlichen aber anders gelagerten Risikoaspekt der Urannutzung wird noch einzugehen sein vgl Abschnitt 4 2 5 Erneuerbare Energien Die Nutzung von regenerativen Energien f hrt beim Betrieb in der Regel zu keinen signifikanten Auswirkungen auf Risiken f r die Gesundheit oder Besch ftigte zur Herstellung vergl Kapitel 5 2 5
405. rium Die erfolgte Einschr nkung auf Netto Belastungen hei t da die Bilanz von Eingriff Belastung Minderungsma nahmen und ggf positiven Effekten f r die Einstufung interessiert Oko Institut GhK WZ III 263 GEMIS A 1 1 Hohe Belastung High impact AE OO 3 ON Ce ag SZ ea ee rs gt a Netto Beeinflussung von wandernden Fischspezies Netto Beeinflussung gef hrdeter Tier und Pflanzenarten negative Beeinflussung einzigartiger Ressourcen z B unber hrten Gebieten wilderness Errichtung der Anlagen in gesch tzten Gebieten Beitrag zu sauren Niederschl gen potentiell signifikante Karzinogene mutagene oder teratogene Einwirkungen signifikante thermische Belastung ber Grenzwert f r sensible Spezies Gew sserkontamination M glichkeit zu nicht akzeptablen katastrophalen Ereignissen Sonder Gift Abf lle f r die keine kologisch akzeptable Entsorgungsl sung vorliegt Grund f r internationale Konflikte signifikante Ver nderungen des Gew sserregimes z B Entw sserung Verlust wichtiger arch ologischer oder kultureller Ressourcen A 1 2 Mittlere Belastung High moderate impact RE EN RD 11 12 Bodenerosion Versalzung jegliche negative Beeinflussung andromischer Fischspezies Netto Auswirkungen auf Lebensr ume von empfindlichen Tierarten Anlagenstandort in sensiblen Arealen thermische Belastung lt Grenzwert ab dem Spezies beeintr chtigt werden Entfernen der Vegetation auf nennenswert
406. rketinggesellschaft der deutschen Agrarwirtschaft Bonn CONCAWE 1986a Sulphur dioxide emissions from oil refineries and combustion of oil products in western europe 1985 CONCAWE report 10 86 Den Haag CONCAWE 1986b Measured data on NOx emissions in european refineries CONCAWE report 6 86 Den Haag Oko Institut GhK WZ III 163 GEMIS CONCAWE 1986c Volatile organic compounds emissions an inventory for western europe CONCAWE report 2 86 Den Haag CONCAWE 1987 Volatile organic compounds emissions in western europe control options and their cost effectiveness for gasoline vehicles distribution and refining CONCAWE report 6 87 Den Haag DACH 1988 pers nl Mitt von Herrn Dach Gesamtverband des Deutschen Steinkohlebergbaus vom Mai 1988 DECHEMA 1987 A Study for the Generation Inter Continental Transport and Use of Hydrogen as a Source of Clean Energy on the Basis of Large Scale and Cheap Hydro Electricity DECHEMA Frankfurt DOE 1983 Energy Technology Characterizations Handbook Environmental Pollution and Control Factors 3rd edition Aerospace Corp DOE EP 0093 DOE 1988 Energy Technologies amp the Environment Envrionmental Information Handbook US Department of Energy report DOE EH 077 Washington D C DOE 1989a Environmental Emissions from Energy Technology Systems The Total Fuel Cycle R L San Martin US Department of Energy paper presented at the OECD IEA Expert Seminar on Energy Technologies for Reducing Em
407. rn Zyklone ist somit im EDS BEST von einem Staub Emissionsfaktor von 34 kg TJ auszugehen bei gr eren Feuerungen mit Gewebefilter dagegen von 5 kg TJ CO und Kohlenwasserstoffe CnHm PAH Die Umweltprobleme bei der Verbrennung von Holz liegen nicht bei den klassischen Emissionen von SO2 oder NOx sondern bei den aufgrund unvollst ndiger Verbrennung entstehenden organischen Verbindungen die z T kanzerogene Wirkungen aufweisen lt COOPER 1980 gt lt IVD 1988 gt lt KOENIGET AL 1988 gt Im Vergleich zu anderen W rmebereitstellungssystemen k nnen Holzheizsysteme erheblich h here Emissionen an CnHm und PAH verursachen Die letztgenannte Stoffgruppe wird bevorzugt an Feinst uben adsorbiert und angereichert die lange atmosph rische Verweildauern zeigen und zudem direkt lungeng ngig sind Holzfeuerungen emittieren St ube mit Gr enklassenmaxima unter 1 um lt IFE 1988 gt soda deren Abscheidung besonders wichtig ist lt KOENIG ET AL 1988 gt Oko Institut GhK WZ III 45 GEMIS Das Entstehen der CnHm und PAH bei unvollst ndigen Verbrennungsabl ufen ist mittlerweile gut untersucht Entscheidende Parameter zur Minimierung dieser Stoffe sind Brennstoffeuchte und zufuhr Luftzufuhr Verbrennungstemperatur Verweilzeit Geschichte sowie die Feuerraumbelastung Die Emissionen an CO stellen hierbei einen Indikator fiir das Auftreten nicht aber die Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe dar Bei der Verwendung von Holz als Brenns
408. rschiedene Hersteller bieten auch f r kleine Feuerungen Reinigungssysteme an die mehr als 50 Minderung erreichen lt ENERGIE 1985 gt Dies sind einerseits vereinfachte Na w schen die bis ber 90 Entschwefelung erreichen k nnen andererseits kommen auch die oben diskutierten QT REA in Frage Werden Gewebefilter zur Entstaubung eingesetzt und Teile der Flugasche rezirkuliert lassen sich auch trockene REA T REA einsetzen Bei diesen Verfahren wird in basisches Additiv wie Ca OH direkt in das Rauchgas eingeblasen und reagiert hier sowie auf dem Filterkuchen des Gewebefilters mit SO und Halogenen Werden besonders reaktive Sorbentien wie NaHCO3 eingesetzt sind Abscheideraten ber 90 zu erreichen lt SCHOJAN 1986 gt Die Wiederaufheizung der Reingase bei den einfachen Na w schen ist nach der TA Luft nicht zwingend vorgesehen Daher kann hier bei ausreichender Tropfenabscheidung auch kaltes Abgas abgeleitet werden Die quasitrockenen und trockenen Systeme k nnen wegen ihrer ausreichend hohen Arbeitstemperaturen ganz auf eine Wiederaufheizung des Reingases verzichten Die Abscheideraten dieser Verfahren werden daher nicht weiter gesenkt Aussagen zu gesichert erreichbaren SO Abscheideraten sind bei allen Na w schen z Zt noch nicht m glich Werte um 90 scheinen aber realistisch Quasitrockene REA und trockene Verfahren mit reaktiven Sorbentien liegen ebenfalls in diesem Bereich soda auch hier eine 90 SO Abscheidun
409. rteinrichtungen wurde versucht einen Indikator f r die Fl cheninanspruchnahme zu bilden der einen Vergleich zwischen den verschiedenen leitungsgebundenen Systemen erm glichen soll Auf die Ermittlung der verwendeten Werte wird in Anschlu an den n chsten Abschnitt eingegangen Noch eine Bemerkung zur Terminologie In den folgenden berlegungen wird nicht systematisch zwischen Fl chenbedarf Fl chenverbrauch oder Fl chenbeeintr chtigung unterschieden Erst eine differenziertere Betrachtung als sie bislang im Zusammenhang mit GEMIS erfolgte kann die Grundlagen f r eine Unterscheidung der einzelnen Begriffe geben Daher wird im folgenden generell der Terminus Fl cheninanspruchnahme verwendet Fl cheninanspruchnahme als qualitativer Aspekt Wie eingangs erl utert haben wir die Fl cheninanspruchnahme von Energiesystemen sowohl den quantitativen als auch den qualitativen Aspekten zugerechnet da hierbei verschiedene Arten der Beeintr chtigung unterschieden werden m ssen Die quantitativen Angaben ber die Kerngebiete der Anlagen werden neben Emissionen und Reststoffen in der Bilanzierung ber cksichtigt vgl die Ergebnisdarstellung in Kapitel 7 Die dar ber hinausgehende Fl cheninanspruchnahme z B ber ben tigte Schutzzonen und gro fl chige Ver nderungen des Landschaftsbildes werden dann anschlie end in einer qualitativen Betrachtung mit in die Bewertung einbezogen hnlich wie dies f r die Aspekte Risiko Mikro kolog
410. rten Emissionen auch den sogenannten Materialpfad lt GASSERT 1988 gt zu ber cksichtigen Dies gilt insbesondere f r die regenerativen Energiesysteme die keine direkten und nur sehr geringe vorgelagerte Emissionen aufweisen soda ihre emissionsseitige Umweltwirkung berwiegend durch den Materialbedarf zur Herstellung bestimmt wird Die Umweltaspekte der Herstellung von Energiewandlern k nnen als materialbezogene Emissionswerte auf die w hrend der Lebensdauer bereitgestellte Energie umgelegt werden vgl unten und sind dann direkt mit den anderen Emissionen vergleichbar Hierbei wird unterstellt da die Emissionen bei der Herstellung entfallen wenn ein Energiesystem nicht installiert wird Diese Annahme steht in bereinstimmung mit dem Konzept nur jeweils neue Energiesysteme miteinander zu vergleichen also ggf zu bauende Anlagen Da dennoch ein Unterschied zwischen den direkten brennstoffnutzungsabh ngigen Emissionen und den materialbezogenen Schadstoffabgaben besteht werden sie getrennt im GEMIS Modell ausgewiesen wie es auch f r die vorgelagerten Emissionen der Brennstoffbereitstellung geschieht Die materialbezogenen Emissionen werden durch vier Parameter bestimmt der mit der Herstellung eines Materials verbundene Energieaufwand und die zugeh rige Schadstoffmengen die Material Zusammensetzung der Energiewandler Materialvektor die j hrliche Energieproduktion der Energiewandler Funktion von Leistung und Ausl
411. rung auf den Ergebnissen einer quantitativen Analyse der Umweltaspekte verschiedener Energiesysteme soda ein oder zwischen der puren Umweltanalyse und monet ren Betrachtungen nicht vorliegen kann Die Bedeutung der Monetarisierung liegt vielmehr darin f r die Gesamtentscheidung ber Energiesysteme bei der konomische Kriterien bislang dominant waren eine Aggregationsstufe anzubieten und so den Entscheidern eine Interpretationshilfe zwischen konomie und kologie zu geben Neben der methodischen Diskussion wurde auch die Datengrundlagen f r Monetarisierungen untersucht da letztlich auch der beste Ansatz an fehlendem oder ungen gendem Daten Fundament scheitern kann Im Anhang 2 sind die im Rahmen des GEMIS Projekts durchgef hrten Arbeiten zur Monetarisierung zusammengefa t wobei auch die o g kritische Analyse vorhandener Ans tze und die Datendiskussion einbezogen sind Eine weiterf hrende Darstellung gibt die Literatur lt OKO INSTITUT 1989c gt Schlu folgerungen f r die Umweltbewertung Wie im Anhang 2 n her ausgef hrt K nnen bestimmte Umweltaspekte in Geldgr en umgerechnet werden wobei als klassische Methode die mit einem Umweltaspekt verbundenen Sch den als Kostengr e dienen Schadenskosten Ansatz der im GEMIS Projekt verfolgte Ansatz dagegen den Vermeidungsaufwand als Kosten verwendet Vermeidungskosten Ansatz Beim Schadenskosten Ansatz f hren offene Fragen hinsichtlich der einzubeziehenden Umweltaspekt
412. rung von St ckholz frei Haus enth lt Die folgende Tabelle zeigen die berechneten Werte Tabelle 145 Kenndaten der Proze kette Holz frei Haus Emissionsfaktoren kg TJ Endenergiel Holz Hackschnitzel Die Verarbeitung von Restholz zu Holz Hackschnitzeln HHS ist mittlerweile auch in der BRD eingefiihrt lt CMA 1982 gt lt KTBL 1983 gt Es existieren Nutzergemeinschaften die gemeinsam einen Hacker betreiben lt KTBL 1985 gt Weiterhin werden HHS auch kommerziell von Unternehmen als Brennstoff angeboten allerdings werden diese aus Schwachholz Sortimenten gewonnen und nicht aus Restholz Die Lagerung Trocknung von HHS wurde mittlerweile ebenfalls in der BRD untersucht lt STREHLER 1984 gt wobei ausreichende Erkenntnisse zur Vermeidung von Umweltproblemen Staub und Pilzbildung vorliegen Gewinnung von HHS Die Gewinnung von HHS ist einerseits mit dem Transportaufwand behaftet der zur Anlieferung der Biomasse an einer Hackstation erbracht werden mu Die FFE rechnet f r den Restholz Transport vom Wald zum Hacker und von dort zu einem Lagersilo mit rd 1 Brennstoffbedarf bezogen auf den Hackschnitzel Heizwert gibt allerdings keine Transportdistanz an lt FFE 1983 gt Wir unterstellen wie bei der St ckholznutzung als obere Grenze ein Radius von 50 km f r das Einzugsgebiet damit ergibt sich f r den Lkw Antransport ein Treibstoffbedarf von rd 0 5 des transportierten Holz Heizwerts s St ckholz Lkw Oko Institut Gh
413. s m glichst repr sentativ f r den jeweiligen Anlagentyp sein andererseits ist aber auch ein entsprechender Datenhintergrund zur Beschreibung des Systems erforderlich um eine vollst ndig synthetische Definition der Modellanlagen und damit ggf Realit tsferne zu umgehen Als Basis f r die GEMIS Daten wurde eine Literaturanalyse durchgef hrt bei der sowohl systematische Studien als auch Einzelarbeiten aus dem In und Ausland einbezogen waren Ziel der Analyse war m glichst weitgehende Datenbest nde f r Energiesysteme zu erschlie en die entweder direkt auf die im GEMIS Projekt interessierende Situation Beginn 90er Jahre zu beziehen sind oder sich entsprechend anpassen lassen Weiterhin war darauf zu achten da sowohl Daten zur Materialzusammensetzung wie auch Angaben zur Systemgr e Auslastung und Lebensdauer direkt oder indirekt verf gbar sind Am interessantesten erschienen uns Arbeiten die Daten ber m glichst viele Energiesysteme bzw Anlagen nach einem gleichartigen Verfahren zusammentragen und komparativ angelegt sind da dann von einer gewissen studieninternen Abstimmung von Basisannahmen und Aussageg te ausgegangen werden kann Eine der systematischsten Arbeiten stellt das vom amerikanischen Energieministerium ver ffentlichte Energy Technology Characterization Handbook ETC dar lt DOE 1980 1988 gt In den dieser Arbeit zugrundeliegenden Einzelstudien wurden die verschiedensten Technologien erfa t und in der
414. sammensetzung innerhalb normaler Werte liegt Die klassischen Arbeiten hierzu von Boie vgl z B lt BOIE 1964 gt wurden inzwischen weiterentwickelt und verbessert Die Ruhrkohle AG gibt z B f r Steinkohlen als Statistische Verbrennungsgleichung an nach lt RAG 1984 gt V Luft 0 258 H V Abgas tr 0 251 H H in MJ kg und Vargas in m8 kg In der Arbeit von Brandt werden solche Beziehungen generell f r feste sowie auch f r fl ssige und gasf rmige Brennstoffe aufgestellt nach lt BRANDT 1981 gt bei Kohlen VLuft tr 0 43894 0 24514 H V abgas tr 0 44971 0 23825 H bei Olen Wi ufttr 0 34007 0 25068 H V Abgas tr 1 76427 0 20048 H bei Gasen VLuft tr 0 04872 0 26683 H V Abgas tr 0 18252 0 31745 H Oko Institut GhK WZ III 188 GEMIS H in MJ kg und Vabgas in m8 kg bei Gasen H in MJ n und Vapeas in m m Die Formeln nach Brandt wurden in das GEMIS Programm einbezogen um auch n herungweise Umrechnungen von Abgaskonzentrationen in Emissionsfaktoren bei unbestimmten Brennstoffen zu erlauben Nochmals sei darauf hingewiesen daf die statistische Rechnung nur dann sinnvolle Ergebnisse ergeben kann wenn die Brennstoffe typisch sind So lassen sich z B die Festbrennstoffe Holz und Stroh nicht mit der Formel fiir Kohlen berechnen da der Sauerstoffanteil in diesen Brennstoffen auBerhalb des kohletypischen Bereichs liegt Im GEMIS Handbuch werden entsprechende Hinweise
415. samt Berlin UBA 1989 Luftreinhaltung 88 Umweltbundesamt Berlin UNEP 1985 The environmental impacts of production and use of energy Part IV Phase II cost benefit analysis of the environmental impacts of commercial energy sources and its use in emission control of energy systems United Nations Environmental Program ERS 15 85 Nairobi WICKE 1986 Die kologischen Milliarden L Wicke M nchen Oko Institut GhK WZ III 284 A 3 Verursacheranteil f r ausgew hlte Umweltaspekte 3 1 land use km2 water consumed polluted km3 net CO added to atmosphere Gt c nitrogen fixation in NH4 NO Mt N sulfur to atmos as SO H 7S Mt S hydrocarbons reacive to atmos Mt particulates to atmos Mt added to oceans Mt oil mercury mobiliza tion kt lead to kt atmos radiation exposure to humans in mio person rem Measure of Disruption By Index Natural Baseline Agriculture Trad En Supply Ind En Supply Other Activity 135 000 000 global ice free land 50000 total runoff 2 3 floods unusable in 700 atmospheric C in CO 200 year fixation biological 100 year from decay 60 and sea spray 40 800 year from vegetation mostly 500 year 60 salt 20 volcanoes 20 dust 1 forest fires sea 0 5 year natural sweeps 25 year outgassing 25 year mostly volcanic and wind blown dust 800 year natural background 30 from whole
416. schnur dienen f r ein Verfahren das auf hiesige Energie Planungen Entscheidungen abstellt U E k nnen die folgenden Kriterien direkt bernommen werden e Kriterium 2 4 und 6 bis 12 der hohen Belastung e Kriterium 1 3 und 4 sowie 9 bis 14 der mittleren Belastung e Kriterium 1 bis 3 und 5 bis 9 der m igen Belastung Diese Kriterien k nnen z T auch noch quantitativ konkretisiert werden um eine h here Trennsch rfe zu erhalten A 2 Monetarisierungsdiskussion A 2 1 konomische Bewertung und Umwelt Seit der Diskussion um die sog externen Kosten des Wirtschaftssystems wird belebt durch neoliberale Wirtschaftstheoretiker versucht ber die klassischen betriebswirtschaftlichen Bilanzgr en hinaus die Allokationsmechanismen von Kapital um eine oder mehrere Geldgr en zu erweitern die den Gegenwert von in Anspruch genommenen oder verbrauchten Ressourcen ausdr cken sollen Von besonderem Interesse f r umweltbezogene Fragestellungen ist diese Internalisierung externer Kosten hinsichtlich der Sch den die an menschlicher Gesundheit und nat rlichen Ressourcen durch das Wirtschaften verursacht werden Oko Institut GhK WZ III 265 GEMIS A 2 2 Grundlegende Methodik der Monetarisierung Die Grundidee der Monetarisierung von Umweltwirkungen ist recht einfach alle quantifizierbaren Umweltaspekte werden soweit wie m glich auf eine Geldgr e umgerechnet lt GYSIN 1985 gt Durch die Umrechnung auf eine einheitliche B
417. se diffusen Emissionen von Kohlenwasserstoffen zu minimieren lt CONCAWE 1986c 1987 gt und Angaben des Umweltbundesamts lt UBA 1989 gt zu diffusen Emissionen 0 4 des kinsatzes setzen wir als europ ischen Durchschnitt 0 5 des Rohdleinsatzes als Verlust an d h einen Nutzungsgrad von 99 5 Die folgenden Tabellen zeigen die f r GEMIS gew hlten Kenndaten der Modellraffinerie und der zugeh rigen ProzeBfeuerungen Oko Institut GhK WZ III 123 GEMIS Tabelle 82 Kenndaten der RaffinerieEingangsanbindung Roh l Aufkommen Tabelle 83 Kenndaten des Raffineriebetriebs Eingangsanbindung Prozentualer Anteil Tabelle 84 Emissionsdaten des Erd lgas Kessels Te Tem Tem Terae mem rn CI CL o je p e pe w p o po CS LEE amp p p r Tabelle 85 Emissionsdaten des Schwer l Kessels o ps o pe vm p p e LE Oko Institut GhK WZ III 124 GEMIS Regionaler Transport von Heiz l Ausgehend von der Raffinerie bzw gr eren Tanklagern ist ein regionaler Transport des Heiz ls zum Verbraucher erforderlich f r den modellm ig ein Tankwagen Lkw angenommen wird In der Realit t erfolgt oft noch eine weitere Lagerung in kleineren Tanklagern bei Brennstoffh ndlern bevor diese das Heiz l mit Tanklastkraftwagen zu den Verbauchern liefern Gr ere lkunden Industrie Kraftwerke beziehen den Brennstoff in Kesselwagen der Bundesbahn oder bei Anlagen in Hafenn he von Binnenschiffen Vereinfachend wird in GEMIS angen
418. se verden elektrisch betriebene Stangen oder Kolbenpressen eingesetzt der Energieaufwand als Strom Endenergie betr gt rd 1 des Strohs Heizwerts lt TUM 1987 gt Der Strombedarf soll aus dem rtlichen Stromnetz gedeckt werden Die folgende Tabelle zeigt die entsprechenden Werte Tabelle 155 Kenndaten der Strohcob Herstellung Eingangsanbindung Stroh Lkw Nutzungsgrad 100 0 Hilfsenergie Stromnetz 0 4 kV Transport von Strohcobs Die erzeugten Stroh Cobs werden schlie lich zum Verbraucher Heizwerk Heizungen transportiert Wird ebenfalls mit einer Transportentfernung von 50 km gerechnet ergeben sich rd 0 85 der transportierten Energie als Treibstoffbedarf Tabelle 156 Kenndaten des Strohcob Lkw Eingangsanbindung Strohcob Herstellung Zusammenfassung zur Strohcob Proze kette Aus den vorstehend genannten Daten wurde eine zusammengefa te Proze kette generiert die alle Verfahrensschritte bis zur Anlieferung von Strohcobs frei Verbraucher enth lt Die folgende Tabelle zeigen die berechneten Werte Tabelle 157_ Kenndaten der Proze kette Strohcob frei Haus Emissionsfaktoren kg TJ Endenergiel ECT EEE 2 A Oko Institut GhK WZ III 159 GEMIS Biogas aus Giille und Festmist Au er Restholz und stroh kann auch Restbiomasse aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung energetisch genutzt werden indem die organischen Reststoffe Exkremente Giille bzw Festmist fermentiert werden wobei ein methanhaltiges B
419. selkraftstoffs dem von Heiz l EL entspricht Tabelle 56 Emissionsdaten eines Schiff Dieselmotors Die zum Transport von Roh l und Kohle eingesetzten Hochseeschiffe verwenden zum Antrieb Dieselmotoren sowie Dampfturbinen Wegen der besseren Energieausnutzung der schweren Schiffsdieselmotoren gegen ber Dampfturbinen werden mittlerweile nur noch wenige Hochseetanker mit Turbinen betrieben der Anteil lag 1986 unter 20 mit weiter fallender Tendenz lt VIA 1986 gt Wir gehen daher f r die 90er Jahre von reinem Dieselmotor Antrieb aus Als Brennstoff wird Bunker c l angenommen dessen Zusammensetzung und die resultierenden Emissionsfaktoren von uns in Anlehnung an das Emissionskataster f r den Hamburger Hafen lt LLOYD 1985 gt sowie Daten des Umweltbundesamtes lt UBA 1989 gt definiert wurden Diese Emissionsfaktoren stimmen gr enordnungsm ig mit denen berein die in amerikanischen Studien verwendet werden Tabelle 57 Emissionsdaten eines Tanker Dieselmotors SO 1 030 F r Elektromotoren wird angenommen da sie Strom aus dem Verbundnetz von der 20 kV Ebene beziehen die zuzurechnenden Emissionen ergeben sich daher aus dem Kraftwerkspark zuziiglich Verteilverluste vgl unten Oko Institut GhK WZ III 108 GEMIS Schlie lich wird f r den G tertransport mit der Bahn angenommen da die heutige Erzeugungs struktur von Bahnstrom in der Bundesrepublik lt BMWI 1988 gt auch charakteristisch fiir die 90er Jahre ist B
420. setzt werden H 34 8 c 93 8 h 10 46 s 6 28 n 10 8 0 25 w Der letzte Term in der Formel ber cksichtigt die Energie zur Verdampfung des im Brennstoff enthaltenen Wassers auch in kg kgBrennstoff da diese Energiemenge nur bei Nutzung des oberen Heizwertes Brennwert durch Abgaskondensation zur Verf gung steht Brennwertnutzung Gasf rmige Brennstoffe Bei gasf rmigen Brennstoffen ergibt sich der untere Heizwert in MJ m3 wenn die Abgasbestandteile in Volumenanteilen m3 m3Brennstoff in die folgende Formel eingesetzt werden Oko Institut GhK WZ III 187 GEMIS T 107 840 H 23 413 HS 12 633 CO 35 885 CH 56 494 C H 59 476 C H 64 349 C H 87 578 C H 93 213 C3Hg 117 771 C H 123 883 nC4H10 123 053 iC4H10 Hierbei ist die Energie zur Verdampfung des entstehenden Wassers bereits in die Koeffizienten einbezogen Statistische Verbrennungsrechnung Wenn Emissionsfaktoren f r Feuerungen bestimmt werden sollen deren Brennstoffe nicht in elementarer Form bekannt sind kann keine Verbrennungsrechnung durchgef hrt werden Dennoch l t sich der Umrechnungsfaktor Vsp allerdings nur n herungsweise aus statistischen Zusammenh ngen bestimmen Die Analysen verschiedener Brennstoffe haben ergeben da eine ungef hr lineare Beziehung zwischen Heizwert und spezifischem Abgasvolumen besteht sofern es sich um typische Brennstoffe handelt deren Elementarzu
421. sfaktoren die bei Stroh f r die GEMIS Datens tze abgeleitet wurden Tabelle 23 GEMIS Emissionswerte f r Strohfeuerungen Typ Leistung EDS STANDARD EDS BEST Anlage kW SO2 NOx Staub SO2 NOx Staub Heizung 15 1 000 120 100 100 120 100 30 Heizwerk gt 1 000 120 100 20 120 100 6 in kg TJ bezogen auf Brennstoff Heizwert 2 1 5 Emissionen von Heizsystemen mit Kraft W rme Kopplung Uber die reinen Heizanlagen hinaus sind im GEMIS Projekt auch Anlagen mit Kraft W rme Kopplung KWK in die Analyse des Emissionsverhaltens aufgenommen worden da diese Systeme zunehmend an Bedeutung in regionalen und lokalen Energiekonzepten spielen vgl Kapitel 1 2 F r die Diskussion von Emissionswerten der GEMIS Datenbasis werden die KWK Systeme aufgrund ihrer Vielf ltigkeit im folgenden sowohl brennstoff wie auch technologiespezifisch behandelt Bei der Berechnung von nutzenergiebezogenen Emissionen aufgrund der im folgenden abgeleiteten brennstoffbezogenen Emissionsdaten ist die Besonderheit von KWK Systemen zu beachten da sie W rme und Strom bereitstellen 15 Die Diskussion der Emissionswerte konzentriert sich zwar auf KWK Systeme f r fossile Brennstoffe da diese den allergr ten Anteil an heutigen KWK Heizsystemen und wohl auch mittelfristig zu errichtenden Analgen aufweisen Dennoch k nnen KWK Systeme z B auf der Basis von regenerativen Energien in GEMIS einbezogen werden da einige Kennwerte im Zuge der Diskussion von Proze kette
422. sich f r die ffentliche Stromversorgung die folgende Kraftwerksverteilung zu Beginn der 90er Jahre Tabelle 61 Kenndaten des Strom Kraftwerkspark i Kae ps A Die Brennstoffe der Kraftwerke wurden in Anlehnung an Daten in lt FICHTNER 1986 gt definiert und entsprechen in guter N herung auch den in der WEC Studie genannten Brennstoffen lt WEC 1988 gt Die Kenngr en zum spezifischen Abgasvolumen die Heizwerte sowie CO Emissionsfaktoren wurden mit der im GEMIS Programm implementierten Verbrennungsrechnung bestimmt vel Kapitel B 5 Die Emissionsfaktoren f r SO NO und Staub wurden auf der Grundlage der gesetzlichen Regeln GFAVO UMK TA Luft und Betriebserfahrungen fiir den EDS STANDARD bestimmt wobei Daten von gro en Feuerungen vgl Kapitel 1 1 angesetzt wurden Der Kraftwerkspark wird entsprechend der Projektfragestellung f r den Beginn der 90er Jahre betrachtet und angenommen da die Entschwefelung und Enstickung der EVU Kraftwerke erfolgt ist Dies wird durch Zeitpl ne der EVU zur Rauchgasreinigung best tigt HAMACHER KR GER 1988 HILDEBRAND 1988 Die folgenden Tabellen zeigen die Emissionswerte der Kraftwerke 2 vgl zu den Brennstoffdaten Anhang 5 Oko Institut GhK WZ III 110 GEMIS Tabelle 62 Emissionsdaten von Braunkohle Kraftwerken Cc Terme p mom _ ee ee Tabelle 63 Emissionsdaten von Steinkohle Kraftwerken p moi _ Te ee ee er CA LAA e p 6 CL Tabelle 64 Emissionsdaten
423. sierungsgrade angenommen wurden Lokale Anlagen am Verbrauchsort Lokale Anlagen in der N he des Verbrauchsortes ZG 3 Anlagen mittlerer Gr e ZG 4 Zentrale berregionale Anlagen Oko Institut GhK WZ III 289 GEMIS Tabelle 197 Flachenbedarfe lokaler Anlagen Fl chenkategorien A fr Ree peo E p A BE HE HE eons I O O O resa O O HE BR mern O 00 O O O pows O S O Den E O 00 A ES E O O HE ESC E O 00 A A S wm O HE BE HE weon E O 00 A BE HE man I IS A ewm E p O A ECC E O 00 A A BE BE erem E O 00 O ECC LS O 00 A A AC E A 00 O HE BE emon I A S maar pr fT EEC 00 A BE HE HE mrm O A HE HE pr AA mwe O A A pus TA pes A BE BE pr TA pene TA Samen E A O O Ba O O O Oko Institut GhK WZ III 290 GEMIS Se a A Za Fl chenkategorien w pepp A Biogas Zentralanlage i BKS HKW klein Gas BHKW grof Gas GT HKW klein Gas Verdichter GT HEL BHKW groB HEL Spitzenkessel Holz HS Herstellung Holz HS Trocknung Holzgas BHKW Wasserkraftanlage Veen ef FIT 2 ee E EA CN E ee cael Pee ees HS CA a E E a e 2200 A CEM peo A Pura ee Oko Institut GhK WZ III 291 GEMIS Tabelle 199 Flachenbedarfe Anlagen mittlerer Gr e Fl chenkategorien ao Trinken CECI je m m mom om pas te sn I O A pe wea ef CESE E u A A A BE ee ff R S S erw pi OOT pee massa E u A BE HE HE EEC E O 00 A BE HE ps AAA pa p e A BE HE arom EA pane p S O A HE BE swen p S O A HE HE sson E S SS O soose ES A 00
424. sind als langfristige lt KRAUSE 1988 gt Die gefundenen Werte m ssen dahingehend relativiert werden da ihnen ein Preisgef ge zugrunde liegt das ohne Marktverzerrung durch CO induzierte Substitutionsaktivit ten bestimmt wurde Insoweit sind die Werte hypothetischer Natur Ein Vergleich mit Kostensch tzungen der KFA J lich f r andere Wege zur CO Minderung rege nerative Energien rationelle Energienutzung zeigt jedoch da hierbei ebenfalls Kosten in der Gr enordnung von 0 1 DM kg vermiedenes CO auftreten k nnten lt KFA 1989 gt Wenngleich die hier abgeleiteten CO Vermeidungskosten also hypothetisch sind kommt ihnen keine Beliebigkeit zu 3 W rden z B gro e Mengen Steinkohle durch Erdgas ersetzt w re vermutlich ein Preisverfall bei Kohle und ein Preisanstieg bei Erdgas die Folge Oko Institut GhK WZ III 279 GEMIS F r die CO Abscheidung k nnen neben Substitution und Einsparung auch die Kosten einer Abgasreinigung angesetzt werden die in den letzten Jahren von verschiedenen Autoren ermittelt wurden Diese Daten sind allerdings nur prinzipiell geeignet einen Kostenrahmen aufzuzeigen Bevor eine solche Technik wirklich eingesetzt und damit auch konkret kostenm ig bewertet werden k nnte m ssen noch einige Fragen hinsichtlich der Endlagereignung der Tiefsee bzw anderer Lager sowie der Transportkosten und m glicher Nebenwirkungen analysiert werden lt BACH 1987 gt Die De Karbonisierung soll demnach
425. sinstitut Hannover EBFE 1986 Handbuch der Holzheizung Eidgen ssisches Bundesamt f r Energie wirtschaft EBFE Schriftenreihe Studie Nr 38 Bern EB K 1988 Systemstudie Heizanlagen Warmwasser T bingen EGES 1987 W rme Kraft Kopplung Grunddaten zur Technologie von Blockheizkraftwerken und Heizkraftwerken f r ausgew hlte Versorgungsgebiete EGES Schriftenreihe Nr 9 Bern FICHTNER 1986 Schadstoffbewertung der Heizsysteme Einflu von emissionsmindernden Ma nahmen auf die Schadstoffbewertung der Heizsysteme unter Ber cksichtigung der damit verbundenen Kosten rtliche u regionale Energieversorgungskonzepte Bd 10 Bonn HMWT 1987 Moderne Zentralheizungstechnik Ein Handbuch Hessischer Minister f r Wirtschaft und Technik Wiesbaden IFE 1988 Emissionen von Holzfeuerungen T Nussbaumer Studie im Rahmen des Nationalen Foschungsprogramms 12 ETH Institut f r Energietechnik Z rich JENSCH 1988 Vergleich von Energieversorgungssystemen unterschiedlicher Zentralisierung IfE Schriftenreihe Heft 22 M nchen JUNG 1985 Anmerkungen zu den Emissionsvergleichen des Umweltbundesamtes zu den verschiedenen Heizungssystemen VDEW Abt K Frankfurt KFA 1983 Stand und Entwicklungstendenzen der Raumw rmeversorgung der Haushalte Vergleich ausgew hlter Heizungssysteme unter energetischen konomischen und kologischen Gesichtspunkten Spezielle Berichte KFA J lich Nr 234 Bd 3 J lich KFA 1986 Analyse der Auslegung des Be
426. so einen Pool von Bereitstellungsoptionen Aus diesem Pool werden zeitlich geordnete Szenarien strategies der Resourcen Akquisition also des Zubaus von Anlagen oder des Zukaufs von Leistung Arbeit bzw der programm igen Erschlie ung von Einsparpotentialen zusammengestellt Diese Zusammenstellung erfolgt anhand von Kritierens tzen die wirtschaftliche regionalpolitische und umweltbezogene Kriterien enthalten Die Szenarien werden so erstellt da sie jeweils einen Zielbereich m glichst optimal erf llen konomie Szenario kologie Szenario usw So wird z B eine Strategie der geringsten Kosten einer Strategie der geringsten Umweltbelastung mit einem jeweils unterschiedlichen Anlagenmix gegen bergestellt Bei der Auswahl von Optionen zur Szenarienerstellung werden zudem bergreifende Kriterien So ist z B in allen Strategien die Bedingung zu erf llen nur maximal eine Resource bzw Anlage mit einem high impact einzuplanen Die weiter unten dargestellten Umwelt Bewertungskriterien der Seattle City Light beziehen sich auf die Einordnung von Umweltaspekten in drei Schwere Kategorien sowie low impact als eine no significance Kategorie Unter der unten nicht aufgef hrten low impact Kategorie subsummiert SCL alle Energieeinspar Ma nahmen Effizienzverbesserungen sowie alle Solarenergie Optionen Soweit eine Energieoption mehr als einen Umweltaspekt aufweist erfolgt die Einordnung nach dem jeweils schwersten Krite
427. sonstigen Reststoffen verbunden soda die Intensit t dieses Umweltaspekts vor dem Hintergrund der Bandbreite der anderen Prim renergien ebenfalls mit 0 angenommen wird Die Nutzung von G lle in Biogasanlagen tr gt zu einer Reduzierung der Reststoffproblematik in der Landwirtschaft bei daher wird als Indikator fiir die Entlastung eine positive Gewichtung angesetzt 1 Oko Institut GhK WZ III 241 GEMIS Aufgrund von z T ungekl rten Verwertungsm glichkeiten und anzunehmenden besonderen Gef hrdungspotentialen aus Verbrennungsr ckst nden der M llverbrennung haben wir hier ebenfalls eine hohe Gewichtung 3 gew hlt 5 2 4 Fl cheninanspruchnahme Obwohl die Fl cheninanspruchnahme durch die GEMIS Anlagen in die quantitative Bilanzierung mit aufgenommen wurde vgl Kapitel 4 1 2 und damit eine teilquantitative Betrachtung m glich ist wurde die Fl cheninanspruchnahme f r die Bewertung zus tzlich als rein qualitativer Aspekt behandelt und den einzelnen Prim renergietr gern Gewichtungen zugeordnet Damit sollen weitere Beeintr ch tigungen durch die Energieanlagen f r die keine Zahlenwerte vorliegen mit in die Bewertung aufgenommen werden ber die qualitative Behandlung werden haupts chlich die Intensit ten der einzelnen Fl cheninanspruchnahmen thematisiert Ein f r die Bewertung u E wichtiger Unterschied im Zusammenhang mit der Fl cheninanspruchnahme verschiedener Prim renergien ist noch hervorzuheben die Frage nach d
428. sscecsseceeseeeeeeteeeeeeees 255 Monetarisierte Emissionen von StromsysteM N oooocooocccooocccnonccononcncnnnacinnnnnos 256 Emissionsvermeidungskosten bei neuen Kohlekraftwerken 275 Emissionsvermeidungskosten bei neuen lfeuerungen neeene 275 Emissionsvermeidungskosten bei neuen PkW o oooonocccnoccnocccnoncnoncconcnnnnncnnnnnns 276 Anteile der Emittenten der BRD 90er Jabre ococonnnononncnnnnonononaninicicnnnnos 276 Vermeidungskosten BRD u aussen a isn 276 Grund Daten f r CO Vermeidungskosten ooooocnnocccnoncccnoncnononcnonnncnnnnnnninns 277 CO Verursacheranteile in der BRD 90er Jabre ooocncccnccnnnnnnninocncncnnos 277 CO Vermeidungskosten durch Substitution ooononcnnnccnoncnooccnonncannnonancnnncnns 278 Werte f r CO2 Vermeidungskosten ccseceeneceseeceeeeeceeeeecseeeeceteeeenaeees 279 Fl chenbedarf berregionaler AnlageN oooconnnccnoncnoccnnocnnooncnoncnonccnnn non nnnnncnns 286 Weitere ausgew hlte Fl chenangaben ococnncccnnnccinnnccconoccconancnnnncncnnnancnnnnnos 287 Fl chenbedarfe lokaler Anlagen aaa en 289 Fl chenbedarfe f r Anlagen bei Versorgungsobjekten u ee 290 Fl chenbedarfe Anlagen mittlerer Gr e 24 224002200rsnnrsnnennnennnnen nennen 291 Fl chenbedarfe berregionaler Anlagen 2u022002 sense 292 Oko Institut GhK WZ III 1 GEMIS 1 Einleitung Heutige Energi
429. ssionen mittlerer und kleiner Kohlefeuerungen auf 800 mg m3 Diese Emissionsbegrenzung l t sich bei trockenentaschten Staubfeuerungen und Rostfeuerungen allein mit Prim rma nahmen einhalten 20 Dieser Wert gilt auch f r zirkulierende Wirbelschichtfeuerungen wo er 76 kg TJ bei 7 entspricht vgl zur Begr ndung weiter unten 2 Dieser Wert gilt auch f r zirkulierende Wirbelschichtfeuerungen wo er 38 kg TJ bei 7 entspricht vgl zur Begr ndung weiter unten 22 Bei Wirbelschichtfeuerungen gilt dies nicht vgl zur Begr ndung weiter unten 23 Eine entsprechende Auflage wurde mittlerweile im Genehmigungsverfarehn f r den Block 8 im Gro kraftwerk Mannheim vom Regierungspr sident Karlsruhe festgelegt vgl lt KO INSTITUT 1989 gt 24 Solche Verunreinigungen konnten z B durch Hydraulik l Leckagen im Bergbau entstehen Oko Institut GhK WZ III 57 GEMIS Da mittlerweile in der BRD einige mittlere Kohle Heizkraftwerke seit Inkrafttreten der GFAVO genehmigt wurden l t sich die Dynamisierungsklausel f r NOx dahingehend interpretieren da f r Anlagen in der Leistungsklasse von 100 300 MWth als Grenzwert 400 mg m entsprechend rd 142 kg TJ bei 6 O gefordert werden der sich entweder allein mit Prim rma nahmen bei Rostfeuerungen oder aber mit einfachen SNCR Verfahren thermische Reduktion mit NH im Temperaturfenster um 900 C oder Zugabe von Harnstoff bei 300 500 C bei Staubfeuerungen einha
430. st Die Aufw nde f r die Produktion der Biomasse wird dem eigentlichen Anbauzweck zugeordnet und nicht der energetischen Nutzung lt SMITH 1987 gt Sofern Biomasse aus Energieplantagen oder herk mmlichen Holz Sortimenten genutzt wird m ssen entsprechende Daten ber cksichtigt werden lt OECD 1988 gt Da die Kenndaten der Biomasse Systeme extrem stark von den rtlichen Bedingungen abh ngen und somit deutlich variieren k nnen werden hier im wesentlichen Obergrenzen der Kenndaten definiert Die folgende Abbildung gibt einen schematischen berblick zu den Proze ketten Abbildung 7 Schema der GEMIS Proze ketten Biomasse Stiickholznutzung Die Nutzung von St ckholz setzt woraus da Restholz im Wald geschlagen und zum Einsatzort transportiert wird Der der Ernteaufwand Motors ge oder menschliche Arbeitskraft wegen geringer Gr e unter 0 01 des Heizwerts nicht zu beachten ist bleibt der Transportaufwand als relevante ProzeBstufe Als Transportsystem wird ein Modell Lkw angenommen der eine Strecke von 50 km zwischen Holzernte und St ckholznutzung zur cklegt Die folgende Tabelle zeigt die Kenndaten Tabelle 144 Kenndaten des Holz Lkw Eingangsanbindung Holz Aufkommen Transportierter Brennstoff Holz Oko Institut GhK WZ III 153 GEMIS Hilfsenergiebedarf MJ t km Aus den vorstehend genannten Daten wurde eine zusammengefa te Proze kette generiert die alle Verfahrensschritte von der Gewinnung bis zur Anliefe
431. ste Ausgehend von den aufgef hrten Daten werden im folgenden die Werte der im GEMIS Programm vorgesehenen Standard Heizanlagen diskutiert 2 2 1 Heizsysteme zur Nutzung von Erdgas und Heiz l Als Grundsysteme betrachten wir neue Niedertemperatur NT Heizkessel Nach einer Untersuchung des Hessischen Wirtschaftsministers liegt der Nutzungsgrad solcher Anlagen bei 86 lt HMWT 1987 gt die Stiftung Warentest gibt fiir neue Gas NT Kessel Nutzungsgrade von 90 94 an Als Mittelwerte moderner Neuanlagen unterstellen wir sowohl fiir HEL wie auch Gas Kessel Nutzungsgrade von 87 Hinzu kommt f r Brenner und Regelung ein Strombedarf von 1 der bereitgestellten Heizw rme F r gasbetriebene Absorptions W rmepumpen Luft Wasser setzen wir einen Nutzungsgrad von 120 bezogen auf den Heizwert des eingesetzten Gases an Hinzu kommt ein Stromverbrauch von 1 f r Brenner Regelung plus 2 f r das Gebl se jeweils bezogen auf die bereitgestellte W rme 2 2 2 Heizsysteme zur Nutzung von Kohle Als Grundsysteme betrachten wir Einzel fen mit Universaldauerbrennern die Stein oder Braunkohlen Briketts verbrennen Solche Anlagen weisen einen Nutzungsgrad von 65 auf vgl Tabellen und ben tigen keine weiteren Hilfsenergien 2 2 3 Heizsysteme zur Nutzung von Strom Als Grund Systeme betrachten wir Elektro Einzelspeicher Heizungen sowie bivalente und monova lente W rmepumpen die als Luft Wasser System arbeiten Die Speicherheizung s
432. stellen wir eine Verpressung von Wasser sekund re F rderung die gegen ber der prim ren F rderung mehr Kraftaufwand erfordert vgl Diskussion oben Somit ergibt sich f r die Nordsee l Anteile ein Hilfsenergiebedarf von 0 65 0 15 0 35 0 3 0 20 der gesamten gef rderten Energiemenge Die Bereitstellung dieser Hilfsenergie durch Gasturbinen mit einem Jahresnutzungsgrad von 30 erfordert damit eine Brennstoffenergie die rd 0 7 der gef rderten Ol Energie entspricht Dies stimmt unter Einbeziehung von 0 3 f r die Aufbereitung vgl unten gut berein mit dem ESSO Wert von 1 Hilfsenergie bezogen auf den gef rderten Energiegehalt des Nordsee ls lt ESSO 1980 gt F r den gesamten Anteil des in der Bundesrepublik gef rderten Erd ls unterstellen wir da terti re F rdertechnik Dampfinjektion verwendet wird Wegen der M glichkeit zur W rmer ckgewinnung bei der Dampfinjektion zur l Aufbereitung wird ein maximaler Hilfsenergiebedarf Proze w rme von 25 5 angenommen der durch einen Kessel gedeckt werden soll der anfallendes Erd lgas als Brennstoff einsetzt Hierf r ist bei einem Nutzungsgrad des Kessels von 0 85 ein Brennstoffbedarf von 30 der gef rderten Roh l Energie notwendig Der Hilfsenergiebedarf f r Pumpen wird wie f r sekund re Techniken 0 27 bzw als Strom 0 3 des Roh l Heizwerts angesetzt Roh l Aufbereitung Nach dem Austritt des Roh ls am Bohrloch wird es ber ein Pipeline System
433. stitut GhK WZ III 88 GEMIS IWO 1986 Die Olfeuerung Ein Beitrag zur Reinhaltung der Luft Institut f r wirtschaftliche heizung Hamburg IWU 1988 Blockheizkraftwerke Institut Wohnen und Umwelt Darmstadt IVD 1988 Schadstoffemissionen von Kleinfeuerungen Institut f r Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen Bericht Nr 11 88 Stuttgart JANSEN 1985 konomische kologische und energetische Bewertung von regionalen Energieversorgungssystemen Zur Methodik einer kologischen Bewertung von Fernw rme in FWI vol 14 1985 Nr 5 S 200 208 JOHANSSON 1987 Straw fired plants for heat and power production in Denmark paper presented at the UN ECE Symposium on the status and prospects of new and renewable sources of energy France 8 12 Juni 1987 JOOS MENZEL 1985 Ma nahmen zur Reduzierung der NOx Emission von Gasbrennern in gwf gas erdgas vol 126 1985 no 2 S 73 86 KAMM 1983 Schadstoffe bei der Verbrennung von Strohbriketts in wasser luft betrieb Nr 3 83 S 26 ff KAMM 1988 pers Mitt von Dr Kamm LfU Karlsruhe Dezember 1988 KAMM ROHM 1982 PAH und andere Schadstoffe im Abgas eines holzbefeuerten offenen Kamins in wasser luft betrieb 1 2 82 S 34 37 KAMM R HM 1984 Ermittlung von Emissionsfaktoren bei der Verbrennung von Strohbriketts in Zentralheizungsanlagen Landesanstalt f Umwelt Karlsruhe K MPER LOMMERZHEIM 1988 Felduntersuchungen ber die NOx und CO Emissionen von Haushaltsger ten bei Betrieb mit
434. stoffkonzentration im Abgas in Volumen Bei st chiometrischer Verbrennung Luftiiberschu8 0 w re die Abgas Sauerstoffkonzentration Null da der gesamte mit der Verbrennungsluft zugef hrte Sauerstoff zur Oxidation ben tigt w rde Zur Berechnung der realen Abgasmenge bei einer gegebenen Sauerstoffkonzentration O Bezug dient die Gr e Lambda die das Verh ltnis von realer zu theoretischer Verbrennungsluftmenge wiedergibt Lambda ergibt sich aus folgender Formel Lambda 1 V abgas Vrut O2 Bezug 21 O Bezug Mit diesem Lambda l t sich die reale Abgasmenge berechnen nach der Formel V Abgas Lambda V Abgas Lambda 1 Viat Bestimmung des Heizwertes Neben den Abgasvolumina stellt auch der Heizwert eines Brennstoffs eine Eingangsgr e f r die Berechnung von Emissionsfaktoren dar Wenn eine Verbrennungsrechnung durchgef hrt wird liegt die Elementaranalyse bzw bei gasf rmigen Brennstoffen die Gaszusammensetzung vor Mit diesen Daten kann aus den Reaktionsenthalpien der obere und untere Heizwert errechnet werden F r die Bestimmung von Emissionsfaktoren wird blicherweise der untere Heizwert Hu verwendet Wiederum ist zwischen festen fl ssigen und gasf rmigen Brennstoffen zu unterscheiden Feste und fl ssige Brennstoffe F r feste und fl ssige Brennstoffe ergibt sich der untere Heizwert in MJ kg aus der Formel von lt BRAUN ET AL 1986 gt wenn die Elementar Anteile c h s n o w in Massen Anteilen einge
435. stransport von Steinkohle erfolgt sowohl mit der Bahn wie auch mit Binnenschiffen Last k hnen wobei ein Mix von jeweils 50 dieser Transportsysteme angenommen wird Die Transportentfernung betr gt max 500 km und wird im Mittel mit 250 km angesetzt Die folgenden Tabellen zeigen diese Kenndaten Tabelle 111 Kenndaten des Steinkohle Transports BRD Eingangsanbindung Prozentualer Anteil Tabelle 112 Kenndaten des StK Binnenschiffs Hilfsenergiebedarf MJ t km Transportl nge km 250 Tabelle 113 Kenndaten der StK Bahn BRD Eingangsanbindung Steinkohle Aufkommen Hilfsenergiebedarf MJ t km Transportl nge km 250 Steinkohlebrikett Herstellung Neben Kraftwerkskohle wird auch brikettierte Steinkohle im W rmemarkt nachgefragt F r diesen Anteil wird die gef rderte Inlandskohle mittels Bahn zu einer Brikettfabrik transportiert Wegen der geringen Entfernungen lt 50km kann diese Proze stufe vernachl ssigt werden denn der Transportaufwand hierf r liegt unter 0 05 des Heizwerts der bef rderten Kohle Die Brikettfabrik stellt aus Steinkohlestaub sowie St cken verschiedener Gr en Briketts her Dieser Proze wird mittels elektrischer Pressen realisiert der gesch tzte Hilfsenergiebedarf liegt bei 0 1 des Heizwerts der Briketts Die Hilfsenergie wird durch Elektromotoren bereitgestellt die wiederum von einem Steinkohlekraftwerk Strom beziehen Oko Institut GhK WZ III 138 GEMIS Da die Briketts auB
436. t lt SNV 1987 gt lt SSF 1985 gt F r gr ere Anlagen mit Entstauber Heizwerke ber 1 000 kWth ist daher im EDS STANDARD von einem Staub Emissionsfaktor von 20 kg TJ sowie bei kleineren Stoker und Pyrolysefeuerungen mit Einfach Entstaubung von 100 kg TJ Im EDS BEST wird bei kleineren Anlagen der Einsatz eines Multizyklons und verdichteten Brennstoffs Strohcobs unterstellt womit 30 kg TJ als Staubwert eingehalten werden k nnen bei Anlagen mit Gewebefilter wird der durch optimale Dimensionierung erzielbare Wert von 10 mg m3 bzw 6 kg TJ angesetzt Oko Institut GhK WZ III 50 GEMIS CO und Kohlenwasserstoffe CnHm Die Ausf hrungen zur Problematik der organischen Emissionen bei der Holzverbrennung treffen wegen der ung nstigeren Verbrennungseigenschaften von Stroh dem h heren Gehalt an Fl chtigen in noch st rkerem Ma e auch hier zu Die h heren Ascheanteile und die ung nstigere Mineralzusammensetzung der Asche bedingen weiterhin Verschlackungsprobleme bei hohen Verbrennungstemperaturen und Verweildauern da der Asche Schmelzpunkt erniedrigt wird Die faserige Substanz verbrennt ungleichm ig was zu Schwelzonen im Verbrennungsraum und damit zu hohen CnHm Bildungsraten f hrt Um diese Brennstoffprobleme zu verringern wurden mehrere Verfahren zur Kompaktierung und Vergleichm igung von Stroh Brikettierung Pelletierung H ckseln entwickelt und auf ihren Emissionseinflu hin untersucht Die Ergebnisse zeigen
437. t eine Reduktion der Emissionen um rd den Faktor 10 m glich wer den EDS BEST allerdings sind entsprechende Ma nahmen auch vice versa bei den Kohle HKW m glich Gewebeentstauber optimierte Na w schen Daher wird das Verh ltnis der brennstoffbezo genen Emissionsfaktoren bei Schwermetallen auch unter BEST Bedingungen weiterhin 1 2 Gr en ordnungen zulasten der MVA betragen Exkurs 3 Thermische Verwertung durch MVA Die Diskussion um die Errichtung neuer MVA wird u a mit dem Argument gef hrt da durch die MVA eine energetische Verwertung des Hausm lls erfolge und die Anlage eine umweltfreundliche Bereitstellung von Strom und Fernw rme erm gliche Dies soll im folgenden kurz diskutiert werden Energetische Kenngr en ber die Brennstoffkenngr en und Emissionswerte der Anlagen hinaus sind auch die Unterschiede in thermischen Nutzungsgraden und Stromkennzahlen von MVA und Kohle HKW zu ber cksichtigen vgl folgende Tabellen Die energetischen Kenndaten des M ll HKW wurden dem RWE Miillheiz kraftwerk Essen Karnap angelehnt lt HERBERT 1985 gt die als optimistische Werte gegen ber ande ren Anlagen z B Bonn Nord Darmstadt gelten k nnen Die energetischen Kenndaten des Steinkohle HKW wurden dem HKW West in Frankfurt Block ID entnommen wobei die Daten im Vergleich zu anderen Neu Anlagen z B Offenbach Wuppertal nicht g nstig sondern eher durchschnittlich liegen Oko Institut GhK WZ III 82 GEMIS Tabelle
438. t von 200 mg m gesenkt werden Dabei kann im Gegensatz zu den Steinkohlefeuerungen mit SCR DeNOx nicht davon ausgegangen werden da der Emissionsgrenzwert unterschritten wird F r den EDS STANDARD gehen wir daher f r NOx von 200 mg m entsprechend einem Emissionsfaktor von 81 kg TJ aus Im EDS BEST wird ber die Prim rma nahmen hinaus auch der Einsatz von se kund ren Entstickungstechniken angenommen die sicher 50 Minderung erreichen Damit k nnen NOx Werte unter 100 mg m entsprechend einem Emissionsfaktor von 41 kg TJ f r den EDS BEST angesetzt werden F r Heizkraftwerke unter 300 MWth au erhalb des rheinischen Reviers wird grunds tzlich unterstellt da getrocknete rheinischen Braunkohleprodukte Brikett Granulat Staub zum Einsatz kommen da dieser Brennstoff im Gegensatz zur Rohbraunkohle auch ber l ngere Entfernungen wirtschaftlich transportf hig ist Beim Einsatz dieser Brennstoffe in Rostfeuerungen k nnen die bei der Steinkohle diskutierten Abscheideraten f r SO NO und Staub entsprechend der jeweiligen Gr enklasse der Anlage angesetzt werden Die WSF ist dagegen f r die Verbrennung von Braunkohle Staub besonders geeignet da sie die in diesem Brennstoff enthaltenen basischen Bestandteile voll zur Entschwefelung nutzen kann Die bisherigen Erfahrungen mit Braunkohlen in WSF belegen da bei zirkulierenden WSF die SO Emissionen ohne Additivzugabe unter 100 mg m liegen lt ENGELHARD LENZ 1984 gt lt KRE
439. t wird mit elektrischen oder dieselgetriebenen Schaufeln oder Fr sen abgetragen die Kohle wird mit Baggern oder Frontla dern ausgebrochen und auf Lkw oder Transportb nder verladen Der Stromverbrauch f r F rderb nder und elektrische Grabger te inkl Kohleaufbereitung betr gt in den USA rd 15 kWh Strom t gef rderter Kohle rd 0 2 Strom bezogen auf den Kohleheizwert plus rund 3 MJ Diesel t gef rderter Kohle entsprechend rd 0 02 Brennstoff bezogen auf den Kohleheizwert lt RADIAN 1976 gt lt DOE 1983 gt Wird hiervon der Strombedarf der Kohleaufbreitung in H he von 4 kWh t Kohle abgezogen ist mit 11 kWh t Kohle entsprechend rd 0 15 Strom bezogen auf den Kohleheizwert zu rechnen Eine Studie des Oak Ridge National Laboratory gibt ohne Aufbereitung f r open pit mining einen Strombedarf von 3 5 kWh Strom t gef rderter Kohle 0 05 0 07 bezogen auf Kohleheizwert plus 4 MJ Diesel t gef rderter Kohle 0 02 Brennstoff bezogen auf Kohleheizwert an lt ORNL 1980 gt Wir gehen davon aus das die ausl ndische Steinkohlef rderung im Tagebau einem Bedarf von 0 1 Strom bezogen auf den Heizwert der gef rderten Kohle aufweist und der Treibstoffbedarf vernach l ss gt werden kann 7 Fiir n here Informationen zu Methan Emissionen vgl lt KO INSTITUT 1989b gt Oko Institut GhK WZ III 136 GEMIS Der Strombedarf soll durch ein nahes Steinkohlekraftwerk gedeckt werden wie dies tiberwiegend in den USA und in Aus
440. techniken verf gbar sind die zwar nicht die hohe Effektivit t von Na REA ausweisen aber mehr als 60 des SO abscheiden k nnen Dies sind vor allem sogenannte quasitrockene Verfahren QT REA die verfahrenstechnisch deutlich einfacher als Na REA sind Bei QT REA wird ein basisches Additiv z B Ca OH als Suspension in das Abgas eingespr ht der Reaktor ist als Spr htrockner ausgelegt Das Wasser in der Suspension verdampft und k hlt damit das Rauchgas auf 110 180 C ab das dann trocken verbleibende Additiv reagiert mit SO und Halogenen zu festen Salzen Sulfit Sulfat die im nachgeschalteten Entstauber abgeschieden werden lt SCHOJAN 1986 gt QT REA erreichen Abscheideraten von 75 90 Es sind auch Werte ber 90 m glich allerdings mu ein gegen ber Na verfahren deutlich h heres Ca S Molverh ltnis von 1 5 2 eingestellt werden d h zur Abscheidung ist mehr Additiveinsatz erforderlich und mehr R ckst nde fallen an Werden Gewebefilter zur Entstaubung eingesetzt und Teile der abgeschiedenen Flugasche rezirkuliert lassen sich wegen der Nachreaktion von unverbrauchtem Additiv mit SO auf dem Filterkuchen ber 90 Abscheidung erzielen ohne Ca S Verh ltnisse ber 2 zu erfordern lt MOSCH 1985 gt lt SCHOJAN 1986 gt Oko Institut GhK WZ III 58 GEMIS QT REA arbeiten bei Temperaturen zwischen 110 und 180 oC und k nnen ganz auf eine Wiederaufheizung des Reingases verzichten Die Abscheideraten dieser Verfahren w
441. tellung von 20 000 MWh W rme gew hlt F r die KWK Systeme wurde angenommen da der jeweils bereitgestellte KWK Strom die Stromerzeugung durch Kondensationskraftwerke auf der Basis von Steinkohle entsprechend mindert Die o g Heizsysteme wurden f r die Emissions Datens tze STANDARD und BEST vgl Kapitel 2 1 verglichen Weiterhin wurden die im GEMIS Projekt ermittelten Basisdaten f r Heiz und KWK Systeme angenommen vgl Kapitel 2 2 Schlie lich ist darauf hinzuweisen da das GEMIS Programm ber die direkten Emissionen hinaus auch die vorgelagerten Emissionen durch Gewinnung Transport usw der Brennstoffe mitbilanziert vgl Kapitel 2 3 1 vgl lt DOE 1989a b gt Literatur zu Kapitel 4 3 2 vgl zu den energetischen Grunddaten Ringstadt Halensee Umweltvertr glichkeit H Tepasse W Moll i A des Senators f r Bau und Wohnungswesen Berlin 1989 Oko Institut GhK WZ III 198 GEMIS Die folgenden Tabellen zeigen ein differenziertes Bild der sich aus dem GEMIS Programm ergebenden Emissionsbilanzen Tabelle 176 Differenzierte Schadstoffbilanz der Szenarien Gas Brennwert Standort Kohle Fernw rme BHKW STANDARD BHKW BEST Angaben in kg bei Bereitstellung von 20 000 MWh Nutzw rme Tabelle 177 Energie und Kohlendioxid Bilanz der Szenarien CT Armin define Kohle Fernw rme 2 815 BHKW STANDARD 4 574 5 000 BHKW BEST 4 574 5 000 Angaben f r Bereitstellung von 20 000 MWh Nutzw rme Die Ergebniss
442. ten lt ROSTEK 1986 gt F r Gasturbinen dieser Leistungsklasse ist aber die Eind sung von Wasser oder Dampf als Stand der Technik anzusehen womit sich NO Werte um 100 mg m problemlos einhalten lassen lt ROSTEK 1986 1987 gt oder aber die Verwendung von homogener Brennstoff Luft Vormischung bei der Emissionswerte unter 100 mg m erzielbar sind lt PREAG 1989 gt Daher ist f r Gasturbinen gt 16 MWth im EDS STANDARD von 83 kg TJ als NO Emissionsfaktor auszugehen F r Anlagen mit einem Abgasvolumenstrom lt 60 000 m3 h sieht die TA Luft als NOx Grenzwert 350 mg m vor Wie oben ausgef hrt erreichen moderne Gasturbinen schon mit Prim rma nahmen aber Werte um 200 mg m soda f r solche Anlagen im EDS STANDARD ein Emissionsfaktor von 166 kg TJ f r NO anzunehmen ist Dieser Wert kann ohne weitere Minderungstechnik erzielt werden F r den EDS BEST dagegen sind die internationalen Betriebserfahrungen mit Wasser und Dampfeind sung lt BACT 1988 gt lt MPS 1989 gt sowie Messungen an Gasturbinen z B in Kassel und T bingen heranzuziehen Danach sind mit Wassereind sung Minderungen von 50 70 bezogen auf eine Rohbeladung von 200 mg m zu erreichen lt L FFEL 1986 gt F r Gasturbinen lt 16 MWth gehen wir daher von einer 70 igen Minderung aus womit sich 50 kg TJ ergeben Bei gr eren Turbinen ist einerseits davon auszugehen da die mit Wassereind sung m gliche Minderung voll ausgenutzt wird Andererseits ist es in den
443. ten aufgrund der Vorannahmen da lediglich Restnutzungen unter Beachtung kologischer Restriktionen vorgesehen sind f r den Fl chenaspekt die Gewichtung 0 Die Solarenergienutzung wird zunehmend in Hinblick auf Solarkraftwerke diskutiert also ber die rein dezentralen Anlagen auf D chern usw ausgedehnt Werden solche Systeme betrachtet ist die Solarenergienutzung mit einem relativ gro en Bedarf an Fl chen verbunden wobei allerdings gegen ber dem Abbau von fossilen Ressourcen die Beeintr chtigungsintensit t relativ gering ist da z B die Pflanzendecke zum gro en Teil erhalten bleibt Im Hinblick darauf wird der Fl chenaspekt hier mit 1 gewichtet 5 2 5 Gesundheits und Unfallgefahren Bei der Nutzung von Prim r oder Sekund renergien in Verbrennungs oder Umwandlungsanlagen Kraftwerke Feuerungen sind die Anlagen auf der Basis fossiler Energien gr enordnungsm ig mit einem gleich hohen Risiko behaftet vgl Kapitel 5 2 3 Das Risiko der Atomenergienutzung wurde von uns nicht in Gewichtung einbezogen sondern als Sonderaspekt vgl Kapitel 5 2 5 aufgef hrt Steinkohle und Uran werden bezogen auf den Aspekt Gesundheits und Unfallgefahr von uns mit 2 gewichtet da die beim Bergbau auftretenden Gefahren gr enordnungsm ig gleich erscheinen vgl Kapitel 5 2 3 Bei der F rderung von Braunkohle berwiegend im Tagebau sowie Erdgas erfolgt wegen der u E demgegen ber geringeren Gefahren eine Gewichtung mit 1
444. tliches Bild ber das Ausma da mit der Entnahme von Biomasse hinsichtlich der Boden kologie verbunden ist vielmehr schwanken die Effekte je nach Bodentyp Ernteverfahren und klimatischen Bedingungen Generell ist jedoch festzustellen da der durch die energiebedingte Biomasseentnahme auftretende Entzug von N hrstoffen bei der Nutzung von Rest Biomassen dann problematisch wird wenn solche Pflanzenteile entnommen werden die spezifisch hohe Anteile an N hrstoffen enthalten Daher ist die Entnahme von Bl ttern Reisig Rinden Wurzelwerk und Bl tenst nden abzulehnen vgl Kapitel 5 1 2 F r die Rest Strohnutzung kommt zum N hrstoffentzug die Problematik der Bodenbel ftung und lockerung durch Stroheintrag hinzu Auch dieser Aspekt ist stark standortabh ngig und daher nicht pauschal diskutierbar Oko Institut GhK WZ III 224 GEMIS Allgemein ist daher u E keine Aussage zur Problematik N hrstoffentzug Bodenverbesserung m glich soda die m glichen Auspr gungen dieser Umweltaspekte unter den jeweiligen Nutzungsbedingungen diskutiert werden und dann ggf geeignete Voraussetzungen zur Vermeidung von Beeintr chtigungen vgl Kapitel 5 2 getroffen werden m ssen Bei der Verbrennung biogener Festbrennstoffe Holz Stroh in kleineren Anlagen tritt als spezieller Umweltaspekt die Emission relativ gro er Mengen von Kohlenwasserstoffen darunter kanzerogene Verbindungen auf die zu erheblichen Gesundheitsgefahren f hren k nnen
445. toff in kleinen Feuerungsanlagen kommen beim heutigen Stand der Technik nur solche Konzepte in Frage die eine Kontrolle und Optimierung dieser Parameter zulassen Die vorliegenden Untersuchungen weisen als g nstigstes System im Gr enbereich unter 0 1 MWth teilvergasende Feuerungen sog Vor fen sowie Stokersysteme aus die mit lufttrockenen Holz hackschnitzeln oder Pellets betrieben werden Hierbei k nnen sowohl kontinuierliche Beschickung wie auch g nstiger Brennstoffaufschlu so realisiert werden da die Entstehung von PAH reduziert wird vgl lt OMNI 1986a gt lt SNV 1980 gt lt WKI 1985 gt lt WORGETTER 1985 gt Im Gr enbereich ber 0 1 MWth sind neben teilvergasenden Feuerungen auch Rostfeuerungen in Betrieb Hier k nnen bei guter Auslegung z T sehr hohe Verbrennungstemperaturen erreicht werden was zur Verminderung der CnHm PAH Emissionen beitr gt lt RTI 1984 gt Die Wirbelschichtfeuerung als Verbrennungstechnologie f r Hackschnitzel zeigt in einigen Anlagen ebenfalls sehr geringe Emis sionen von organischen Stoffen Neuere Untersuchungen belegen aber da auch gut ausgelegte Feuerungssysteme im realen Betrieb durch ung nstige Brennstoffzufuhr schlechte Wartung falsche Einstellung usw erhebliche Mengen an PAH emittieren k nnen lt T V 1985c gt Im Zuge der Hintergrundkontamination auch von unbehandeltem Restholz z B ubiquit re PCB und PCP Belastung im ppb Bereich k nnen moderne Verbrennungsverfahren
446. toffw rme Die Mineral lwirtschaft hat zur Sicherstellung des festgelegten Grenzwertes schon in der Vergangenheit Heiz l EL vermarktet das zwischen 15 und 25 weniger Schwefel enth lt als nach der 3 BImSchV vorgesehen Nach u E ist auch in Zukunft von einem 20 Abschlag auszugehen womit sich ein SO2 Emissionsfaktor f r Heiz l EL von 75 kg TJ ergibt Stickoxide Da HEL nur geringe Mengen an Stickstoff enth lt werden die NOx Emissionen wie beim Erdgas vgl unten weitgehend durch die thermische NO Bildungen bestimmt Entsprechend k nnen verbrennungstechnische Ma nahmen zu deutlichen Senkungen der Schadstoffabgabe f hren Die vorliegenden Me werte reichen von 16 60 kg TJ Das Umweltbundesamt gibt f r NOx Emissionen von HEL Feuerungen im Haushaltsbereich einen Wert von 50 kg TJ an lt UBA 1989 gt 9 3 Verordnung zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutz Gesetzes Verordnung ber Schwefelgehalt Oko Institut GhK WZ III 22 GEMIS Beim Einsatz modernster Brennertechnik Raketenbrenner sind NOx Werte um 20 kg TJ zu erzielen bei konventionellen Brennern mit prim ren Minderungsma nahmen Werte um 40 kg TJ Im EDS STANDARD wird der Einsatz eines konventionellen Brenners angenommen der NOx Werte von 40 kg TJ aufweist Im EDS BEST wird dagegen der Einsatz eines Rakenbrenners unterstellt bei dem NOx Werte von 20 kg TJ auftreten Halogene Heiz l EL ist praktisch halogenfrei soda keine HCI oder HF Emissionen auftreten
447. tralien lt SCHMIDT 1982 gt erfolgt Tabelle 108 Kenndaten des Importkohle Tagebau Steinkohle Transport Importkohle F r Importkohle wurde aufgrund von Daten des Importkohleverbands angenommen da sie nach der F rderung ber eine elektrifizierte Bahnstrecke von 250 km zum Seehafen transportiert wird lt KANTELBERG 1988 gt Als Stromlieferant fiir die Bahn wird ein Steinkohlekraftwerk zuziiglich 5 Netzverluste unterstellt Der Ubersee Transport von Importkohle erfolgt mit grofen Schiffen die Ladungen in der Gr Benordnung von 100 000 t aufweisen Als mittlere Transportentfernung fiir den Uberseetransport kann ein Wert von 15 000 km gelten lt KANTELBERG 1988 gt Als Antrieb fiir das Kohleschiff wird wie beim Ol Tanker ein Dieselmotor unterstellt Damit ergeben sich fiir den Importkohle Transport bis zur Bundesrepublik die in den folgenden Tabellen zusammengefa ten Werte wobei die Kenndaten des Kohlekraftwerks und des Tanker Dieselmotors schon diskutiert wurden Tabelle 109 Kenndaten der Importkohle Bahn Eingangsanbindung Stk F rderung Ausl Transportierter Brennstoff Importkohle Hilfsenergie Kohlestrom Netz Hilfsenergiebedarf MJ t km Transportl nge km 250 Tabelle 110 Kenndaten des Importkohle Schiffs Eingangsanbindung Importkohle Bahn Transportierter Brennstoff Importkohle Hilfsenergiebedarf MJ t km Transportl nge km 15 000 Oko Institut GhK WZ III 137 GEMIS Inlandskohle Der Inland
448. triebs und der Beschaffung von Heizsystemen f r Haushalte KFA J lich j l spez 384 J lich MAIER 1986 Umweltvergleich von elektrischen mit anderen Heizsystemen Teil II Bewertung ausgew hlter Systeme zur Hausheizung unter dem Aspekt der Schadstoffabgabe FICHTNER Studie im Auftrag der FTA Stuttgart PROGNOS 1987b Rationelle Energieverwendung und erzeugung ohne Kernenergienutzung 1 A des Ministeriums f r Wirtschaft NRW Basel PROGNOS FICHTNER 1984 Parameterstudie rtliche und Regionale Versorgungskonzepte f r Niedertemperaturw rme Frankfurt SCHAEFER 1985 Nutzungsgradketten bei der Raumw rme in El Wirtschaft vol 1984 S 539 ff Oko Institut GhK WZ III 104 GEMIS TRAUBE 1987 Wirtschaftlichkeit der Kraft W rme Kopplung und Hindernisse fiir ihren Ausbau durch kommunale Versorgungsunternehmen K Traube unter Mitarbeit von C Zeine 1 A des Ministers fiir Wirtschaft NRW Hamburg VDEW 1989 pers Mitt der Herren Schulz und Turowski bei einem Gespr ch ber GEMIS am 8 M rz 1989 Vereinigung Deutscher Elektrizit twerke Frankfurt WEC 1988 Environmental Effects Arising from Electricity Supply and Utilisation and the Resulting Costs to the Utility World Energy Conference Report London Oko Institut GhK WZ III 105 GEMIS 2 3 Proze ketten f r Energiesysteme Im GEMIS Programm werden ber die bisher diskutierten Heizsysteme hinaus auch die Umweltaspekte von Anlagen ber cksichtigt die zur Bereitstellung von Brennstoff
449. trombereitstellungssysteme unter Emissionsgesichtspunkten zu beurteilen sind Uber die blichen Stromerzeugungssysteme hinaus wurden auch solche f r regenerative Energietr ger in den Vergleich einbezogen sowie Heizkraftwerke HKW 3 Bei den HKW interessiert dabei nicht die Emissionsbilanz hinsichtlich der ausgekoppelten W rme sondern die sich unter stromseitigem Blickwinkel ergebenden Anteile Anstelle des Bezugs der Gesamtemissionen auf die bereitgestellte W rme und nachfolgender Stromgutschrift kann das GEMIS Programm f r diese Berachtung die gesamten Emissionen eines KWK Systems der Stromerzeugung zurechnen und f r die parallel bereitgestellte W rme die Emissionen eines Heizsystems gutschreiben vgl Exkurs 1 Kapitel 1 F r die W rme gutschrift wurde eine lheizung herangezogen Die folgende Tabelle zeigt die sich ergebenden Schadstoffwerte Tabelle 179 Gesamtemissionen von Stromsystemen AA A in kg f r 100 MWh Strombereitstellung frei Netz Anmerkungen 1 W rmegutschrift ber Ol Heizung 2 Gro es System auf nutzbarer Fl che keine D cher o 3 Bei der Bewertung der Ergebnisse ist zu beachten da die gegen bergestellten Stromsysteme in der Regel in unterschiedlichen Lastbereichen eingesetzt werden Wenn KWK Systeme mit Grundlast Stromerzeugern verglichen werden gilt dies nur insoweit wie die W rmegutschrift tats chlich ber das ganze Jahr erfolgt Grundlastbetrieb des KWK Systems Dies wird aus ko
450. tung der Haldensickerw sser in der Regel h her liegt Damit d rfte sicher sein da ber weitaus l ngere Zeitr ume die betreffenden Fl chen einer nat rlichen Nutzung entzogen sind Inwieweit damit ein Beitrag zur Gef hrdung von Tier und Pflanzenarten gesehen werden kann ist aufgrund der sp rlichen Fallstudien nicht zu entscheiden Erneuerbare Energien Bei den regenerativen Energiesystemen sind mit Ausnahme der Wasserkraft und der Biomassenutzung keine gr eren Probleme im Hinblick auf Tier und Pflanzenwelt zu beachten unter der Voraussetzung vgl Kapitel E 1 2 da im Zuge der Nutzung gewisse Umweltstandards eingehalten werden lt MEDSKER 1982 gt Solarenergie Die direkte und indirekte Nutzung von Solarenergie zur Bereitstellung von W rme oder Elektrizit t kann w hrend der Konstruktions und Bauphase der Energiewandler sowie bei erforderlichen Wartungsarbeiten zu St rungen von sensiblen Tierarten f hren wenn die Anlagen in entsprechenden Regionen errichtet werden Durch vorsichtige Standortwahl und Wartungszyklen lassen sich diese Aspekte aber minimieren Schlie lich ist f r alle Solarenergiewandler die auf schon berbauten Fl chen D chern errichtet werden wegen des Fehlens von Emissionen aller Art im Normalbetrieb eine Gef hrdung von Lebewesen auszuschlie en lt OECD 1988 gt I Je Reaktor Betriebsjahr sind immerhin schwachaktive Reststoffvolumina in der Gr enordnung von 105 m3 zu erwarten gegen
451. tut GhK WZ III 175 GEMIS Angaben in kg t berechnet nach lt DAVIDS LANGE 1986 gt Ausgehend von diesen beiden Teilbetrachtungen wurden nun die f r Beginn der 90er Jahre zu erwartenden Emissionsfaktoren abgeschatzt wobei f r Aluminium und E Stahl der Elektrodenabbrand e f r Zement die SO gt Einbindung im Klinker NOx Minderungstechniken sowie die CO2 Emissionen beim Kalzinieren f r Glas die Gegenl ufigkein von NO Minderung und Spezialglasanteil generell verbesserte Entstaubungstechnik Gewebefilter einbezogen wurden Die sich aus dieser Betrachtung ergebenden Werte f r das GEMIS Programm zeigt folgende Tabelle Tabelle 171 Materialbezogene Emissionsdaten f r GEMIS sa EL BEE EEE Angaben in kg t nach eigenen Berechnungen 2 4 2 Materialvektoren f r Energiesysteme Die Definition von Materialvektoren als Beschreibung der Zusammensetzung von Energiesystemen hinsichtlich energetisch emissionsseitig interessanter Materialien erfordert eine Abstraktion von konkreten Einzelanlagen da die Vielfalt der m glichen Anlagen Varianten und Herstellungsverfahren eine konsistente Behandlung realer Anlagen im Rahmen des GEMIS Projekts nicht erlaubt Diese Abstraktion soll durch die Definition von Modell Anlagen Prototypen geleistet werden die von den GEMIS Nutzern im Einzelfall an die konkreten Bedingungen angepa t werden k nnen Oko Institut GhK WZ III 176 GEMIS Die Modell Anlagen sollen einerseit
452. twerksentstickung in Energie Spektrum 1 88 S 26 28 ENGELHARD LENZ 1984 Umweltaspekte beim Einsatz von Braunkohlenprodukten in Braun kohle Jg 36 1984 Heft 12 S 410 ff EPA 1979 Source assessment residential combustion of coal EPA 600 2 79 019a NTIS PB 295649 EPA 1980 EPA s research programm for controlling residential wood combustion emissions R E Hall D G DeAngelis in JAPCA vol 30 1980 p 862 867 EPA 1986 External combustion particulate emissions source category report Air and Energy Eng Res Lab EPA 600 7 86 043 Research Triangle Park EPA 1987 The Northwest cooperative woodstove study Vol I II Air and Energy Eng Res Lab EPA 600 7 87 026a b Research Triangle Park FARAGO 1985 Rauchgasentschwefelung bei Haushalts lfeuerungen in VDI 1985 S 399 411 FICHTNER 1986 Schadstoffbewertung der Heizsysteme Einflu von emissionsmindernden Ma nahmen auf die Schadstoffbewertung der Heizsysteme unter Ber cksichtigung der damit verbundenen Kosten Reihe rtliche und regionale Energieversorgungskonzepte Bd 10 Bonn FICHTNER 1988a Entstickung bei Sonderm llverbrennungsanlagen Stuttgart FICHTNER 1988b Emissionsvergleich Blockheizkraftwerk Heizwerk und Fremdstrombezug K J Linder S Mettler in Energieeinsparung in Krankenh usern BUND BER ed Bonn S 27 31 FLAKT 1985 Stand und Entwicklungsm glichkeiten der Spr habsorptions verfahren Butzbach GHE 1986 Zwischenbericht Wissenschaftliche be
453. u gerin geren Reststoffmengen f hrt g nstigere SO NO und Halogenemissionen wenn die Anlagen mit gestufter Luftzuf hrung ausger stet werden Die zirkulierende WSF Technologie ZWSF erlaubt die derzeit niedrigsten Schadstoffwerte und den geringsten Reststoffmengen wobei diese Reststoffe auch die g nstigsten Verwertungsm glichkeiten bieten Allerdings ist hier der technische Aufwand am h chsten soda diese Technik f r kleine Feuerungen erhebliche Mehrkosten gegen ber herk mmlichen Verbrennungsverfahren aufweist Die druckaufgeladene WSF ist bislang nur in Technikums und Pilotanlagen realisiert Die Ergebnisse deuten auf ein gegen ber der station ren WSF verbessertes Schadstoffabgabeverhalten und geringere Reststoffmengen hin Ob diese WSF Technik aber die schon heute demonstrierten niedrigen Emissio nen der zirkulierenden WSF erreicht ist derzeit offen Oko Institut GhK WZ III 61 GEMIS Probleme der WSF Technik Eine Untersuchung des BATTELLE Instituts zum Emissionsverhalten von WSF lt BATTELLE 1987 gt zeigte einige noch ungel ste Fragen auf die bei der WSF Technik in Bezug auf die Umweltrelevanz bestehen Dies ist einerseits die NO Minderung bei station ren WSF die bislang der bei Rostfeuerungen mit Prim rma nahmen erzielbaren unterlegen ist Andererseits ist das Minderungspotential bei den Halogenemissionen derzeit gegen ber konventionellen Emissionsminde rungstechniken Na und QT REA relativ gering Auch das
454. uerungen k nnen wegen des relativ hohen Aschegehalts von rd 4 Rohgasstaubbeladungen von ca 5000 mg m3 auftreten zus tzlich k nnen bis zu 2500 mg m3 unverbrannter Kohlenstoff bzw CnHm partikelf rmig oder als Aerosol im Abgas vorhanden sein Im Heizungsbereich unter 0 1 MWth k nnten Strohfeuerungen mit aufwendigen Ma nahmen Gewebefilter Reingaswerte unter 20 kg TJ einhalten herk mmliche Feuerungen alleine berschreiten diesen Wert deutlich auch dann wenn brikettierter Brennstoff eingesetzt wird lt KAMM 1983 gt lt KAMM R HM 1984 gt Nur mit stark verdichtetem Brennstoff Pellets Cobs in Stokerfeuerungen oder Vor fen sind relativ geringe Staubwerte erzielbar Hierzu liegen Messungen vor die Staub Werte unter 60 kg TJ ergeben lt ARENHA 1986 gt Stoker Feuerungen wiesen auch bei Messungen der Landtechnik Weihenstephan geringe Staubemissionen auf lt STREHLER 1987 gt hnliches wird aus D nemark berichtet lt JOHANSSON 1987 gt NFM 1984 gt Bei gr eren Anlagen m ssen Gewebefilter vgl die Diskussion zum Holz eingesetzt werden die Reingaswerte um 40 kg TJ bei mittleren und 20 kg TJ bei gro en Anlagen erreichen lt SFF 1985 gt Entsprechende Erfahrungen in Skandinavien und sterreich belegen da mit modernen Verbrennungsverfahren und nachgeschaltetem Gewebefilter bei gr eren Anlagenleistungen ber 1 000 kWth ein staubarmer Betrieb von Strohfeuerungen m glich ist lt AN 1986 gt lt SEV SNV 1987 g
455. ufzeit Ein Kriterium f r die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik in Sonnenenergie 6 86 S 14 17 BNL 1980a Photovoltaic energy technologies Health and environmental effects document Brookhaven Nat Lab BNL 51284 Upton BNL 1980b Potential environmental problems of photovoltaic energy technology Brookhaven National Lab BNL 51431 Upton Oko Institut GhK WZ III 178 GEMIS BNL 1981a Comparison of input output and process analyses BNL 30751 Brookhaven National Laboratory Upton BNL 1981b Reference material system for estimating health and environmental risks of selected materials cycles and energy systems BNL 51563 Brookhaven National Laboratory Upton BNL 1981c Examining public and occupational health risks of photovoltaic energy technologies BNL 51467 Upton BNL 1981d Assessing occupational health and safety risks of renewable energy technologies at the national level BNL 30749 Upton BNL 1983 Costs of controlling emissions from the manufacture of silicon photovoltaic cells using dendritic web technology BNL 51804 Upton BNL 1984 Overview of risk analysis and its assessment for energy production and use BNL 35463 Brookhaven National Laboratory Upton BNL 1985 Potential health and safety hazards associated with the production of cadmium telluride BNL 51832 Upton BOLKOW 1988 Kostendegression Photovoltaik Stufe 1 Fertigung multikristalliner Solarzellen und ihr Einsatz im Kraftwerksbereich Ludwig B lkow
456. untries Bad Homburg HOLDREN 1982 Energy Hazards What to Measure What to Compare in Technology Review April 1982 p 33 38 74 75 HOLDREN 1987 Global environmental issues related to energy supply the environmental case for increased efficiency of energy use in Energy vol 12 1987 no 10 11 p 975 992 IFEU 1985 Energieversorgungskonzept Reiskirchen 0 0 INFRAS 1981 Proze datenspiegel f r 42 F rderungs Transport und Umwandlungsprozesse im Bereich der Raumw rmeversorgung Z rich JUNG 1985 Anmerkungen zu den Emissionsvergleichen des Umweltbundesamtes zu den verschiedenen Heizungssystemen VDEW Abt K Frankfurt Oko Institut GhK WZ III 16 GEMIS KFA 1983 Stand und Entwicklungstendenzen der Raumw rmeversorgung der Haushalte Vergleich ausgew hlter Heizungssysteme unter energetischen konomischen und kologischen Gesichtspunkten j l spez 234 J lich KFA 1988 Energie und Umwelt als Optimierungsaufgabe Das MARNES Modell M Walbeck et al KFA J lich Berlin usw KRANTZ 1987 Objektbezogenes und teil rtliches Energiekonzept im Versorgungsgebiet der Stadtwerke Bad Hersfeld H Krantz GmbH Aachen MEDSKER 1982 Side effects of renewable sources of energy sources Environmental Policy Research Department Report 15 rev edition National Audubon Society New York MR ASS 1985 Grundlagen f r ein Energieversorgungskonzept Marburg Magistrat Amt f r Stadtentwicklung und Statistik Marburg ed Schriften zur M
457. ur zu Kapitel 2 3 AHLGRIMM 1983 Energieflu in landwirtschaftlichen Biogasanlagen in Wissenschaft und Umwelt 4 1983 S 206 213 BINE 1988 Energie aus Biomasse B rger Information Neue Energietechniken Bonn BGW 1988 pers Mitt von Herm Eisenbeis Bundesverband der deutschen Gas und Wasserwirtschaft Bonn vom Mai 1988 BMFT 1985 Vergasung von Biomasse und Nutzung des Gases zum Antrieb von Motoren P Schulze Lammers M Leuchs BMFT Bericht T85 066 Freising M nchen BMWI 1988 Die Elektrizit tswirtschaft in der BRD im Jahre 1987 Statistischer Bericht des Referats Elektrizit tswirtschaft im Bundesministerium f r Wirtschaft 39 Bericht in Elektrizit tswirtschaft vol 87 1988 Heft 20 S 925 1005 BOEHM 1987 Braunkohlebergbau und Wasserwirtschaft in Braunkohle vol 39 1987 Heft 12 S 423 429 BOHN SAUER ZEISE 1984 Energietransport speicherung und verteilung Handbuchreihe Energie Band 11 Gr felfing K ln BRECHT 1980 Technologien zur Einsparung von Erdgas in gwf gas erdgas vol 121 1980 Heft 8 S 323 329 BUYKEN WALDVOGEL 1985 Erfahrungen beim F rdern mit Tiefpumpen und Tauchkreiselpumpen in Erd l Erdgas vol 101 1985 Heft 11 S 344 352 CEC 1988 Biennial Energy Status Report 1988 California Energy Commission Sacramento CERBE 1988 Grundlagen der Gastechnik J Cerbe M nchen Wien 3 Aufl CMA 1982 Bereitstellung von Rohholzhackschnitzeln durch die Forstwirtschaft zur Energiegewinnung Centrale Ma
458. verwendeten Daten In Kapitel 2 3 werden Proze ketten f r die Bereitstellung von Brennstoffen definiert und deren energetischen und emissionsseitigen Kennwerte abgeleitet Diese Proze ketten umfassen alle relevanten Anlagen die von der Prim renergiegewinnung bis zur Anlieferung von Endenergie frei Verbraucher ben tigt werden Kapitel 2 4 zeigt Grunddaten f r den Energieaufwand und die Emissionen bei der Herstellung von Materialien auf und diskutiert die Materialbedarfe f r Energiesysteme einschlie lich Proze ketten Im Kapitel 2 5 schlie lich werden die Rechenvorschriften und Programm Elemente besprochen mit deren Hilfe das GEMIS Programm die Gesamtemissionen von Energiesystemen und qualitative Umweltaspekte bilanziert 2 1 Emissionsdaten von Heizsystemen Im Rahmen der GEMIS Arbeiten bildete die Definition von Emissionsfaktoren f r Heizsysteme einen Schwerpunkt der Arbeiten Es waren nur neue Anlagen zu betrachten und f r sie zwei Emissionsdatens tze EDS zu ermitteln der EDS STANDARD beschreibt das Emissionsverhalten von Anlagen die nach dem gesetzlichen Rahmen in der Bundesrepublik betrieben werden der EDS BEST umfa t Anlagen bei denen fortschrittliche Emissionsminderungstechniken zum Einsatz kommen Als dritter Emissionsdatensatz wurden die Emissionsbegrenzungen nach den Umweltanforderungen der Richtlinien zum Hessischen Energiespar Gesetz HEnSpG verwendet soweit sie f r Anlagen definiert sind Beim EDS S
459. vorliegen Oko Institut GhK WZ III 157 GEMIS Tabelle 153 Kenndaten der Proze kette Holzgas a EEE Die negativen Bilanzwerte bei CO zeigen da durch die Stromerzeugung des Hilssystems BHKW mehr Emissionen substituiert werden als der Vergasungsproze selbst abgibt23 Beachtlich ist aber der hohe NO Aussto der trotz geregeltem Dreiwege Katalysator des Hilfssystems BHKW auftritt Dies liegt insbesondere am niedrigen Heizwert des Holzgases und den Emissionen zur Bereitstellung der Holz Hackschnitzel Sofern Restholz aus der Holzverarbeitung z B Sp ne genutzt w rde w ren die Emissionen drastisch niedriger Stroh Cobs Gewinnung von Stroh Die Gewinnung von Reststroh ist wie die von Restholz nur mit dem Transportaufwand behaftet der zur Anlieferung der Biomasse an einer zentralen Kompaktierungsstation ben tigt wird Wird wie beim Holz als obere Grenze eine Transportentfernung von 50 km angenommen ergibt sich f r den LKW Transport ein Treibstoffbedarf von rd 1 des Stroh Heizwerts Die nachfolgende Tabelle zeigt die entsprechenden Daten Tabelle 154 Kenndaten des Stroh Lkw Eingangsanbindung Stroh Aufkommen on Brennstoff Hilfsenergiebedarf MJ t km Transportverluste 100 km 23 F r die Stromgutschrift des BHKW wurde der Grundlast Kraftwerkspark herangezogen Oko Institut GhK WZ III 158 GEMIS Brennstoff Aufbereitung Das Kompaktieren von Reststroh erfordert Antriebsenergie fiir die Presse Ublicherwei
460. w als Sch diger sondern ihre Folgeprodukte Dies gilt insbesondere f r Sulfate und Nitrate Beim Ozon als NOx Sekund r produkt ist zu beachten da die regionale Luftbelastung mit CO NOx und Kohlenwasserstoffen in Verbindung mit Intensit t und Dauer der Sonneneinstrahlung die Bildung bei gegebener NOx Emission extrem beeinflu t Das mehr oder weniger Herauskiirzen der Transport und Umwandlungseffekte ist daher nicht gegeben und wird zuk nftig wegen der Emissionsreduktion bei Kraftwerken und Feuerungen noch weniger gegeben sein e Schlie lich ist die Umrechnung der Emissionen mit Toxizit tsfaktoren auf Belastungsgewichte f r alle Schadensaspekte methodisch fragw rdig die MAK Werte geben Belastungsgrenzen f r die Arbeitswelt und spiegeln hohe Spitzenbelastungen wieder w hrend Material Gesundheits sowie Flora und Faunasch den ber ein umstrittenes Mix von chronischer Belastung und Schadstoffpeaks gepr gt werden weiterhin beeinflussen kumulative Aspekte z B Staub SO2 das Geschehen Wie oben ausgef hrt ist bei gro r umigen Betrachtungen zudem nicht auf die prim ren sondern die sekund ren Schadstoffe abzustellen also auf Sulfat Nitrat Ozon usw deren Schadenspotential nicht der Rangordnung der MAK Werte folgt Das bei den fossilen Energietr gern verwendete Verfahren zur Verkn pfung von Emissionen mit Umweltsch den bzw deren Kosten ist daher u E nicht geeignet die relevanten Aspekte zu beschreiben Di
461. werden lt FICHTNER 1986 gt Amerikanische Studien kommen zu NOx Werten von 115 171 kg TJ lt HUGHES DeANGELIS 1982 gt bzw 130 kg TJ lt EPA 1979 gt F r moderne Feuerungssysteme ist u E von NOx Werten von 50 kg TJ als Mittel ber die Feuerungsperiode auszugehen wenn die zur Erreichung niedriger CO und CnHm Werte erforderlichen hohen Verbrennungstemperaturen unterstellt werden Dies stimmt mit den vom UBA ermittelten Emissionsfaktoren im Sektor Haushalt berein lt UBA 1989 gt Dieser Emissionsfaktor wird f r Heizanlagen im EDS STANDARD und BEST bernommen Gr ere k nnen durch prim re NOx Minderungsma nahmen Verbrennungsluftf hrung Werte um 150 kg TJ erreichen Der Einsatz von sekund ren NOx Minderungstechniken z B SCR Verfahren kommt bei der relative geringen Anlagengr e der hier betrachteten Systeme wegen des hohen Aufwands nicht in Frage F r die gr eren Anlagen ber 1 000 kWth ist daher sowohl im EDS STANDARD wie auch in BEST von einem NOx Emissionsfaktor von 150 kg TJ auszugehen Oko Institut GhK WZ III 31 GEMIS Halogene In Steinkohlen sind neben Schwefel und Stickstoff auch Halogene Chlor und Fluor enthalten die bei der Verbrennung in konventionellen Feuerungen freigesetzt werden Die Inventare von Chlor und Flur wurden von der Bergbauforschung ermittelt lt BF 1987 gt wobei Gehalte von 0 04 0 08 Gew Cl fiir Anthrazit 0 13 Gew Cl fiir Gasflammkohle und 0 04 0 1 Gew Cl fiir Steinkohlenbriketts g
462. wesentliche Teile der Komponenten rezykliert werden k nnen also als Sekund rrohstoff wieder f r andere Komponentenherstellungen zur Verf gung stehen womit sich der dem Energiesystem zurechenbare materialbezogene Energieaufwand verringern kann Die w hrend der Betriebszeit der Anlage ber Hilfsstoffe z B Kalk f r eine Entschwefelung Schmiermittel zugef hrte Energie ist ebenfalls dem Materialaufwand zuzurechnen wird in der Regel aber vernachl ssigt lt HARTMANN 1986 gt In der Literatur werden z T auch die Hilfsenergien zur Bereitstellung von Brennstoffen z B Uran Anreicherung sowie die von der Anlage selbst geforderten Hilfsenergieinputs Beleuchtung Kommunikation Antriebe etc in den Gesamtenergieaufwand eingerechnet lt DFVLR 1988 gt Im Rahmen der GEMIS Systematik fassen wir diese Inputs jedoch einerseits ber die vorgelagerte Proze kette z B beim Uran die 235U Anreicherung andererseits ber die Definition von Netto Nutzungsgraden und w rme sowie stromseitige Hilfsenergien die dem Brennstoffdurchsatz und damit den direkt verursachten Emissionen zugerechnet werden Der so definierten Gesamt Aufwand kann dann entweder auf die Jahres Nettoenergiebereitstellung der Anlage bezogen energetische Amortisationsszeit oder e als Kehrwert mit der w hrend der gesamten Anlagenlebensdauer bereitgestellten Netto Energiemenge multipliziert Erntefaktor werden Die erste der 0 g Verkn pfungen liefert dann die Zeit
463. wobei mehrere Anlagen vorhanden betrieben werden m ssen um deren Emissionen zur Definition von BEST Daten zu verwenden Dieser Datensatz gleicht der amerikanischen Definition der Best Available Control Technology BACT Da Umgebungsluft einen Sauerstoffgehalt von rd 21 Vol aufweist ergibt sich dieser Wert als obere Grenze f r unendlichen Luft berschu Oko Institut GhK WZ III 20 GEMIS Eine Schadstoff Konzentrationsangabe von z B 100 mg m3 bei einem O Wert von 15 Vol entspricht einer Konzentration von 300 mg m3 bei einem O Wert von 3 Vol Durch die in GEMIS verwendete Umrechnung auf energiebezogene Emissionsfaktoren die allen von der Brennstoffzusammensetzung abh ngen wird diese Mehrdeutigkeit der Abgaskonzentration vermieden 2 1 1 Emissionen von Heizsystemen f r Heiz l EL Roh l wird in den Raffinerien zu verschiedenen Einsatzqualit ten aufgearbeitet die ber DIN Normen festgelegt sind Bei der Aufarbeitung werden u a der Schwefel und Aschegehalt gegen ber Roh l gesenkt Die folgenden Tabellen zeigen die gesetzlichen Emissionsgrenzwerte und die hieraus errechneten Emissionsfaktoren die f r lheizsysteme gefordert werden Tabelle 2 Emissionsgrenzwerte f r Heiz l EL Feuerungen Wei ase Saum COT atts NO Timo Vol em roma on EA CO CO CN CAN mia po e A LEE Anmerkungen D Begrenzung der Ru zahl auf 1 2 prim re NOx Reduktion nach Stand der Technik gefordert Tabelle 3 Emissionsfakto
464. wohl eine Sichtung der Literatur z B OECD 1988 MEDSKER 1982 als auch eigene berlegungen zu den Auswirkungen von Energiesystemen auf die Umwelt zeigen eine fast un berschaubare Vielfalt denkbarer Aspekte Es w re nun wenig hilfreich f r die Bewertung von Energiesystemen und auch kaum zu bew ltigen wenn alle m glichen Aspekte mit in die Bewertung einbezogen werden m ten Deshalb wurde eine Reduzierung vorgenommen vgl Abbildung 9 Konkretisiert am Beispiel Wasserkraftnutzung ergibt sich folgendes Vorgehen Zuerst wird die Liste der m glichen Auswirkungen dadurch reduziert da die konkrete Nutzungssituation z B hessische Verh ltnisse einbezogen wird was zu einer drastischen Verringerung der zu betrachtenden Anlagengr en f hrt weder sind gro e Staudammprojekte relevant noch liegen die Laufwasseranlagen in einer Gr enordnung wie sie aus den USA bekannt sind Eine weitere Reduzierung wird durch die Vorentscheidung erm glicht all diejenigen Nutzungen auszuschlie en die nicht gewisse Umweltschutzstandarts von vornherein einhalten z B ausreichende Wasserrestmengen im Miutterlauf belassen und eine Gew sserverschmutzung durch Emissionen der Anlagen z B Schmierstoffe weitgehend vermeiden Schlie lich erfolgt eine Reduzierung durch eine In Beziehung Setzung der m glichen Auswirkungen einer energetischen Nutzung zur Gesamtbelastungssituation durch alle also auch nichtenergetische Verursacher vgl dazu u
465. z B wie gro der Anteil der energiebedingten Gef hrdung von Tieren und Pflanzen an der Gesamtgef hrdung sein kann Je h her dieser Anteil umso eher sollte der Aspekt gro es Gewicht bei der umweltseitigen Analyse und bei der energiespezifischen Entscheidungen finden Die Verursacherintensit t dient somit als Filter f r die bei einer umweltpolitisch mit motivierten Entscheidung zu beachtenden Umweltaspekte Ausgehend von Studien des Sachverst ndigenrates f r Umweltfragen lt SRU 1981 1988 gt sowie einer amerikanischen Arbeit lt HOLDREN 1987 gt wurde von uns dieses Relevanzfilter angewendet zu einigen Grund Daten vgl Anhang 3 Als relevante Umweltaspekte f r Energiesysteme ergaben sich daraus Emissionen in die Atmosph re Boden bzw Fl chenbelastung Feste Reststoffe Beeintr chtigung und Gef hrdung von Tier und Pflanzenarten Unfallrisiken bei Bau und Betrieb Nicht generell zu betrachten sind u E sozio kulturelle Aspekte z B Auswirkungen auf Erholung sthetik da diese im deutschen Sprachraum blicherweise nicht als Teil der engeren Umweltproblematik gesehen werden Dies steht im Gegensatz zum anglo amerikanischen Sprachraum wo diese Aspekte wie etwa boomtown effects scenic areas unique cultural resources einen wichtigen Teil der Umweltdiskussion bilden vgl dazu Anhang 1 4 2 2 Risiko als Ma gr e Die Auswirkungen von Unf llen gingen schon seit langem zumindest als Teilaspekt in di
466. ze bedingte Schadstoffemissionen Da keine der vorliegenden Studien nachvollziehbare und f r die 90er Jahre verwendbare Emissionsdaten der Materialherstellung ergab wurden im Rahmen der GEMIS Arbeiten eigene Werte ermittelt Ausgangspunkt dieser Analyse bildete die von lt L BLICH 1985 gt getroffene technologiespezifische Unterteilung in energie und proze spezifische Emissionen Als erster Anhaltspunkt wurde die Emissionsmenge errechnet die sich bei der Bereitstellung der f r die Materialherstellung erforderlichen Energie vgl oben ergibt Als Voraussetzung wurde hierbei eine Kohle Gro feuerung unterstellt die nach dem Emissionsdatensatz STANDARD betrieben wird vgl Kapitel B 1 Diese in der Tabelle B 4 3 aufgef hrten Werte k nnen auch als N herung f r ein indu strielles Brennstoff Mix aus emissions rmeren Erdgas und Heiz l Feuerungen sowie Steinkohle in emissionsintensiveren kleineren und mittleren Proze feuerungen verstanden werden Tabelle 169 Materialbezogene Emissionsdaten 1 N herung BEE ICI IC IC e en Tem a p p p po pe vee for foros os SC CA an fs fos CE LE CI CE EC A Ausgehend von dieser Betrachtung wurden Daten des Umweltbundesamtes zur Wirkung der TA Luft auf die Emissionen industrieller Prozesse ausgewertet lt DAVIDS LANGE 1986 gt Die folgende Tabelle zeigt die aus den dort genannten Basisdaten errechneten Emissionsfaktoren Tabelle 170 Materialbezogene Emissionen nach UBA Daten Oko Insti
467. zeln und Strohcobs unterstellen wir den Einsatz von Stoker bzw Pyrolysefeuerungen die als Zentralheizanlagen mit kontinuierlicher Beschickung ausgelegt werden sollen Diese Anlagen erzielen Nutzungsgrade von mindestens 70 lt BPA 1988a b gt F r Regelung und Beschickung nehmen wir einen Strombedarf von 2 5 an bezogen auf die bereitgestellte W rme 2 2 5 Heizsysteme mit Kraft W rme Kopplung Neben den vorstehend diskutierten Heizsystemen werden im GEMIS Programm auch Anlagen einbe zogen die Heizw rme ber einen Kraft W rme Proze bereitstellen KWK Anlagen Charakteristische Gr e f r den w rmebezogenen Nutzungsgrad ist der thermische Nutzungsgrad des Prozesses d h das Verh ltnis von ausgekoppelter W rme zum gesamten eingesetzten Brennstoff so wie die Stromkennzahl die das Verh ltnis der in KWK erzeugten Strommenge zur parallel bereitge stellten Koppelw rme angibt Die Zurechnung des Energieaufwands bei der KWK wurde im Kapitel 2 1 Exkurs 1 diskutiert der Algorithmus zur Berechnung der Energiestr me aus dem thermischen Nutzungsgrad n und der Stromkennzahl k wird im Kapitel 2 5 dargestellt Im folgenden werden daher allein die anzusetzenden Werte f r n und k diskutiert Aus den analysierten Arbeiten zu KWK Systemen wurde eine F lle von Werten extrahiert die als Wertebereich heutiger KWK Systeme gelten k nnen Die folgenden Tabellen geben eine Zusammenstellung dieser Daten wobei jeweils zwischen gro en E
468. zwar z T nennenswerte Schadstoffreduktionen bei den Staub und CO Werten haben aber an der Problematik der hohen CnHm Emissionen wenig g ndert wenn der Brennstoff in herk mmlichen Anlagen eingesetzt wird lt KAMM 1984 gt lt NMB 1985 gt lt TUM 1984 gt Allein Stoker und Vorofen Feuerungssysteme f r Pellets Cobs k nnen wegen der regelbaren Brennstoffzugabe und der Nachverbrennung der Pyrolysegase dann zu geringen CO und CnHm Emissionen f hren wenn die Flammen nicht durch W rmetauscher Kessel vor dem vollst ndigen Ausbrennen gek hlt werden Solche modernen Feuerungen k nnen CO Emissionen zwischen 100 und 1000 kg TJ erreichen und liegen damit m Bereich der mit fossilen Festbrennstoffen befeuerten Heizanlagen Die CnHm Emissionen k nnen Werte von 50 250 kg TJ annehmen und sind damit ebenfalls mit denen fossiler Festbrennstoffe vergleichbar Qualitativ ist Stroh somit hinsichtlich organischer Schadstoffe hnlich einzuordnen wie die fossilen Festbrennstoffe die Werte liegen 2 bis 10 fach h her als bei gas oder lbefeuerten Heizanlagen Bei gr eren Feuerungen sind organische Emissionen im Bereich von Gas und lfeuerungen erreichbar wenn modernste Verbrennungstechniken zum Einsatz kommen Anzumerken ist bei den im GEMIS Projekt nur qualitativ einzubeziehenden organischen Emissionen da eine d nische Untersuchung zur Bildung von Dioxinen bei der Strohverbrennung vorliegt lt NIELSEN PEDERSEN 1987 gt Danach sind

GEMIS 1 Endbericht - Bund der Energieverbraucher e.V.

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