Klima- und Ressourcenbilanz für die Abfallentsorgung des Landkreises

Transkript

1 Klima- und Ressourcenbilanz für die Abfallentsorgung des Landkreises Kassel Vergleich des Status Quo mit vier Entwicklungsszenarien Berlin, den Autoren: Dipl. Ing. Günter Dehoust (Öko-Institut) Dr. Hartmut Stahl (Öko-Institut) Dipl. Ing. Peter Gebhardt (Ingenieurbüro für Umweltschutztechnik) Öko-Institut e.v. Geschäftsstelle Freiburg Postfach Freiburg. Deutschland Hausadresse Merzhauser Straße Freiburg. Deutschland Tel. +49 (0) Fax +49 (0) Büro Darmstadt Rheinstraße Darmstadt. Deutschland Tel. +49 (0) Fax +49 (0) Büro Berlin Schicklerstraße Berlin. Deutschland Tel. +49 (0) Fax +49 (0)

2 II Klima- und Ressourcenschutz der Abfallwirtschaft im Landkreis Kassel

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Methodik der Klima- und Ökobilanz Substitutionsprozesse Systemgrenzen Sachbilanz Methode der Wirkungsabschätzung Beschreibung des Status Quo sowie der Entwicklungsszenarien Status Quo (Situation 2012) Entwicklungsszenario 1 (E1: Einheitliche Wertstofftonne) Entwicklungsszenario 2 (E2: Graue Wertstofftonne mit LVP; Recycling) Entwicklungsszenario 3 (E3: Graue Wertstofftonne ohne LVP; Recycling) Entwicklungsszenario 4 (E4:Graue Wertstofftonne mit LVP; EBS- Nutzung) Stoffströme der oben beschriebenen Szenarien Stoffströme des Jahres 2012 unter Berücksichtigung aller Abfallfraktionen des Landkreises Stoffströme des Bezugsjahres Sachbilanz Sammlung und Transporte Umschlagstationen und mechanische Aufbereitung Thermische Verwertungsverfahren Gut- und Lastschriften für die stoffliche Verwertung Bilanzierung des Vergleichs Status Quo mit dem Jahr Ergebnisse der Bilanzierung Szenarienvergleich Vergleich des Status Quo mit der Situation im Jahr Sensitivitätsbetrachtungen Alternative Gutschriften für das Braunkohlekraftwerk Höherer Anteil der thermischen Verwertung von EBS im Zementwerk III

4 7 Zusammenfassung und Fazit Literatur Anhang IV

5 Abbildungen Abb. 1 Bilanzierung von Emissionen, Energie- und Betriebsmittelverbrauch Abb. 2 Räumliche Lage der wesentlichen im Bericht betrachteten Entsorgungsanlagen des LK Kassel Abb. 3 Schematische Darstellung der Sortieranlage in Weidenhausen, wie sie derzeit betrieben wird [Kern/Siepenkothen 2013] Abb. 4 Schematische Darstellung einer LVP Sortierung nach dem Stand der Technik [Dehoust/Christiani 2012] Abb. 5 Funktionsweise des multifunktionalen Sortiersystems zur Abtrennung von verschiedenen Wertstofffraktionen aus einem Wertstoffgemisch [Kern/Siebenkothen 2013] Abb. 6 Bilanzrahmen der Bilanzierung zusätzlich erfasster Mengen Altpapier im Vergleich zur Verbrennung in der MVA [Dehoust et al 2008] Abb. 7 Asymmetrische Systemgrenzen der Vergleichsszenarien ohne Berücksichtigung der Holznutzung; nach [Dinkel 2000, Dinkel 2006] Abb. 8 Symmetrische Systemgrenzen der Vergleichsszenarien mit Berücksichtigung der Holznutzung; nach [Dinkel 2000, Dinkel 2006] Abb. 9 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) (Gesamtdarstellung der Minimal- und Maximalvarianten bei E2 und E3) Abb. 10 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium kumulierter Energieaufwand (KEA) (Gesamtdarstellung der Minimal- und Maximalvarianten bei E2 und E3) Abb. 11 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) beim Vergleich des Status Quo mit der Situation im Jahr Abb. 12 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium kumulierter Energieaufwand (KEA) beim Vergleich des Status Quo mit der Situation im Jahr Abb. 13 Ergebnisse der Sensitivitätsbetrachtung Alternative Gutschriften für das Braunkohlekraftwerk für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) Abb. 14 Ergebnisse der Sensitivitätsbetrachtung Höherer Anteil der thermischen Verwertung von EBS im Zementwerk für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) Abb. 15 Ergebnisse der Sensitivitätsbetrachtung Höherer Anteil der thermischen Verwertung von EBS im Zementwerk für das Kriterium Kumulierte Energieaufwendungen (KEA) Abb. 16 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) (Gesamtdarstellung der Minimal- und Maximalvarianten bei E2 und E3 sowie Sensitivität Zement) Abb. 17 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium kumulierter Energieaufwand (KEA) (Gesamtdarstellung der Minimal- und Maximalvarianten bei E2 und E3 sowie Sensitivität Zement) Abb. 18 Ergebnisse der Bilanzierung der Behandlung aller im Landkreis Kassel anfallenden Abfallströme für das Jahr 2003, den Status Quo (2012) V

6 Abb. 19 und für die betrachteten Entwicklungsszenarien, sowohl für die Standardbilanz als auch für die beiden Sensitivitätsbetrachtungen für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) Ergebnisse der Bilanzierung der Behandlung aller im Landkreis Kassel anfallenden Abfallströme für das Jahr 2003, den Status Quo (2012) und für die betrachteten Entwicklungsszenarien, sowohl für die Standardbilanz als auch für die beiden Sensitivitätsbetrachtungen für das Kriterium Kumulierter Energieaufwand (KEA) VI

7 Tabellen Tab. 2.1 Mögliche Substitutionsprozesse am Beispiel der MVA Tab. 2.2 Wirkfaktoren für die Berechnung des Umweltkriteriums Treibhauseffekt Tab. 2.3 Fossile Energieressourcen und deren Energieinhalt [GEMIS 1994] Tab. 3.1 Zusammensetzung des Restabfalls im Landkreis Kassel [Kern/Siepenkothen 2012] Tab. 3.2 Zusammensetzung der LVP-Fraktion Tab. 3.3 Bebauungsstruktur des Landkreises Kassel Tab. 3.4 Zusammensetzung des Gemisches aus LVP und Restabfall im Landkreis Kassel Tab. 3.5 Ausbringungsraten für Metalle in Weidenhausen, Abschätzung nach [Christiani 2014] Tab. 3.6 Ausbringungsraten verschiedene Wertstofffraktionen bei der Aufbereitung von LVP [*Christiani 2014, ** DSD 2014] Tab. 3.7 Wertstoffausbringungsraten abgeleitet aus dem GIG-Versuch und dem Praxisversuch graue Wertstofftonne Tab. 3.8 Für die Stoffstrombilanz angenommene Wertstoffausbringungsraten Tab. 3.9 In den verschiedenen Varianten eingesammelte Mengen an Restabfall, LVP im Status Quo, wertstoffangereicherte LVP in der einheitlichen Wertstofftonne in E1 sowie Gemisch aus Restabfall und LVP in der Grauen Wertstofftonne in E2 und E4 (Angaben in Mg) Tab In Weidenhausen behandelte Abfallmengen sowie dabei ausgetragene Wertstoffe bzw. Wertstoffkonzentrate (Angaben in Mg) Tab In einer LVP-Sortieranlage behandelte Mengen an LVP und stoffgleichen Nichtverpackungen sowie ausgebrachte Wert- und Reststoffmengen (Angaben in Mg) Tab In der weiterführenden Sortieranlage in Deiderode behandelte Mengen an Wertstoffgemisch sowie ausgebrachte Wert- und Reststoffmengen bei den Varianten E2 und E3 (Angaben in Mg) Tab Summen aller Wertstoffe, die in den jeweiligen Varianten ausgebracht werden (Angaben in Mg) Tab Stoffströme der Abfallwirtschaft im Landkreis Kassel im Jahr 2012 (Angaben in Mg) Tab Stoffströme der Abfallwirtschaft im Landkreis Kassel im Jahr 2003 (Angaben in Mg) Tab. 4.1 Nutzlasten und Dieselverbrauch beim Einsammeln von Abfällen und beim Transport zu den Umschlagstationen Tab. 4.2 Angenommene Streckenlänge, Verbrauch und Nutzlast bei Transportvorgängen ab den Umschlagstationen Tab. 4.3 Angenommene Streckenlänge und spezifischer Verbrauch bei den Wertstofftransporten [DSLV 2013] Tab. 4.4 Unterer Heizwert und Anteile an Kohlenstoff der EBS-Fraktionen VII

8 Tab. 4.5 Unterer Heizwert und Anteile an Kohlenstoff bezogen auf den Glühverlust der Sortierreste, die im Zementwerk verwertet werden Tab. 4.6 Unterer Heizwert und Anteile an Kohlenstoff bez. auf den Glühverlust der biologischen Fraktion und der MHKW-Fraktion Tab. 4.7 Betriebsdaten des MHKW Kassel [MHKW 2013; ITAD 2002] Tab. 4.8 Betriebsdaten des HKW Witzenhausen [Wengenroth 2013] Tab. 4.9 Daten zu Gut- und Lastschriften, die im Rahmen der thermischen Verwertung sowie für Dieselverbrauch bei Transporten berücksichtigt wurden Tab Ergebnisse der Zwischenbilanz für die Verbrennung von Reststoffen im MHKW Kassel Tab Ergebnisse der Zwischenbilanz für Ersatzbrennstoff, der in Witzenhausen erzeugt wurde Tab Ergebnisse der Zwischenbilanz für Sortierreste, Mischkunststoffe und Reste aus der Wertstoffsortierung, die im Zementwerk mitverbrannt werden Tab Berechnung der KEA-Gutschrift für die organikreiche Fraktion; die im Braunkohlekraftwerk verwertet wird Tab Fremdstoff- und Wasseranteil in aussortierten Wertstofffraktionen Tab Daten zu Gut- und Lastschriften für das Recycling aus Literatur und Datenbanken Tab Emissionsfaktoren zur Bilanzierung des Treibhauspotentials der Stoffströme in den Jahren 2003 und Tab. 9.1 Ergebnisse des Variantenvergleichs für das Bewertungskriterium Treibhauspotential (GWP) Tab. 9.2 Ergebnisse des Variantenvergleichs für das Bewertungskriterium Kumulierter Energieaufwand (KEA) Tab. 9.3 Ergebnisse des Vergleichs Status Quo mit der Situation im Jahr 2003 für das Bewertungskriterium Treibhauspotential (GWP) Tab. 9.4 Ergebnisse des Vergleichs Status Quo mit der Situation im Jahr 2003 für das Bewertungskriterium Kumulierter Energieaufwand (KEA) Tab. 9.5 Ergebnisse der Sensitivitätsbetrachtung Höherer Anteil der thermischen Verwertung von EBS im Zementwerk für das Bewertungskriterium Treibhauspotential (GWP) Tab. 9.6 Ergebnisse der Sensitivitätsbetrachtung Höherer Anteil der thermischen Verwertung von EBS im Zementwerk für das Bewertungskriterium Kumulierter Energieaufwand (KEA) VIII

9 1 Einleitung Der Landkreis Kassel plant Änderungen in seinem Abfallwirtschaftssystem. In Zukunft sollen Restabfälle, Leichtstoffverpackungen (LVP) und stoffgleiche Nichtverpackungen in der bisherigen grauen Restabfalltonne gesammelt, nachträglich sortiert und verwertbare Stoffe recycelt werden. Die bisherige Sammlung der Gelben Säcke und die Einführung einer einheitlichen Wertstofftonne können dann entfallen. Der Landkreis Kassel nennt dieses System Graue Wertstofftonne. Der Landkreis möchte nun ermitteln, wie sich die geplanten Änderungen auf die Leistungen seines Abfallwirtschaftssystems zum Klimaschutz und zur Schonung energetischer Ressourcen auswirken. Dazu werden der Status Quo für das derzeit bestehende System (Basisjahr 2012) sowie vier Entwicklungsszenarien für die Stoffströme Restabfall und LVP aus Sicht des Klima- und Ressourcenschutzes bilanziert. Weiterhin möchte der Landkreis Kassel die in den letzten 10 Jahren erbrachten Leistungen zum Klima- und Ressourcenschutz bilanzieren. Der Status Quo wird dazu in Bezug zum Jahr 2003, also vor Beendigung der Deponierung und vor Einführung der Bioabfallvergärung, gesetzt. Bilanziert wird, angelehnt an die genormte Methode der Ökobilanzierung, das Kriterium Klimaschutzpotential (Global Warming Potential (GWP)) und beim Vergleich der Entwicklungsszenarien zusätzlich die Schonung energetischer Ressourcen (Kumulierter Energieaufwand (KEA)). Nach der Beschreibung der Methodik der Klimabilanz (vgl. Kapitel 2) werden die betrachteten Szenarien (Status Quo (Jahr 2012), die vier Entwicklungsszenarien sowie die Situation im Jahr 2003), deren Mengenströme (vgl. Kapitel 3) sowie die Bilanzdaten zur Beschreibung der Klimawirksamkeit und des Ressourcenverbrauchs (Sachbilanz, vgl. Kapitel 4) beschrieben. In Kap. 5 werden die Ergebnisse der Bilanzierung dargestellt für den Vergleich des Status Quo mit den betrachteten Entwicklungsszenarien und den Vergleich des Status Quo mit den Stoffströmen der Abfallwirtschaft des Landkreises Kassel im Jahr Bei diesem Vergleich werden alle Abfallströme des Landkreises mit berücksichtigt. Im darauf folgenden Kapitel werden anhand von Sensitivitätsbetrachtungen wichtige Einflussfaktoren auf das Ergebnis diskutiert. Das Fazit in Kap. 7 bewertet die für die Abfallwirtschaft im Landkreis Kassel ermittelten Ergebnisse aus Sicht der Verfasser. 9

10 2 Methodik der Klima- und Ökobilanz Das einzige Umweltbewertungsinstrument, das in der Lage ist, komplexe Systeme umfassend vergleichend zu bewerten, ist die Ökobilanz. Sie ist hierzu das erste Handwerkszeug, das im internationalen Rahmen wissenschaftlich entwickelt und in ihren Grundsätzen seit 1993 national und international genormt wurde [DIN 2006a, DIN 2006b]. Sollen mehrere Produkte oder Dienstleistungen gleichzeitig betrachtet werden, kann die Ökobilanz zur sogenannten Stoffstromanalyse erweitert werden. Diese löst sich von der detailgetreuen Abbildung einzelner Produkte zugunsten einer übergreifenden Betrachtung ganzer Sektoren oder Handlungsfelder wie etwa der Abfallwirtschaft. Entsprechend sind die Anforderungen an die einzelnen Durchführungsschritte gegenüber der DIN-ISO reduziert. Aufgrund der Fragestellung Klima- und Ressourcenbilanz für die Abfallentsorgung des Landkreises Kassel wird der Untersuchungsumfang bezüglich der Gesamtbetrachtungen auf Klimagase und bei dem Vergleich der Entwicklungsszenarien zusätzlich Verbrauch energetischer Ressourcen eingeschränkt. Die Erfahrung zeigt, dass diese Einschränkung im Normalfall zulässig ist, da gute Ergebnisse dieser beiden Parameter üblicherweise auch zu Verbesserungen bei anderen klassischen Ökobilanzkriterien, wie z. B. Versauerung, Eutrophierung etc., führt. Ausnahmen werden im Bereich der toxikologischen Parameter gelegentlich beobachtet. Mit der Klimabilanz werden die Auswirkungen der Stoff- und Energieströme auf das Klima während des gesamten Lebensweges von Produkten erfasst. Bei Bilanzen in der Abfallwirtschaft werden die Abfälle ab dem Zeitpunkt der Bereitstellung berücksichtigt. Für die Betriebsmittel- und Energieverbräuche sowie die Substitutionsprozesse gilt der Grundsatz, den gesamten Lebensweg zu berücksichtigen. Abb. 1 Bilanzierung von Emissionen, Energie- und Betriebsmittelverbrauch 2.1 Substitutionsprozesse Durch die stoffliche und energetische Verwertung von Abfällen sind die Stoffströme der Entsorgungswirtschaft heute mit denen der Energie- und Rohstoffwirtschaft eng verwoben. Bei einem Vergleich verschiedener Abfallentsorgungssysteme muss das gesamte System berücksichtigt werden, um alle Nutzen und deren Umweltauswirkungen zu erfassen. Werden beispielsweise Siedlungsabfälle in einer Müllverbrennungsanlage (MVA) entsorgt, die sowohl Strom als auch Fernwärme bereitstellt, gehören beide Energienutzen zum betrachteten Sys- 10

11 tem. Wird der gleiche Abfall alternativ in einer MVA verbrannt, die lediglich Strom erzeugt, muss zunächst der gleiche Nutzen wie im ersten Fall durch eine Systemerweiterung hergestellt werden, z. B. die Bereitstellung der gleichen Menge Strom- und Fernwärme in Kraftwerken. Hierzu wird in der Bilanz die sog. Gutschriftenmethode 1 verwendet (GEMIS 1994), die zu jedem zusätzlichen Nutzen über die reine Abfallentsorgung hinaus einen Substitutionsprozess definiert, der diesen Zusatznutzen aus primären oder anderen sekundären Rohstoffen liefert. In Tab. 2.1 sind mögliche Substitutionsprozesse am Beispiel der MVA aufgeführt. MVA ohne Energienutzung MVA plus Strom MVA plus Strom und Wärme Belastung (Plus): CO 2-Emissionen aus der MVA durch die Verbrennung fossiler Anteile im Abfall Belastung (Plus): CO 2-Emissionen aus der MVA durch die Verbrennung fossiler Anteile im Abfall Gutschrift (Minus): eingesparte CO 2-Emissionen durch vermiedene Stromerzeugung im Kraftwerkspark Belastung (Plus): CO 2-Emissionen aus der MVA durch die Verbrennung fossiler Anteile im Abfall Gutschrift (Minus): eingesparte CO 2-Emissionen durch vermiedene Stromerzeugung im Kraftwerkspark eingesparte CO 2-Emissionen durch vermiedene Wärmeerzeugung durch eine typische Hausheizung Tab. 2.1 Mögliche Substitutionsprozesse am Beispiel der MVA Rein rechnerisch können bei der Gutschriftenmethode negative Werte als Bilanzergebnis auftreten (Gutschriften). Diese negativen Umweltbelastungswerte sind als Verminderungen von Klimabelastungen gegenüber dem Vergleichssystem zu verstehen. Die Erfahrungen aus zahlreichen Ökobilanzen in der Abfallwirtschaft haben gezeigt, dass der Umgang mit den Substitutionsprozessen einen wesentlichen Einfluss auf das Bilanzergebnis haben kann (vgl. auch [Öko-Institut/IFEU 2005]). 2.2 Systemgrenzen In dieser Studie werden die abfallwirtschaftlichen Systeme in folgenden Grenzen untersucht: Als funktionale Einheit dient die Summe der ermittelten Abfallströme. Zur Berechnung der Optimierungsszenarien werden die Gesamtabfallmengen aus dem Ist-Szenario für die Zukunftsszenarien nicht variiert, um die Bilanzergebnisse auf die Leistungen der Abfallentsorgung zu fokussieren. Vermeidungseffekte werden nicht bilanziert, da hierfür keine verlässlichen Bilanzmethoden und Daten für eine quantitative Berechnung existieren. Die Bilanz beginnt an der Stelle, an der der Abfall anfällt bzw. bereitgestellt wird. Der Transport der Abfälle, der Produkte sowie der Betriebs- und Hilfsmittel wird berücksichtigt. 1 Alternativ kann auch eine Allokation vorgenommen werden, die eine Verteilung der (Umwelt-)Lasten auf die einzelnen Nutzen bedeutet. Nach DIN-ISO ist eine Systemerweiterung mit Gutschriften einer Allokation vorzuziehen. 11

12 Hilfs- und Betriebsstoffe sowie die notwendige Energie für die Sammlung, Behandlung oder Verwertung des Abfalls werden von der Rohstoffgewinnung bis zum Input ins Abfallwirtschaftssystem bilanziert. Bei der Verwertung werden die Umweltbelastungen betrachtet, die bis zur Erzeugung eines marktfähigen Produktes auftreten dabei handelt es sich in der Regel um industrielle Vorprodukte oder Rohstoffe und weniger um Endprodukte für den Verbraucher. Auch bereitgestellte Energie zählt zu den Produkten der Verwertung. Systemintern genutzte Energie wird je nach Einzelfall intern verrechnet oder ebenfalls als Produkt ausgewiesen. Für die Verwertungsprodukte wird eine Gutschrift angerechnet, die den Komplementärprozess auf der Basis von Primärrohstoffen repräsentiert. Die Bilanzierung des Komplementärprozesses erfolgt ebenfalls ab der Gewinnung der Rohstoffe. Bei Produktökobilanzen wird der Nutzen von Sekundärrohstoffen als eingesparter Emissionen durch den Ersatz von Primärrohstoffen zwischen Bereitstellung und Einsatz aufgeteilt, also zum Teil auch dem dadurch erzeugten Produkt gutgeschrieben. Bei Ökobilanzen und Stoffstromanalysen in der Abfallwirtschaft ist es dagegen üblich, den Nutzen ausschließlich dem Abfallwirtschaftssystem gutzuschreiben, das den Sekundärrohstoff bereitstellt. In der hier vorgelegten Berechnung für den Landkreis Kassel wird die Zuteilung aus der Abfallsicht durchgeführt, um die Ergebnisse mit den Bilanzen für Deutschland oder andere Städte und Regionen in Deutschland vergleichen zu können. Als Abschneidekriterium wird die Konvention der 1 %-Grenze angesetzt: Danach gehen alle Prozesse, Hilfs- und Betriebsmittel sowie die Inanspruchnahme von Infrastruktur in die Bilanz ein, die mehr als 1 % zum Bilanzergebnis beitragen, soweit hierfür brauchbare Bilanzdaten vorliegen oder im Rahmen dieser Studie erhoben werden können. In der Summe soll der Einfluss abgeschnittener Prozesse und Materialien das Ergebnis nicht um mehr als 5 % beeinflussen. Bei der Bilanz wird vom bestimmungsgemäßen Betrieb von Anlagen ausgegangen. Umweltauswirkungen infolge unkontrollierter Emissionen oder durch Störfälle werden nicht berücksichtigt. Bei der Berichterstattung zur CO 2 -Einsparung im Nationalen Inventarbericht (NIR) werden vermiedene Methan-Emissionen aus Deponien in dem Jahr aufgeführt, in dem sie freigesetzt worden wären. Hierzu wird mit einer Modellrechnung der Verlauf der Methanemissionen aus Deponien berechnet. Aus Sicht der Abfallwirtschaft ist es aber aussagefähiger, die gesamten Emissionen dem Jahr zuzuschreiben, in dem sie verursacht oder die Leistungen zur Vermeidung erbracht werden. Der Untersuchungszeitraum ist von 2003 bis Er bezieht sich zum einen auf ein Vergleichsszenario vor der Einführung des Deponieverbots für unbehandelten Hausmüll und vor Einführung der Bioabfallvergärung. Zum anderen werden Alternativszenarien betrachtet, die ab 2015 umgesetzt werden sollen. Der geographische Erfassungsbereich unterscheidet sich je nach Untersuchungsgegenstand: Es werden nur die Abfälle bilanziert, die im Zuständigkeitsbereich des Landkreises Kassel liegen. 12

13 Die Abfallbehandlungs- und Verwertungsanlagen, in denen Abfälle aus dem Landkreis Kassel entsorgt werden, liegen z. T. innerhalb, z. T. außerhalb des Landkreises. Die Substitutionsprozesse zur Gutschrift für erzeugte Produkte und Energie liegen ebenfalls teilweise außerhalb des Landkreises Kassel. Für die Prozesse zur Primärrohstoffgewinnung erweitert sich der geografische Erfassungsbereich wie oben erwähnt u. U. auch auf außereuropäische Rohstofflieferanten. Die Stoffstromanalyse wird mit Hilfe verschiedener Software-Tools wie GEMIS ( und Umberto ( durchgeführt. Diese erlauben sowohl die Modellierung der Stoff- und Energieumwandlungen einzelner Prozesse in der Abfall- und der Stoffstromwirtschaft in der jeweils erforderlichen Detaillierungstiefe als auch die Darstellung der Klimaauswirkungen und Ressourcenbilanzen für komplexe Systeme. 2.3 Sachbilanz In der Sachbilanz werden die erforderlichen Daten zu den Emissionen von Treibhausgasen und dem Ressourcenverbrauch aller betrachteten Module zusammengetragen und berechnet. Die Energieeffizienz ist kein eigenes Umweltkriterium, sondern eine wichtige Rechengröße zur Bilanzierung und wirkt sich auch auf nahezu alle weiteren Kriterien aus. Die Sachbilanzdaten werden, bezogen auf die einzelnen Module der Abfallwirtschaft Sammlung und Transport, Trennung und Aufbereitung, Verwertung trockener Wertstoffe, Müllverbrennung, energetische Verwertung in der EBS-Anlage, Kohlekraftwerk und Zementwerk und die dazugehörigen Substitutionsprozessen, zusammengestellt (vgl. Kapitel 4). 2.4 Methode der Wirkungsabschätzung Von den in den einzelnen Prozessschritten freigesetzten Schadstoffen können unterschiedliche Auswirkungen auf die Umwelt ausgehen. Diese möglichen Auswirkungen sind bei der Schadstoffbewertung in der Wirkungsbilanz zu berücksichtigen. Bei der vorliegenden Bilanzierung werden die Umweltkriterien Treibhauseffekt (GWP) und Schonung/Verbrauch energetischer Ressourcen (KEA) betrachtet Treibhauspotential Die Berechnung des Treibhauspotentials (englisch: Global Warming Potential 2 GWP) in Form von CO 2 -Äquivalenten (CO 2 eq) ist allgemein anerkannt. Mit dem Intergovernmental Panel of Climate Change (IPCC) besteht zudem ein internationales Fachgremium, das sowohl die Methode als auch die entsprechenden Kennzahlen für jede klimawirksame Substanz errechnet und fortschreibt. Bei der Berechnung von CO 2 eq wird die Verweilzeit der Gase in der Troposphäre berücksichtigt. Daher stellt sich die Frage, welcher Zeitraum der Klimamodellrechnung für die Zwecke der Klimabilanz verwendet werden soll. Das Umwelt- 2 Mit GWP wird üblicherweise die Wirkungskategorie beschrieben, in der die Treibhausgasemissionen (THGE) bilanziert und der Treibhauseffekt dargestellt werden. In dieser Studie werden beide Begriffe und Kürzel in Tabellen und Abbildungen z. T. synonym verwendet. 13

14 bundesamt empfiehlt die Modellierung auf der 100-Jahre-Basis, da sie am ehesten die langfristigen Auswirkungen des Treibhauseffektes widerspiegelt. Die in den Berechnungen des Treibhauspotentials berücksichtigten Substanzen werden mit ihren CO 2 eq für CO 2, N 2 O, CH 4, R11 und R12 nach [IPCC 2005, StaBW 2004] aufgelistet. Tabelle 2.2 zeigt die Wirkstoffe, die bei der THG-Bilanz berücksichtigt werden, mit den dazugehörenden Wirkfaktoren. Für die Fragestellung dieser Studie sind insbesondere Kohlendioxid (CO 2 ), Methan (CH 4 ) und Lachgas (Distickstoffmonoxid, N 2 O) von Bedeutung. Tab. 2.2 Wirkfaktoren für die Berechnung des Umweltkriteriums Treibhauseffekt Wirkungskategorie Wirkstoff Wirkfaktor Quelle GWP (Treibhauseffekt) kg CO 2 -Äquivalente (Bezug 100 a) CO 2 fossil 1 IPCC 2007 CH 4 fossil 27,75 IPCC 2007 CH 4 regenerativ 25 IPCC 2007 N 2 O 298 IPCC Schonung/Verbrauch energetischer Ressourcen Die Schonung bzw. der Verbrauch energetischer Ressourcen wird über den Indikator kumulierter fossiler Energieaufwand (KEA fossil ) ausgewiesen. Aufsummiert wird dabei der gesamte für die Energiebereitstellung erforderliche Ressourcenverbrauch, indem der Energieinhalt der verbrauchten fossilen Ressourcen Erdöl, Braunkohle, Steinkohle, Erdgas aufsummiert (Tab. 2.3). Der Verbrauch wird dann den Einsparungen durch die Energiebereitstellung aus der energetischen Nutzung von Abfällen oder durch Einsparungen in den substituierten Produktionsprozessen gegenübergestellt. Genau genommen handelt es sich beim Ressourcenverbrauch nicht um eine Umweltwirkung, sondern um einen Wert auf Sachbilanzebene. Durch die Auswertung des fossilen kumulierten Energieaufwandes verschiedener Szenarien kann aber erkannt werden, welches System fossile Ressourcen besser schont. Dies wird aus dem Vergleich der Ergebnisse deutlich. Tab. 2.3 Fossile Energieressourcen und deren Energieinhalt [GEMIS 1994] Rohstoffe in der Lagerstätte/ Energieträger Fossile Energie Hu in kj/kg Braunkohle Erdgas (roh) Erdöl Steinkohle

15 3 Beschreibung des Status Quo sowie der Entwicklungsszenarien Insgesamt werden 4 Entwicklungsszenarien dem Status Quo gegenübergestellt. Betrachtet werden dabei die Fraktionen Restabfall und LVP. Die Szenarien betrachten einerseits die im Kreislaufwirtschaftsgesetz erwähnte einheitliche Wertstofftonne (Entwicklungsszenario E1) und andererseits das System Graue Wertstofftonne mit verschiedenen Verwertungsvarianten (E 2 bis E 4). Restabfälle und LVP werden in Hofgeismar und Lohfelden im Landkreis Kassel umgeschlagen und in verschiedenen Anlagen außerhalb des Landkreises weiterverarbeitet. Die räumliche Lage der wesentlichen im Bericht betrachteten Entsorgungsanlagen des Landkreises Kassel ist in Abb. 2 dargestellt. Abb. 2 Räumliche Lage der wesentlichen im Bericht betrachteten Entsorgungsanlagen des LK Kassel 3.1 Status Quo (Situation 2012) Getrennte Sammlung von Restabfall und LVP Umschlag der eingesammelten Abfälle an den Stationen Hofgeismar und Lohfelden Transport der LVP nach Porta-Westfalica zur weiteren Aufbereitung Transport des Restabfalls zur Aufbereitungsanlage nach Weidenhausen 15

16 Mechanische Trennung der Restabfälle in Weidenhausen in eine Ersatzbrennstoff- Fraktion (EBS-Fraktion), eine Fraktion zur Verwertung in einem Müllheizkraftwerk (MHKW), eine biologische Fraktion und eine Zementwerkfraktion sowie Abscheidung von Eisen- und NE-Metallen Transport der einzelnen Fraktionen zur thermischen Verwertung (EBS in EBS-Anlage nach Witzenhausen; MHKW-Fraktion zum MHKW nach Kassel, biologische Fraktion als Biokohle ins Braunkohlekraftwerk nach Jänschwalde) oder zur stofflichen Verwertung (Eisen- und NE-Metallfraktion) 3.2 Entwicklungsszenario 1 (E1: Einheitliche Wertstofftonne) Getrennte Sammlung von Restabfall und LVP sowie LVP ähnlichen Wertstoffen; Aufstellen von ca Wertstofftonnen; Wegfall Sammlung Gelbe Säcke Umschlag der eingesammelten Abfälle an den Stationen Hofgeismar und Lohfelden Transport der Wertstoffe nach Porta-Westfalica zur weiteren Aufbereitung Transport des Restabfalls zur Aufbereitungsanlage nach Weidenhausen Mechanische Trennung des Restabfalls in Weidenhausen in eine EBS-Fraktion, MHKW-Fraktion und biologische Fraktion sowie Abscheidung von Eisen- und NE- Metallen; Die Verwertung von FE- und NE-Metallen wird den Dualen Systemen nachgewiesen Transport der einzelnen Fraktionen zur thermischen Verwertung (EBS in EBS-Anlage nach Witzenhausen; MHKW-Fraktion zum MHKW nach Kassel und biologische Fraktion als Biokohle ins Braunkohlekraftwerk nach Jänschwalde) oder zur stofflichen Verwertung (Eisen- und NE-Metallfraktion) 3.3 Entwicklungsszenario 2 (E2: Graue Wertstofftonne mit LVP; Recycling) Aufstellen von zusätzlichem Restabfallsammelvolumen und Beibehaltung der 14- täglichen Abfuhr Wegfall der 14-täglichen Abfuhr der Gelben Säcke Umschlag der eingesammelten Abfälle an den Stationen Hofgeismar und Lohfelden Transport der Abfälle zur Aufbereitungsanlage nach Weidenhausen Entsprechende Steigerung der Sortiermenge in Weidenhausen, dabei Trennung der Abfälle in eine EBS-Fraktion, MHKW-Fraktion und biologische Fraktion sowie Abscheidung von Eisen- und NE-Metallen und eines Wertstoffkonzentrates Transport der einzelnen Fraktionen zur thermischen Verwertung (EBS in EBS-Anlage nach Witzenhausen; MHKW-Fraktion zum MHKW nach Kassel und biologische Fraktion als Biokohle ins Braunkohlekraftwerk nach Jänschwalde oder zur stofflichen Verwertung (Eisen- und NE-Metallfraktion) Transport des Wertstoffkonzentrates nach Deiderode Ergänzung der bisherigen Technik in Deiderode um Nahinfrarottechnik (NIR), Wäsche und Zerkleinerung; Aussortierung von Kunststoffen, Flüssigkeitskarton (FKN) 16

17 und Restmetallen. Mahlen und Waschen von Kunststoffen; Weitergabe des Mahlguts an Recycler 3.4 Entwicklungsszenario 3 (E3: Graue Wertstofftonne ohne LVP; Recycling) Restabfall- und LVP-Sammlungen bleiben erhalten Umschlag der eingesammelten Abfälle an den Stationen Hofgeismar und Lohfelden Transport der LVP nach Porta-Westfalica zur weiteren Aufbereitung Transport des Restabfälle zur Aufbereitungsanlage nach Weidenhausen Trennung des Restabfalls in Weidenhausen in eine EBS-Fraktion, MHKW-Fraktion und biologische Fraktion sowie Abscheidung von Eisen- und NE-Metallen und eines Wertstoffkonzentrates Transport der einzelnen Fraktionen zur thermischen Verwertung (EBS in EBS-Anlage nach Witzenhausen; MHKW-Fraktion zum MHKW nach Kassel und biologische Fraktion als Biokohle ins Braunkohlekraftwerk nach Jänschwalde oder zur stofflichen Verwertung (Eisen- und NE-Metallfraktion) Transport des Wertstoffkonzentrats nach Deiderode Aussortierung von Kunststofffraktionen (Ergänzung der bisherigen Technik in Deiderode um NIR, Wäsche und Zerkleinerungsstufe); Weitergabe des Mahlgutes zum Recycling 3.5 Entwicklungsszenario 4 (E4:Graue Wertstofftonne mit LVP; EBS-Nutzung) Aufstellen von zusätzlichem Restabfallvolumen und Beibehaltung der 14-täglichen Abfuhr Wegfall der 14-täglichen Abfuhr der Gelben Säcke Umschlag der eingesammelten Abfälle an den Stationen Hofgeismar und Lohfelden Transport der Abfälle zur Aufbereitungsanlage nach Weidenhausen Entsprechende Steigerung der Sortiermenge in Weidenhausen dabei Trennung der Abfälle in eine EBS-Fraktion, MHKW-Fraktion, biologische Fraktion für das Zementwerk sowie Abscheidung von Eisen- und NE-Metallen Transport der einzelnen Fraktionen zur thermischen Verwertung (EBS in EBS-Anlage nach Witzenhausen; MHKW-Fraktion zum MHKW nach Kassel und biologische Fraktion als Biokohle ins Braunkohlekraftwerk nach Jänschwalde) oder zur stofflichen Verwertung (Eisen- und NE-Metallfraktion) 17

18 3.6 Stoffströme der oben beschriebenen Szenarien Abfallinput Im Landkreis Kassel wurden im Jahr 2012 ca t Restabfall gesammelt und behandelt. Davon wurden ca t über die Abfallumschlagstationen Hofgeismar und Lohfelden an die mechanische Aufbereitung in Weidenhausen angeliefert Mg wurden aufgrund besonderer längerfristiger vertraglicher Vereinbarungen direkt an das MHKW Kassel geliefert. Diese Menge wird bei dem Variantenvergleich nicht mitberücksichtigt. Hinzu kamen ca t LVP, die über Lohfelden und Hofgeismar direkt weiter an die LVP- Aufbereitung weitergereicht wurden. Im Stoffstrommodell wird vereinfachend davon ausgegangen, dass die gesamte LVP-Fraktion zur weiteren Aufbereitung nach Porta-Westfalica geht. Tab. 3.1 enthält die Zusammensetzung des Restabfalls im Landkreis Kassel. Die Daten basieren auf einer systematischen Restabfallanalyse, die der Landkreis im Jahr 2012 in Auftrag gab [Kern/Siepenkothen 2012]. 18

19 Tab. 3.1 Zusammensetzung des Restabfalls im Landkreis Kassel [Kern/Siepenkothen 2012] Teilfraktion Anteil absolut [Mg] Druckerzeugnisse 1,3% 481 Papier/Pappe/Kartonagen Verpackungen (PPK) 1,4% 518 sonstige Papiere 5,4% Behälterglas 4,3% KS-Verpackungsfolien 0,8% 296 sonst. KS Verpackungen 1,4% 518 sonstige KF-Folien 1,4% 518 sonstige KS 2,3% 851 Fe-Metall-Verpackungen 0,4% 148 sonstige Fe-Metalle 0,9% 333 NE-Metall-Verpackungen 0,3% 111 sonstige NE-Metalle 0,4% 148 Verbundverpackungen 1,2% 444 FKN (Flüssigkeitsverbundkartons) 0,3% 111 Materialverbunde 4,4% Gartenabfälle 3,5% Küchenabfälle 4,6% Speisereste 13,9% verpackte Lebensmittel 5,0% Schadstoffe 0,5% 185 Elektrokleingeräte 0,6% 222 Textilien 2,7% 999 Mineralien, Inertstoffe 5,3% Holz 1,6% 592 Hygieneartikel 5,3% Rest>40 mm 3,5% Mittel- und Feinmüll < 40 mm 27,3% Summe Für LVP liegen aus dem Landkreis Kassel keine Analysen vor. Basierend auf bundesweiten Abfallanalysen berechnete daraufhin das Witzenhausen-Institut eine Zusammensetzung der LVP-Fraktion [Siepenkothen 2014]. Diese ist in Tab. 3.2 dargestellt. 19

20 Tab. 3.2 Zusammensetzung der LVP-Fraktion Teilfraktion Anteil absolut [kg] Weißblech 8,4% 504 Aluminium 2,2% 132 FKN 5,8% 348 PPK 9,2% 552 KS-Folien > DI A 4 10,9% 654 Kunststoffarten und vergleichbare Produkte 18,6% Mischkunststoffe 20,9% Sortierrest 24,0% Summe 100,0% Bei der Zusammenstellung der Daten wurde die Bebauungsstruktur des Landkreises Kassel berücksichtigt (siehe Tab. 3.3). Tab. 3.3 Bebauungsstruktur des Landkreises Kassel Anteil [%] ländlich dörflich 28,8 ländlich kleinstädtisch 44,2 Städtisch 17,0 städtisch verdichtet Mehrfamilienhäuser 10,0 Summe 100,0 Für die Szenarien E2 und E4, bei denen keine Getrenntsammlung erfolgt, ergibt sich damit die in Tab. 3.4 dargestellte Restabfallzusammensetzung. 20

21 Tab. 3.4 Zusammensetzung des Gemisches aus LVP und Restabfall im Landkreis Kassel Teilfraktion Anteil absolut in [t] Papier 8,3% Glas 3,7% Fe-Metalle 2,3% 985 Aluminium 0,9% 391 Hartkunststoffe 4,8% KS-Folien 2,8% Misch-KS 5,0% FKN 1,1% 459 Organik 23,2% Holz 1,4% 592 Verpackungsverbunde 0,5% 222 Materialverbunde 3,8% Hygieneartikel 4,6% Textilien 2,3% 999 Sortierrest LVP 3,3% Rest (Mittelmüll o. Org. inkl Mineralien) 32,0% Summe 100,0% Vorgehensweise bei der Stoffstrombilanzierung Eine wesentliche Randbedingungen von vergleichenden Stoffstrombilanzierungen verschiedener Varianten ist, dass die absoluten Input- und Outputmengen bei jeder Variante gleich sind. Werden Ergebnisse von Sortierversuchen herangezogen ist daher immer darauf zu achten, dass die Summe der Outputströme der Summe der Inputströme entspricht. Der vorliegenden Stoffstrombilanz liegen die im vorangegangenen Kapitel beschriebenen Inputströme für alle betrachteten Varianten zu Grunde. Für jede Variante wurden stoffstromspezifische Wertstoffausbringungsraten hergeleitet. Die Datengrundlage lieferte einschlägige Fachliteratur, Gespräche mit Aufbereitungsunternehmen für getrennt gesammelte Leichtverpackungen, Versuche zur Trennung von Wertstofffraktionen aus Restabfall sowie einem Gemisch aus Restabfall und LVP im Auftrag des Landkreises Kassel sowie Informationen aus der Aufbereitungsanlage für Restabfall in Weidenhausen im Werra-Meißner-Kreis, in der derzeit der in Kassel anfallende Restabfall mechanisch aufbereitet wird. Mechanische Aufbereitung in Weidenhausen Für die mechanische Aufbereitung in der Anlage in Weidenhausen liegen Ausbringungsraten aus einer betriebsinternen Stoffstromanalyse vom Mai 2013 vor [LK Kassel 2013]. Demnach werden 27,9 % des Inputs, in der die biologischen Anteile angereichert sind, zur thermischen Verwertung ins Braunkohlekraftwerk nach Jänschwalde und 6 %in das MHKW 21

22 Kassel verbracht. Im Rahmen der Stoffstromanalyse wird davon ausgegangen, dass die Massenströme dieser beiden Fraktionen bei allen 5 betrachteten Varianten gleich sind. Dies lässt sich damit begründen, dass der Anteil der biologischen Fraktion, die nach Jänschwalde geht, größtenteils aus der Feinfraktion des Restabfalls abgetrennt wird. Es ist daher davon auszugehen, dass diese Menge bei allen Varianten in derselben Größenordnung liegt. Ähnliches gilt für die MHKW-Fraktion, die hauptsächlich aus der abgetrennten Schwerfraktion besteht. Diese ist zum allergrößten Teil in der Restabfallfraktion enthalten. Unabhängig davon, ob diese mit LVP vermischt wird oder nicht, kann daher auch hier bei allen Varianten von denselben Mengen ausgegangen werden. Für Metalle wurden die in der nachfolgenden Tabelle genannten Ausbringungsraten angesetzt. Diese schließen ein weiteres Ausbringen von Fe-Metallen in der EBS-Anlage in Witzenhausen ein. Aufgrund der Wirbelschichtfeuerungstechnik werden dort Fe-Metalle mit relativ hohem Reinheitsgrad aus dem Aschestrom abgetrennt. Da die Varianten, in denen keine Wertstofffraktion aus dem Restabfall zur weiteren Aufbereitung in Weidenhausen abgetrennt wird, wesentlich höhere EBS-Mengen aufweisen, wurde hier eine um 5 % höhere Ausbringungsrate angesetzt. Ggf. auftretende Fehler werden dadurch ausgeglichen, dass in den Varianten 3 bis 5 im Rahmen der weiteren Aufbereitung eine Ausbringungsrate von 5 % Eisenmetallen berücksichtigt wird, so dass die Ausbringungsrate für diesen Wertstoff bei allen Stoffströmen, die die Anlage in Weidenhausen passieren, gleich hoch ist. Die ausgebrachte Menge an EBS errechnet sich dann aus der Differenz des Inputs in die Anlage in Weidenhausen und der Summe der Outputströme (Wertstofffraktionen, biologische Fraktion und MHKW-Fraktion). Tab. 3.5 Ausbringungsraten für Metalle in Weidenhausen, Abschätzung nach [Christiani 2014] Stoffstrom Wertstoffausbringungsrate [%] Weißblech Variante 1,2 und 6 95% Variante 3 und 4 90% Aluminium Variante % Die folgende Abbildung zeigt eine schematische Darstellung der mechanischen Behandlungsanlage in Weidenhausen. 22

23 Abb. 3 Schematische Darstellung der Sortieranlage in Weidenhausen, wie sie derzeit betrieben wird [Kern/Siepenkothen 2013] LVP Sortierung Für LVP sowie wertstoffangereicherte LVP (Varianten Status Quo, E1 und E3) wurden dieselben Wertstoffausbringungsraten angesetzt. Eine Differenzierung zwischen klassischen LVP und wertstoffangereicherten LVP ließ die Datenlage nicht zu. Tab. 3.6 enthält die für die Stoffstrombilanz angenommenen Wertstoffausbringungsraten. Es wird angenommen, dass die LVP-Sortierung in Anlagen nach dem Stand der Technik erfolgt, wie er in Abb. 4 dargestellt ist. 23

24 LVP-Sammelware Grobzerkleinerung Konditionierung > 220 mm Siebklassierung < 20 mm Windsichtung Leichtgut (MKS) Schwergut > 220 mm Leichtgut > 220 mm Magnetscheidung sensorgestützte automatische Klaubung und Wirbelstromscheidung sensorgestützte automatische und ggf. manuelle Produktkontrolle Kst-HK Folien Weißblech Flüssigkeitskartons ALU PE PP PS PET MKS PPK EBS Sortierrest Abb. 4 Schematische Darstellung einer LVP Sortierung nach dem Stand der Technik [Dehoust/Christiani 2012] Beispielhaft wurde zur Berechnung der Transporte die Anlage in Porta-Westfalica gewählt, die in etwa dem dargestellten Niveau entspricht und in die auch große Anteile der LVP- Fraktion aus dem Kreis Kassel geliefert werden. Weiterhin ist die Produktreinheit zu berücksichtigen. Die Deutsche Gesellschaft für Kreislaufwirtschaft und Rohstoffe mbh (DKR) fordert Produktspezifikationen, die in den Verwertungsverträgen festgelegt werden. Die Produktreinheiten für die in der Stoffstrombilanz berücksichtigten Wertstofffraktionen werden in Spalte 3 der Tab. 3.6 genannt. Die abgetrennte Wertstoffmenge ist dabei durch die Produktreinheit zu dividieren. Für 1 Mg Weißblech-Input ergibt sich somit bei einer Wertstoffausbringungsrate von 98 % und einer geforderten Produktreinheit von 93 % eine Menge an abgetrenntem Wertstoff inklusive Störstoffe von 1,059 Mg. Der Anteil an Störstoffen wird in der Öko-Bilanzierung bei der Vergabe von Gutschriften berücksichtigt. Es wird angenommen, das die Störstoffe im Zementwerk verbrannt werden (siehe z. B. Tab in Kap ). 24

25 Tab. 3.6 Ausbringungsraten verschiedene Wertstofffraktionen bei der Aufbereitung von LVP [*Christiani 2014, ** DSD 2014] Stoffstrom Wertstoffausbringungsrate in [%]* Geforderte Produktreinheit in [%]** Weißblech 98,5 % 93 % Aluminium 82,0 % 90 % FKN 87,0 % 90 % PPK 38,0 % 90 % KS-Folien > DIN A 4 64,0 % 92 % PE/PP/PET 61,0 % 94 % Mischkunststoffe 88,0 % 90 % Die bei der LVP-Sortierung anfallende Mischkunststofffraktion wird zu 13 % als Kunststoffregranulat eingesetzt, zu 69 % als EBS im Zementwerk verwertet und zu 18 % zu dickwandigen Kunststoffen, die als Holz- bzw. Betonersatz dienen, verarbeitet [Dehne 2013 et al.]. Wenn Produkte aus aufbereiteten Mischkunststoffen solche aus Holz ersetzen, wird eine Gutschrift für die damit verbundene Holzschonung bilanziert (siehe Kap ). Sortierreste, die bei der LVP-Sortierung anfallen, werden ins Zementwerk (68 %) oder in die MVA (32 %) verbracht. Die Reste aus der Wertstoffaufbereitung werden vollständig im Zementwerk verwertet. Weitergehende Sortierung eines in Weidenhauen erzeugten Wertstoffgemisches Im Szenario E2 wird in Weidenhausen per Siebschnitt eine Wertstofffraktion aus einem Gemisch aus Restabfall und LVP separiert. Im Szenario E3 erfolgt eine analoge Abtrennung nur aus dem Restabfall. Die Sortierung dieser Fraktion soll mit Hilfe der sogenannten NIR- Technik (Nah-Infrarot-Technik) erfolgen. Es soll ein hochentwickeltes Multifunktionales System zur sensorgestützten automatischen Klaubung von gemischten Wertstoffen und Abfällen zum Einsatz kommen. Zur Erzielung einer hohen Erkennungsrate verfügt das System über Analysen im Nahen-Infrarot sowie im visuellen Bereich kombiniert mit einem computergesteuerten Austragssystem. Das System arbeitet im Reflektionsverfahren und beinhaltet alle NIR, Colour und Paper Funktionen. Die Identifizierung der Materialien erfolgt berührungslos über die gesamte Förderbandbreite. Das System bietet die Möglichkeit, unterschiedlichste Sortierkriterien zur Material- und/oder Farbunterscheidung frei zu bestimmen [Kern/Siebenkothen 2013]. Die folgende Grafik veranschaulicht die Funktionsweise des Systems. 25

26 Abb. 5 Funktionsweise des multifunktionalen Sortiersystems zur Abtrennung von verschiedenen Wertstofffraktionen aus einem Wertstoffgemisch [Kern/Siebenkothen 2013] Da in Weidenhausen ein Großteil der Metalle bereits abgetrennt wird, kann in weiteren Aufbereitungsschritten nur noch eine Restmetallmenge aus dem Wertstoffkonzentrat separiert werden. Die Ausbringungsrate wird mit 5 % (bezogen auf den Gesamtmetallinput in das System) sowohl für FE-Metalle als auch für NE-Metalle (bilanziert als Al) abgeschätzt. Bei den im Wesentlichen aus dem Wertstoffkonzentrat ausgebrachten Wertstoffen handelt es sich um Kunststoffe und FKN. Insbesondere im Hinblick auf Kunststoffe ist die Datenlage zu Ausbringungsraten relativ unsicher. Sortierergebnisse aus der jüngeren Vergangenheit liegen aus Versuchen vor, die der Landkreis Kassel selbst in Auftrag gegeben hat [Kern/Siepenkothen 2010, Kern/Siepenkothen 2013]. Darüber hinaus wurden an einer Anlage im niederländischen Groningen Untersuchungen durchgeführt [Jansen 2013; Jansen 2014a]. Ergebnisse der Versuche, die vom Landkreis Kassel in Auftrag gegeben wurden Im Auftrag des Landkreises Kassel wurden zwei Versuche durchgeführt. Im Rahmen eines GIG Versuches (GIG = gelb in grau) wurde in der Anlage in Weidenhausen mit einem Siebschnitt von 100 mm eine Wertstofffraktion aus einem Gemisch aus Restabfall und LVP abgetrennt [Kern/Siepenkothen 2010]. Das Unterkorn wurde in die Fraktionen Ersatzbrennstoff (zur EBS-Anlage), Schwerfraktion (zum MHKW) und Feinfraktion mit hohem biologischem Anteil weiter aufgetrennt. Das Überkorn wurde einer weiteren Sortierung mit der NIR-Technik unterzogen. Da insbesondere das Reststoffgemisch aus der Sortierung in der NIR-Anlage keiner näheren Analyse unterzogen wurde, lassen sich aus diesen Versuchen keine Ausbringungsraten für Kunststoffe ableiten. Bei einem weiteren Versuch (Praxisversuch graue Wertstofftonne) wurde aus dem Restabfall in Weidenhausen mit einem Siebschnitt von 120 mm ebenfalls eine Wertstofffraktion abgetrennt [Kern/Siepenkothen 2013]. Deren Anteil am Restabfall betrug 35,6 %. Die Wertstofffraktion wurde einer weiteren Sortierung mit der NIR-Technik unterzogen. Bei diesem 26

27 Versuch wurde auch die Zusammensetzung des Reststoffgemisches nach der NIR- Sortierung ermittelt. Aus den darin enthaltenen Anteilen an Folien bzw. Hartkunststoffen ließen sich Ausbringungsraten für Folien von 31 % und Hartkunststoffen von 51 % aus der Wertstofffraktion berechnen. In dem Versuch wurde allerdings nicht untersucht, wie hoch der Anteil der Folien bzw. Hartkunststoffe in den Fraktionen war, die nach der Abtrennung der Wertstofffraktion in der Restfraktion und PPK-Fraktion verblieben. Die für die Stoffstrombilanz erforderlichen Gesamtausbringungsraten für Kunststoffe lassen sich somit aus dem Praxisversuch graue Wertstofftone nicht ermitteln. Wird nun hilfsweise das im GIG-Versuch ermittelte Verhältnis von Folien bzw. Hartkunststoffen in der Wertstofffraktion zu Folien und bzw. Hartkunststoffen den übrigen Fraktionen (jeweils ca. 60 % in der Wertstofffraktion, ca. 40 % in den übrigen Fraktionen) in diesem Versuch herangezogen, lässt sich damit eine spezifische Ausbringungsrate für Kunststoffe ermitteln. Diese beträgt für Folien 19 % und für Hartkunststoffe 31 % (siehe Tab. 3.7). Für FKN lassen sich aus diesen Versuchen keine Ausbringungsraten ermitteln. Tab. 3.7 Wertstoffausbringungsraten abgeleitet aus dem GIG-Versuch und dem Praxisversuch graue Wertstofftonne Stoffstrom Ausbringung aus dem Wertstoffgemisch nach Praxisversuch graue Wertstofftonne [%] Verhältnis Folien bzw. Hartkunststoffe in Wertstoffgemisch zu übrigen Fraktionen in GIG Versuch Ausbringung aus dem Restabfall unter Berücksichtigung GIG-Versuch [%] KS-Folien > DIN A 4 31% 60 : 40 19% PE/PP/PET 51 % 60 : 40 31% Ergebnisse der Untersuchungen in Groningen Die RWTH Aachen untersuchte die Abtrennung von Kunststoffen aus Haushaltsrestabfällen in der niederländischen mechanisch-biologischen Anlage der Firma Attero in Groningen. Die dort behandelten Abfälle stammen aus der Stadt Groningen sowie umliegenden Gebieten in der überwiegend ländlich geprägten Provinz Groningen. Eine getrennte Erfassung von LVP findet in der Provinz Groningen überwiegend nicht statt [Jansen 2013; Jansen 2014a]. Die Sortieranlage ist mit Trommelsieben (Maschenweiten 200 mm und 50 mm), Windsichtern und Film-Grabbern zur Folienaussortierung sowie Windsichtern und zwei parallel geschalteten NIR-Anlagen zur Abtrennung von Hartkunststoffen ausgerüstet [Jansen 2013, Jansen 2014a]. Die Anlage in Groningen unterscheidet sich damit in einigen Anlagenteilen, z. B. dem Film-Grabber, deutlich von der für die Varianten E2 und E3 modellierten Anlagenkonzeption. Ein wesentlicher Unterschied im Hinblick auf die Restabfallzusammensetzung zum Landkreis Kassel besteht auch darin, dass der Anteil der PPK-Fraktion in der Provinz Groningen mit ca. 18,5 % wesentlich höher ausfällt, als der entsprechende Anteil im Landkreis Kassel (8,3 % bezogen auf ein Gemisch aus LVP und Restabfall). In der Anlage in Groningen führten die hohen Störstoffanteile durch Papier dazu, dass die Ausbringungsraten für Folien relativ niedrig lagen [Jansen 2014b]. Um weitere Wertstoffe abzutrennen, wurden in Groningen die Sortierreste der Anlage in der Nachtschicht einem zweiten Durchlauf unterzogen. Der erste Durchlauf erbrachte eine Aus- 27

28 bringungsrate in die Folienfraktion von 17,1 %, der Nachtdurchlauf von weiteren 6,5 % (bezogen auf den Gesamtfolieninput). Für die Hartkunststoffe PE und PP ermittelte Jansen eine Ausbringungsrate von durchschnittlich 24 % im ersten Durchlauf und weiteren 19,2 % im zweiten Durchlauf. Um die DKR-Qualitätsspezifikationen für Kunststoffe erfüllen zu können, war bei den Versuchen in Groningen ein weiterer Sortierschritt mit Hilfe der NIR-Technik erforderlich. Dieser erbrachte für Folien eine Ausbringungsrate von 67 %. Bei Hartkunststoffen fielen 25 % als PP oder PE, 25 % als Mischkunststoffe und 50 % als Sortierrest an. Nach den Aussagen von Jansen machte die Sortiertechnik in der jüngeren Vergangenheit erhebliche Fortschritte, so dass aus seiner Sicht zukünftig sowohl bei Folien als auch bei Hartkunststoffen erheblich höhere Ausbringungsraten erreicht werden können. Nach Versuchen in Groningen kann für FKN eine Ausbringrate von 80 % angesetzt werden, wenn bei einer Sortierung aus einem Wertstoffgemisch die Prozessbedingungen auf die Belange der Wertstoffsortierung abgestellt werden [Velzen 2013; Ligthart 2013]. Fazit Die Ergebnisse aus den oben beschriebenen Versuchen zeigen z. T. sehr unterschiedliche Ausbringungsraten. Insbesondere bei Hartkunststoffen besteht eine erhebliche Spannbreite. Genaue Aussagen zu Ausbringungsraten für Kunststoffe aus Restabfall bzw. einem Gemisch aus Restabfall und LVP sind daher sehr schwierig. Hinzu kommt, dass insbesondere bei den Versuchen, die vom Landkreis Kassel in Auftrag gegeben wurden (z. B. 355 kg näher aufgetrennte Wertstofffraktion beim Praxisversuch graue Wertstofftonne), relativ geringe Mengen untersucht wurden. Im Rahmen der vorliegenden Stoffstrombilanzierung wird daher mit Spannweiten gerechnet. Als untere Grenze der Spannweite werden die Ergebnisse aus den Untersuchungen in Groningen herangezogen. Da der Landkreis Kassel keinen zweiten Durchlauf, z. B. im Rahmen einer Nachtschicht plant, werden bei Hartkunststoffen die Ergebnisse des ersten Durchlaufs mit einer Ausbringungsrate von durchschnittlich 24 % herangezogen. Da in der weiteren Trennstufe 25 % als PP oder PE, 25 % als Mischkunststoffe und 50 % als Sortierrest anfielen, ergibt sich für Hartkunststoffe eine Gesamtausbringungsrate von 6 %. Die in Groningen vorhandene Problematik hoher Verunreinigungen der Folienfraktion durch PPK ist im Landkreis Kassel nicht zu erwarten. Um dem Rechnung zu tragen, wurde bei der Folienfraktion die von Jansen angegebene Ausbringungsrate unter Berücksichtigung des Durchlaufs der Restfraktion aus der Nachtschicht von 23,6 % herangezogen. Damit ergibt sich für Folien insgesamt eine Ausbringungsrate von 15,8 %. Als obere Grenze der Bandbreite wurde bei Hartkunststoffen die aus den Versuchen im Landkreis Kassel abgeleitete Ausbringungsrate von 30 % angesetzt. Für Folien wurde ebenfalls eine Ausbringungsrate von 30 % angenommen, damit wird auch dem erheblichen Potential, das Jansen in der weiteren Verfeinerung der Sortiertechnik sieht, Rechnung getragen. In der folgenden Tabelle sind die Ausbringungsraten, die für die Stoffstromanalyse herangezogen werden, dargestellt. Im Hinblick auf die Produktreinheit wird davon ausgegangen, dass die in Tab. 3.6 genannten DKR-Spezifikationen einzuhalten sind. 28

29 Tab. 3.8 Für die Stoffstrombilanz angenommene Wertstoffausbringungsraten Stoffstrom Minimale Wertstoffausbringungsrate in [%] Maximale Wertstoffausbringungsrate in [%] FKN 80% 80% KS-Folien > DIN A 4 15,8% 19% PE/PP/PET 6 % 31% Ergebnis der Stoffstromanalyse für die betrachteten Szenarien In Tab. 3.9 bis Tab sind die Stoffströme der einzelnen Varianten, die in der Bilanzierung betrachtet werden, dargestellt. Tab. 3.9 In den verschiedenen Varianten eingesammelte Mengen an Restabfall, LVP im Status Quo, wertstoffangereicherte LVP in der einheitlichen Wertstofftonne in E1 sowie Gemisch aus Restabfall und LVP in der Grauen Wertstofftonne in E2 und E4 (Angaben in Mg) Status Quo E1 E2 E3 E4 Restmüll LVP Einheitliche Wertstofftonne Graue Wertstofftonne Summe Tab In Weidenhausen behandelte Abfallmengen sowie dabei ausgetragene Wertstoffe bzw. Wertstoffkonzentrate (Angaben in Mg) Status Quo E1 E2 E3 E4 EBS-Fraktion nach Witzenhausen Biol. Fraktion nach Jänschwalde MHKW-Fraktion nach Kassel FE-Metalle NE-Metalle Wertstoffkonzentrat Summe Weidenhausen

30 Tab In einer LVP-Sortieranlage behandelte Mengen an LVP und stoffgleichen Nichtverpackungen sowie ausgebrachte Wert- und Reststoffmengen (Angaben in Mg) Status Quo E1 E2 E3 E4 Hartkunststoffe Folien Mischkunststoffe Weißblech Aluminium FKN PPK-Verbunde bzw. PPK Sortierrest (EBS) Summe LVP-Aufbereitung Tab In der weiterführenden Sortieranlage in Deiderode behandelte Mengen an Wertstoffgemisch sowie ausgebrachte Wert- und Reststoffmengen bei den Varianten E2 und E3 (Angaben in Mg) E2 E2 E3 E3 MIN MAX MIN MAX Hartkunststoffe Folien Weißblech Aluminium FKN Sortierrest (EBS) Summe Aufbereitung Wertstoffgemisch In der nachfolgenden Tabelle sind die Summen aller Wertstoffe enthalten, die in den jeweiligen Varianten ausgebracht werden. Tab Summen aller Wertstoffe, die in den jeweiligen Varianten ausgebracht werden (Angaben in Mg) Status Quo E1 E2 E2 E3 E3 E4 MIN MAX MIN MAX Hartkunststoffe Folien Mischkunststoffe Weißblech + Eisenmetalle Aluminium + NE-Metalle FKN PPK-Verbunde bzw. PPK Summe

31 3.7 Stoffströme des Jahres 2012 unter Berücksichtigung aller Abfallfraktionen des Landkreises Unabhängig von den Stoffströmen der in Kap. 3 beschriebenen Szenarien fielen im Landkreis Kassel im Bezugsjahr 2012 die in Tab genannten Abfallströme an. 31

32 Tab Stoffströme der Abfallwirtschaft im Landkreis Kassel im Jahr 2012 (Angaben in Mg) Stoffstrom/Entsorgungsweg Gewerbeabfall incl. Bauabfälle Baustellenabfälle: EBS-Kraftwerk Weener A1-A3-Holz: Biomasseverbr. Kassel A4-Holz: Biomasseverbr. Delitzsch 900 Asbesthaltige Baustoffe: Deponie Wabern 200 Hartkunststoffe: Kassel 80 Diverse Abfälle: verschiedene Abnehmer 370 Krankenhausabfälle: MHKW Kassel 250 Bauschutt: Deponie Hofgeismar Summe Altglas Altpapier (incl. Verpackungsanteil) Altmetall und Elektrogeräte E-Geräte-Recycling FE 150 Summe Sperrabfall Holz Biomasseverbr. Kassel FE + NE - Gemisch Kassel 750 Kunststoffrecycl. Niedergebra 131 Reste EBS-Kraftw. Bernburg Summe Grünabfall Kompostierung Biomasseverbrennung Summe Bioabfall Vergärung Kompostierung Summe LVP Restabfall EBS-Kraftwerk, MHKW Kassel, Braunkohlekraftwerk, Metallverwertung Gesamtsumme

33 3.8 Stoffströme des Bezugsjahres 2003 Als Bezugsjahr wird das Jahr 2003 gewählt, um aufzuzeigen, welchen jährlichen Klimaschutzbeitrag die Beendigung der Deponierung ab dem Jahr 2005 einbrachte. In diesem Jahr fielen die in der nachfolgenden Tabelle genannten Stoffströme an. Tab Stoffströme der Abfallwirtschaft im Landkreis Kassel im Jahr 2003 (Angaben in Mg) Stoffstrom/Entsorgungsweg Gewerbeabfall Deponie Hofgeismar Altglas Altpapier Altmetall und Elektrogeräte E-Geräte-Recycling 750 FE Summe Sperrabfall Deponie Hofgeismar MHKW Kassel Summe Grünabfall Kompostierung Summe Bioabfall Kompostierung Summe LVP Hartkunststoffe 348 Folien 600 Mischkunststoffe Weißblech 930 Aluminium 264 FKN 702 PPK-Verbunde 84 Sortierrest Summe Restabfall Deponie Hofgeismar MHKW Kassel Summe Gesamt

34 4 Sachbilanz 4.1 Sammlung und Transporte Beim Einsammeln der Abfälle und dem Transport zu den beiden Umschlagstationen in Hofgeismar und Lohfelden sind aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Abfälle verschiedene Nutzlasten bei den Sammelfahrzeugen zu berücksichtigen. In die Bilanz gehen Dieselverbräuche pro Tonne transportierter Abfälle ein. Die Daten für das Einsammeln von Restabfall und LVP wurden den aktuellen Bilanzen des Landkreises entnommen. Für das Einsammeln der beiden Abfallarten in einer gemeinsamen Tonne wurde vom Landkreis auf Basis einer geringeren Nutzlast gegenüber dem Einsammeln von Restabfall ein Zwischenwert ermittelt (siehe Tab. 4.1). Tab. 4.1 Nutzlasten und Dieselverbrauch beim Einsammeln von Abfällen und beim Transport zu den Umschlagstationen Nutzlast [Mg] Dieselverbrauch [l/mg] Einsammlung Restabfall im LK und Transport zu Umschlagstationen Einsammlung Restabfall und LVP in einer gemeinsamen Tonne im LK und Transport zu Umschlagstationen Einsammlung LVP sowie Abfällen aus der einheitlichen Wertstofftonne im LK und Transport zu Umschlagstationen 10 4,2 9 4,6 4 14,5 Für den weiteren Transport der Abfälle von den Umschlagstationen nach Weidenhausen oder Porta-Westfalica sowie der in Weidenhausen abgetrennten Fraktionen zur thermischen Verwertung wurden Nutzlast und Dieselverbrauch der Fahrzeige sowie die Wegstrecken in der Bilanzierung berücksichtigt. Die Daten wurden vom Landkreis Kassel zur Verfügung gestellt. Die verwendeten Daten sind in der Tab. 4.2 enthalten. 34

35 Tab. 4.2 Angenommene Streckenlänge, Verbrauch und Nutzlast bei Transportvorgängen ab den Umschlagstationen Strecke Streckenlänge Verbrauch Nutzlast [km] [l/100 km] [Mg] Hofgeismar Weidenhausen Lohfelden Weidenhausen Hofgeismar-Porta-Westfalica Lohfelden-Porta Westfalica Weidenhausen-Kassel 61, Weidenhausen-Witzenhausen 28, Weidenhausen-Jänschwalde Weidenhausen - Porta Westfalica Weidenhausen Deiderode 38, Deiderode - Witzenhausen Für die Transporte von Wertstoffen, die in Porta-Westfalica, Weidenhausen oder Deiderode abgetrennt und einer stofflichen Verwertung zugeführt werden, wurden die in der nachfolgenden Tabelle enthaltenen Ansätze zu Grunde gelegt. Tab. 4.3 Angenommene Streckenlänge und spezifischer Verbrauch bei den Wertstofftransporten [DSLV 2013] Strecke Streckenlänge [km] Spez. Verbrauch [l//t*km] Verwertung Störstoffe aus Porta Westfalica/Deiderode 100 0,036 Verwertung Aluminium 300 0,036 Kunststoffen zum PE-/PP-/MKS-Recycling 300 0,018 MKS zum Zementwerk 150 0,108 Verwertung Fe-Metalle/Weißblech 200 0,029 Verwertung PPK, FKN 100 0,029 Zur Holzschonung ins Holzkraftwerk 70 0, Umschlagstationen und mechanische Aufbereitung Umschlagstationen An den Umschlagstationen fallen außer Diesel keine wesentlichen Mengen an Betriebsstoffen an. Der Landkreis nennt für beide Umschlagstationen einen Dieselverbrauch von 0,4 l/mg Abfall. 35

36 LVP-Aufbereitung in Porta-Westfalica Für die Sortierung von LVP bzw. eines Gemisches aus LVP und stoffgleichen weiteren Wertstoffen in Porta-Westfalica o.a. LVP-Sortierungsanlagen ähnlichen Standards wird folgender spezifische Verbrauch angesetzt [Krüger 2013]: Stromverbrauch: 36,5 kwh/ Mg Input Weitergehende Aufbereitung der Mischkunststoffe zur Regranulierung Für die weitergehende Sortierung von Mischkunststoffen aus der Sortierung von LVP bzw. einem Wertstoffgemisch aus der WST einschließlich NIR-Technik, Waschen und Regranulieren wird folgender spezifischer Verbrauch angesetzt [Scriba 2013]. Stromverbrauch: 423,5 kwh/ Mg Input Mechanische Behandlung Weidenhausen Für die mechanische Behandlung in Weidenhausen werden vom Landkreis Kassel folgende spezifischen Verbräuche genannt: Dieselverbrauch: Stromverbrauch: 0,47 l/mg Abfallinput 22,4 kwh/ Mg Abfallinput Weitere Sortierung mit der NIR Technik Für die weitere Ausschleusung von Wertstoffen aus einem Wertstoffgemisch mit Hilfe der NIR-Technik wird derselbe spezifische Stromverbrauch angesetzt, wie für die mit vergleichbarer Technik ausgestattete LVP-Aufbereitung in Porta-Westfalica [Krüger 2013]. Stromverbrauch: 36,5 kwh/ Mg Abfallinput Für die bei den Untervarianten, bei denen das Material nach Deiderode transportiert und dort zusätzlich noch gewaschen und gemahlen wird, sind für diese zusätzlichen Aufbereitungsschritte folgende spezifischen Verbräuche anzusetzen [Scriba 2013]. In Porta-Westfalica findet keine Waschung und Granulierung statt. Da das Material aber vor der Verwertung einer Waschung und Granulierung unterzogen werden muss, wird im Rahmen der Modellierung für die Aufbereitung in Porta-Westfalica derselbe Wert angesetzt. Stromverbrauch: 423,5 kwh/ Mg Abfallinput Das Waschwasser wird in die Vergärung der MBA eingebracht. Der Wasserverbrauch geht jedoch in die Klimabilanz ohnehin nicht ein. 36

37 4.3 Thermische Verwertungsverfahren Heizwerte, Anteile Kohlenstoff, Wirkungsgrade, Betriebsmittel Bei der thermischen Verwertung von Ersatzbrennstoff (EBS), biologischer Fraktion und MHKW-Fraktion sind im Hinblick auf die Bilanzierung der Klimawirksamkeit und Ressourcenschonung folgende Kenndaten zu berücksichtigen: Heizwert (Hu in kj/kg), Kohlenstoffgehalt: C gesamt (C ges ) hier als Angabe in % bezogen auf die Feuchtsubstanz, fossiler Anteil am Kohlenstoffgehalt: C fossil (C foss ) in % an C gesamt regenerativer Anteil am Kohlenstoffgehalt: C regenerativ (C reg ) in % an C gesamt, ergibt sich aus der Differenz zwischen C ges und C foss. Anhand der Zusammensetzung von Restabfall und getrennt gesammelter LVP-Fraktion, sowie Literaturangaben zu den Elementargehalten einzelner Restabfallfraktionen, Wassergehalten, Glühverlusten sowie des Anteils von fossilem Kohlenstoff im Gesamtkohlenstoffgehalt der Fraktionen, aus denen Restabfall und LVP zusammengesetzt sind, lassen sich Heizwertberechnungen durchführen. Angaben zu Heizwerten der derzeit in Weidenhausen separierten Fraktionen EBS, Schwerfraktion und biologische Fraktion wurden von der Firma B+T, die die mechanische Behandlungsanlage in Weidenhausen betreibt, zur Verfügung gestellt [Scherer 2013]. Basierend auf den Angaben der Firma B+T zu Heizwerten konnte für die Schwerfraktion und die biologische Fraktion die Zusammensetzung sowie der Anteil an Gesamtkohlenstoff und fossilem Kohlenstoff ermittelt werden. Die entsprechenden Daten zu den in den einzelnen Varianten in Weidenhausen erzeugten EBS-Fraktionen wurden ermittelt, indem vom Input in die Anlage jeweils der Anteil der über die biologische Fraktion, die Schwerfraktion und die in nachfolgenden Aufbereitungsschritten abgetrennten Wertstoffe abgezogen wurden. Aus der verbliebenen Fraktion wurden dann jeweils der Heizwert, der Anteil an C ges sowie der Anteil C foss rechnerisch ermittelt (siehe Tab. 4.4). Tab. 4.4 Unterer Heizwert und Anteile an Kohlenstoff der EBS-Fraktionen Status Quo E1 E2 MIN E2 MAX E3 MIN E3 MAX E4 Heizwert Hu in [MJ/kg] 11,00 10,58 13,75 13,18 10,77 10,43 14,14 Anteil C ges * 29,0% 28,3% 34,1% 33,0% 28,6% 28,0% 34,8% davon Anteil C foss 42,8% 40,6,% 54,7% 52,6% 41,8% 40,0% 55,6% * bezogen auf die Feuchtsubstanz Die Heizwerte und Anteile an Kohlenstoff der EBS-Fraktionen, die sich aus Sortierresten aus der LVP-Aufbereitung ergeben, wurden anhand von Erfahrungswerten abgeschätzt. Im Rahmen der Bilanzierung wird davon ausgegangen, dass hiervon 68 % im Zementwerk und 32 % in einer EBS-Anlage verwertet werden. Bei Reststoffen, die bei der Reinigung und wei- 37

38 teren Aufbereitung der Wertstoffe anfallen, wird davon ausgegangen, dass diese im Zementwerk verwertet werden (vgl. hierzu auch [Dehoust/Christiani 2012]). Hinsichtlich der Sortierreste, die in der LVP-Sortierung anfallen und im Zementwerk bzw. in einer MVA verwertet werden, der Stör- und Schmutzstoffe aus der weiteren Wertstoffaufbereitung sowie der Anteile aus der in der LVP-Aufbereitung abgetrennten Mischkunststoffe, die im Zementwerk verwertet werden, wurden die in der nachfolgenden Tabelle enthaltenen Heizwerte und Anteile an C ges und C foss angenommen. Die Daten basieren auf Erfahrungswerten und Abschätzungen. Tab. 4.5 Unterer Heizwert und Anteile an Kohlenstoff bezogen auf den Glühverlust der Sortierreste, die im Zementwerk verwertet werden Heizwert Hu in [kj/kg] Anteil C ges davon Anteil C foss LVP-Aufber. MKS als Ersatzbrennstoff (ins Zementwerk) % 93% Sortierreste LVP-Sortierung (ins Zement) % 65% Sortierreste LVP-Sortierung (in MVA) % 35% Störstoffe aus Aufbereitung Wertstoffe % 75% Für die biologische Fraktion und die MHKW-Fraktion wurden angenommen, dass die Heizwerte und Anteile an Kohlenstoff bei allen Varianten gleich sind. Dies lässt sich damit begründen, dass die Zusammensetzung dieser Fraktionen unabhängig von den Mengen an ausgeschleusten Wertstoffen ist. Dieser beiden Fraktionen sind in der Tab. 4.6 beschrieben. Tab. 4.6 Unterer Heizwert und Anteile an Kohlenstoff bez. auf den Glühverlust der biologischen Fraktion und der MHKW-Fraktion biologische Fraktion MHKW-Fraktion Heizwert Hu in [kj/kg] Anteil Cges 16,0% 14,8% davon Anteil C foss 23,1% 32,3% Bilanzierungsmethodik thermische Verwertungsverfahren MHKW Als Lastschriften fallen die bei der Verbrennung freigesetzten CO 2 -Emissionen fossilen Ursprungs sowie die CO 2 -Emissionen an, die für die Bereitstellung der Hilfsstoffe aufgewendet werden. Der in der Abfallverbrennung nicht zur Deckung des Eigenbedarfs benötigte Strom wird zu 100 % in das Netz eingespeist. 38

39 Als Gutschrift für abgegebene Fernwärme wird ein Mix zu jeweils gleichen Anteilen aus Gasund Ölheizungen angesetzt. Daten zu Emissionsfaktoren, die den Gut- und Lastschriften zu Grunde liegen, sind dem Kap zu entnehmen. Die Daten zur Strom- und Wärmeabgabe des MHKW Kassel stellen einen Mittelwert von veröffentlichten Daten aus den Jahren 2008 bis 2012 dar [MHKW Kassel]. Diese vom MHKW veröffentlichten Daten verstehen sich ohne den Eigenbedarf an Strom und Dampf. Deshalb wurden hierfür nach [ITAD 2002] 4 % für elektr. Energie und ein Dampfbedarf von 16 % des Gesamtenergieinputs abgezogen. Für die Betriebsmittelverbräuche konnten vom MHKW Kassel keine Angaben gemacht werden. Für die Bilanz wurden die Daten des HKW Witzenhausen übernommen. Tab. 4.7 Betriebsdaten des MHKW Kassel [MHKW 2013; ITAD 2002] Wert Einheit Wirkungsgrad elektrisch 7,8 [%] Wirkungsgrad thermisch 19,5 [%] Verbrauch HOK 0,38* kg/mg Abfallinput Verbrauch NH 3 4,6* kg/mg Abfallinput Verbrauch an Kalkhydrat 10,3* kg/mg Abfallinput EBS-Anlage Die EBS-Anlage wird analog zur Abfallverbrennung bilanziert. Als Lastschriften werden die bei der Verbrennung freigesetzten CO 2 -Emissionen fossilen Ursprungs sowie die CO 2 - Emissionen gerechnet, die für die Bereitstellung der Hilfsstoffe aufgewendet werden. Der nicht zur Deckung des Eigenbedarfs benötigte Strom wird zu 100 % in das Netz eingespeist. Als Gutschrift für abgegebene Fernwärme wird ein Mix aus zu jeweils gleichen Anteilen an Gas- und Ölheizungen angesetzt. Daten zu Emissionsfaktoren, die den Gut- und Lastschriften zu Grunde liegen, sind dem Kap zu entnehmen. Die Betriebsdaten der EBS-Anlage in Witzenhausen sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben. Bei den Daten zum EBS-HKW Witzenhausen ist der Eigenbedarf an Strom und Dampf bereits abgezogen. 39

40 Tab. 4.8 Betriebsdaten des HKW Witzenhausen [Wengenroth 2013] Wert Einheit Wirkungsgrad elektrisch 15,6 [%] Wirkungsgrad thermisch 45,3 [%] Verbrauch HOK 0,38 kg/mg Abfallinput Verbrauch NH 3 4,6 kg/mg Abfallinput Verbrauch an Kalkhydrat 10,3 kg/mg Abfallinput Braunkohlekraftwerk Bei der Verbrennung von Abfällen in Braunkohlekraftwerken sind grundsätzlich zwei Bilanzmethoden denkbar. Zum einen kann der Ersatz von Braunkohle wie beim Zementwerk als Substitution eines Regelbrennstoffs bilanziert werden, zum anderen kann der produzierte Strom mit dem durchschnittlichen Strommix in Deutschland wie bei der MVA angesetzt werden. Da die Fraktion, die in das Braunkohlekraftwerk gelangt, anders als bei SBS im Zementwerk, eher eine Restfraktion der Aufbereitung ist, wird in dieser Bilanz die Gutschrift über die Strombereitstellung als die besser geeignete Methode gewählt und die Substitutionsmethode lediglich einer Sensitivitätsbetrachtung unterzogen (siehe Kapitel 6.1). Da die Mengen in jeder Variante gleich hoch sind, ist die Wahl der Bilanzmethode für die Einordnung der einzelnen Varianten nicht von Bedeutung. Damit wird das Braunkohlekraftwerk analog zur Abfallverbrennung bilanziert. Die bei der Verbrennung freigesetzten CO 2 -Emissionen fossilen Ursprungs werden als Lastschriften für das Braunkohlekraftwerk berechnet. Betriebsmittel können vernachlässigt werden. Der nicht zur Deckung des Eigenbedarfs benötigte Strom wird in das Netz eingespeist. Daten zu Emissionsfaktoren, die den Gut- und Lastschriften zu Grunde liegen, sind Kap zu entnehmen. Die biologische Fraktion wird nach Auskunft der Fa. Vattenfall in den beiden Braunkohlekraftwerken Jänschwalde und Schwarze Pumpe verwertet. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei 35,5 % bzw. 42 %. Für die Bilanz wird ein Mittelwert von 38,75 % herangezogen. Die Abgabe von Dampf für Fernwärmezwecke ist laut Betreiberangaben vernachlässigbar. Zementwerk Als Lastschriften für das Zementwerk fallen die bei der Verbrennung freigesetzten CO 2 - Emissionen fossilen Ursprungs an. Betriebsmittel können vernachlässigt werden. Bei der Verbrennung von 1 Mg Abfälle werden aufgrund des geringeren Heizwertes der Abfälle (Sortierreste und Störstoffe) gegenüber den Regelbrennstoffen (Hu Regelbrennstoffe : MJ(Mg)) entsprechende Mengen an Regelbrennstoffen ersetzt. Die bei der Verbrennung dieser Brennstoffmengen freigesetzten CO 2 -Emissionen werden als Gutschrift in der Bilanz abgerechnet. Darüber hinaus werden die CO 2 -Emissionen, die über Vorketten anfallen (i.w. Rohstoffgewinnung und Transporte), bei der Gutschrift mitberücksichtigt. 40

41 Holzschonung Die Abschätzung von Umwelt- und Klimaeffekten durch die Papierverwertung im Rahmen von Ökobilanzen beruht auf dem Vergleich der Herstellung von Papieren bzw. Faserstoffen aus Altpapier im Vergleich zu qualitativ vergleichbaren Papieren bzw. Faserstoffen aus Primärrohstoffen. Wird Papier nicht stofflich verwertet, wird es in einer EBS- Verbrennungsanlage oder einer MVA energetisch genutzt. Getrenntsammlung Restmüllsammlung Papierindustrie Ersatz: Frischfasern Bedarf: fossile Energieträger MVA Ersatz: fossile Energieträger Strom + Wärme Bedarf: Frischfasern Abb. 6 Bilanzrahmen der Bilanzierung zusätzlich erfasster Mengen Altpapier im Vergleich zur Verbrennung in der MVA [Dehoust et al 2008] Gleichzeitig kann eingespartes Holz energetisch verwertet werden. Würde die energetische Nutzung des eingesparten Holzes wie in zahlreichen Bilanzen nicht berücksichtigt, wäre die Bilanz asymmetrisch, da weder bei einer Klimabilanz noch durch die sonstigen gebräuchlichen Umweltkriterien der Ökobilanz die positiven Aspekte der Schonung von Holz bewertet würden. In diesem Fall muss im Szenario Papierrecycling durch zusätzlichen Primärenergieverbrauch, dargestellt durch das Ölfass in Abb. 7, die Energiebilanz ausgeglichen werden, da in der MVA weniger Altpapier energetisch genutzt wird. 41

42 Abb. 7 Asymmetrische Systemgrenzen der Vergleichsszenarien ohne Berücksichtigung der Holznutzung; nach [Dinkel 2000, Dinkel 2006] Wird die Systemgrenze allerdings, wie in dieser Studie, um die Nutzung des Waldholzes erweitert, können die Systemgrenzen der beiden Vergleichsszenarien angepasst werden (Abb. 8). Die energetische Nutzung des eingesparten Holzes führt zu einer Gutschrift aus der Strom- und Wärmebereitstellung bei der Holzverbrennung. Jetzt muss im Szenario EBS/MVA zusätzlich Primärenergie eingesetzt werden. Angesichts der intensiven Holznutzung in Deutschland [Vorher/Kibat 2007] und Europa ist dies ein realistischer Ansatz [Öko- Institut 2008]. Abb. 8 Symmetrische Systemgrenzen der Vergleichsszenarien mit Berücksichtigung der Holznutzung; nach [Dinkel 2000, Dinkel 2006] 42

43 Vorgehen bei der ökobilanziellen Betrachtung: Die Gutschriften für das Papierrecycling werden getrennt nach Gutschrift für die Holzschonung und Fasergutschrift ausgewiesen. Für die Ermittlung der Fasergutschrift wird ein Neufasereinsatzmix in Deutschland von rund 57 % Zellstoff und rund 43 % Holzstoff zugrunde gelegt. Je Mg PPK, das recycelt wird, werden etwa 1,8 Mg Holz eingespart. Als Holzgutschrift für die Holzschonung wird eine Nutzung des eingesparten Holzes im Holz- HKW angerechnet (Wirkungsgrad el. 20 %, Wirkungsgrad th: 20 %). Der Strom wird im europäischen Strommarkt genutzt. Als Gutschrift wird der europäische Strommix bilanziert. Die Wärmegutschrift wird als Mix aus Öl- und Gasheizungen beim Endverbraucher berechnet. Als Aufwand wird der Lkw-Transport des Holzes zum HKW mit 500 km angesetzt. Daten zu Emissionsfaktoren, die den Gut- und Lastschriften zu Grunde liegen, sind dem Kap zu entnehmen Gut- und Lastschriften für Energie Die Emissionsfaktoren, die für bereitgestellten Strom aus der energetischen Verwertung gut geschrieben werden, sowie die Lastschriften für Strom- und Dieselverbrauch, sind in der nachfolgenden Tabelle enthalten. Leitungsverluste für die Verteilung von Wärme sind bereits berücksichtigt. Bei den Gut- bzw. Lastschriften für Strom wird der bundesdeutsche Strommix angesetzt. Für Gutschriften für Prozessdampf wird der bundesdeutsche Prozessdampfmix herangezogen. Für Wärmegutschriften werden die Prozesse Kessel für leichtes Heizöl 10 kw Europa ohne Schweiz sowie Gaskessel < 100 kw Europa ohne Schweiz aus [Ecoinvent 3.0] zu jeweils 50 % herangezogen. Tab. 4.9 Daten zu Gut- und Lastschriften, die im Rahmen der thermischen Verwertung sowie für Dieselverbrauch bei Transporten berücksichtigt wurden GWP [kg CO 2eq/kWh KEA [MJ/kWh] Quelle Lastschrift für Stromverbrauch Gutschrift Stromabgabe (MHKW und EBS-KW) Gutschrift Prozessdampf (EBS-Anlage) Gutschrift Fernwärme (MHKW) 0,67 7,86 0,67 7,86 0,35 5,0 0,28 4,4 Econivent 3.0 Econivent 3.0 GEMIS Econivent 3.0 GWP [kg CO 2eq/l] KEA [MJ/l] Quelle Lastschrift Dieselverbrauch 2,91 40,63 Econivent

44 4.3.4 Zwischenergebnisse Bilanzierung thermische Verwertung In diesem Kapitel werden für verschiedene Stoffströme die Ergebnisse der thermischen Verwertung dargestellt. Die Ergebnisse beziehen sich immer auf 1 Mg Input. MHKW Kassel Tab Ergebnisse der Zwischenbilanz für die Verbrennung von Reststoffen im MHKW Kassel Aufwand MHKW-Fraktion aus Weidenhausen Sortierreste aus LVP- Sortierung Einheit Betrieb CO 2 fossil 0,18 0,8 Mg CO 2eq/Mg Betriebsmittel 0,03 0,03 Mg CO 2eq/Mg Summe 0,21 0,83 Mg CO 2eq/Mg KEA Betriebsmittel 49,7 49,7 MJ/Mg Gutschriften Strom -94,8-237,2 kwh/mg Wärme -237,8-594,8 kwh/mg Ergebnisse GWP Betrieb 0,2 0,4 Mg CO 2eq/Mg Gutschrift Strom -0,06-0,16 Mg CO 2eq/Mg Gutschrift Wärme -0,06-0,15 Mg CO 2eq/Mg Gesamt 0,08 0,11 Mg CO 2eq/Mg Ergebnisse KEA Betrieb MJ/Mg Gutschrift Strom MJ/Mg Gutschrift Wärme MJ/Mg Gesamt MJ/Mg 44

45 EBS-Anlage Die folgende Tabelle zeigt die Zwischenbilanzergebnisse für Ersatzbrennstoff, der in Weidenhausen erzeugt und in Witzenhausen verwertet wurde. Die unterschiedlichen Werte ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Heizwerte, die jeweils für den Ersatzbrennstoff angenommen wurden. Tab Ergebnisse der Zwischenbilanz für Ersatzbrennstoff, der in Witzenhausen erzeugt wurde. Status Quo E 1 E2 MIN E2 MAX E3 MIN E3 MAX E4 Einheit Aufwand Betrieb CO 2 fossil 0,46 0,42 0,68 0,64 0,44 0,41 0,71 Mg CO 2eq/Mg Betriebsmittel 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 Mg CO 2eq/Mg Summe 0,49 0,45 0,71 0,67 0,47 0,44 0,74 Mg CO 2eq/Mg Gutschriften Strom kwh/mg Wärme # kwh/mg Ergebnisse GWP Betrieb 0,49 0,45 0,71 0,67 0,47 0,44 0,74 Mg CO 2eq/Mg Gutschrift Strom -0,32-0,31-0,40-0,38-0,31-0,3-0,41 Mg CO 2eq/Mg Gutschrift Dampf -0,48-0,46-0,60-0,46-0,47-0,46-0,62 Mg CO 2eq/Mg Gesamt -0,31-0,32-0,29-0,29-0,31-0,32-0,29 Mg CO 2eq/Mg Ergebnisse KEA Gutschrift Strom MJ/Mg Gutschrift Dampf MJ/Mg Gesamt MJ/Mg Zementwerk Im Zementwerk ersetzen Sortierreste und Störstoffe aus der Wertstoffaufbereitung durch Co- Verbrennung primäre Brennstoffe. Darüber hinaus wird ein Teil der erzeugten Mischkunststofffraktion im Zementwerk verwertet. Die Ergebnisse der Zwischenbilanz sind in der folgenden Tabelle dargestellt. 45

46 Tab Ergebnisse der Zwischenbilanz für Sortierreste, Mischkunststoffe und Reste aus der Wertstoffsortierung, die im Zementwerk mitverbrannt werden Sortierreste LVP Mischkunststoffe Reste aus Wertstoffaufbereitung Einheit Heizwert EBS MJ/Mg KEA Regelbrennstoff* MJ/Mg Heizwert Regelbrennstoff* MJ/Mg Aufwand Betrieb CO 2 fossil 0,95 2,3 1,4 Mg CO 2eq /Mg Gutschriften CO 2 -fossil aus prim. Brennstoff -1,82-3,53-2,35 Mg CO 2eq /Mg Vorkette CO 2 fossil -0,10-0,2-0,13 Mg CO 2eq /Mg KEA MJ/Mg Ergebnisse GWP Aufwand-Abfall 1,0 2,3 1,4 Mg CO 2eq /Mg Gutschrift Brennstoff -1,9-3,7-2,5 Mg CO 2eq /Mg Gesamt -1,0-1,4-1,1 Mg CO 2eq /Mg Ergebnisse KEA MJ/Mg * Der Regelbrennstoff setzt sich zusammen aus Braunkohle (66 %), Steinkohle (28 %) und Petrolkoks (6 %) [VDZ 2009; VDZ 2012] Braunkohlekraftwerk Die folgende Tabelle gibt die Ergebnisse der Zwischenbilanz für die organikreiche Fraktion; die im Braunkohlekraftwerk verwertet wird, wieder. 46

47 Tab Berechnung der KEA-Gutschrift für die organikreiche Fraktion; die im Braunkohlekraftwerk verwertet wird Wert Einheit Aufwand Betrieb CO 2 fossil 0,14 Mg CO 2eq/Mg Gutschriften Strom -0,36 Mg CO 2eq/Mg Ergebnisse GWP Betrieb CO 2-fossil 0,14 Mg CO 2eq/Mg Gutschrift Strom -0,36 Mg CO 2eq/Mg Gesamt -0,23 Mg CO 2eq/Mg Gutschrift KEA MJ/Mg 4.4 Gut- und Lastschriften für die stoffliche Verwertung Fremdstoffanteile und Wassergehalte in den aussortierten Wertstoffen Wertstoffe, die beispielsweise mit Hilfe der NIR-Technik oder mit Magnetabscheidern in mechanischen Aufbereitungsstufen abgeschieden werden, weisen Anteile von Verunreinigungen und Störstoffen auf. In der folgenden Tabelle werden Verschmutzungsgrade genannt, die im Rahmen der Sachbilanz berücksichtigt wurden. Für einige Wertstofffraktionen liegen Angaben aus der Literatur vor. Für einige mussten Annahmen getroffen werden. Für Kunststoffe, die aus einem Wertstoffgemisch, das aus Restabfall oder einem gemeinsam gesammelten Gemisch aus Restabfall und LVP ausgetragen wurde, liegen Daten aus dem Praxisversuch graue Wertstofftonne vor. 47

48 Tab Fremdstoff- und Wasseranteil in aussortierten Wertstofffraktionen Fremdstoffanteil [%] Wasseranteil [%] Quelle PE/PP Kunststoffe aus LVP und einheitlicher Wertstofftonne Folien aus LVP und einheitlicher Wertstofftonne PE/PP Kunststoffe aus grauer Wertstofftonne und Restabfall Folien aus LVP und grauer Wertstofftonne und Restabfall Mischkunststoffe aus LVP und einheitlicher Wertstofftonne für KS- Regranulat 20% 8% Dehoust/Christiani % 13% Dehoust/Christiani % 11% Kern/Siebenkothen % 18% Kern/Siebenkothen % 15% Dehoust Christiani 2012 FKN (alle Fraktionen) 32% 7% Dehoust/Christiani 2012 Weißblech aus LVP und einheitlicher Wertstofftonne Weißblech/Fe-Metalle aus grauer Wertstofftonne und Restabfall Aluminium aus LVP und einheitlicher Wertstofftonne Aluminium/NE-Metalle aus grauer Wertstofftonne und Restabfall PPK aus LVP und einheitlicher Wertstofftonne 13% 3% Dehoust/Christiani % 3% Dehne et al % 3% Dehne et al % 3% Dehne et al % 18% Dehne et al Substitutionsprozesse für Wertstoffe Daten zu Gut- und Lastschriften, die im Rahmen der stofflichen Verwertung berücksichtigt wurden, sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Der Substitutionsfaktor berücksichtigt den Wirkungsgrad bei der Herstellung eines Produktes oder Vorproduktes, z. B. Stahl. Er wird mit der Menge der Wertstofffraktion multipliziert. Da bei Kunststoffen der Herstellungsprozess mit der Erzeugung des Granulats abgeschlossen ist und dieser Prozess oben bereits bilanziert wurde, werden hier weder Substitutionsfaktoren noch Angaben zu Lastschriften aufgenommen. 48

49 Tab Daten zu Gut- und Lastschriften für das Recycling aus Literatur und Datenbanken GWP [kg CO 2eq/kg KEA [MJ/kg] Substitutionsfaktor Quelle Lastschrift Stahl 0,34 6,87 1 Dehoust et al Gutschrift Stahl 1,28 18,44 1 Dehoust et al Lastschrift Aluminium 0,41 7,17 1 Dehoust et al Gutschrift Aluminium 9,71 155,68 1 Dehoust et al Lastschrift PPK 0,17 2,35 1 Dehoust et al Gutschrift PPK 0,89 9,29 1 Dehoust et al Gutschrift LDPE* 2,21 72,27 Ecoinvent 3.01 Gutschrift HDPE* 2,06 73,17 Ecoinvent 3.01 Gutschrift PP* 2,09 72 Ecoinvent 3.01 * Die Lastschriften für das Kunststoffrecycling ergeben sich aus den Aufwendungen und Verlusten bei der Sortierung und der Aufbereitung und werden in der Bilanz direkt berechnet 4.5 Bilanzierung des Vergleichs Status Quo mit dem Jahr 2003 Die Bilanzierung der Stoffströme für die Jahre 2003 und 2012 für das Kriterium Treibhauspotential erfolgte mit Hilfe von Emissionsfaktoren. Diese werden in der nachfolgenden Tabelle genannt. 49

50 Tab Emissionsfaktoren zur Bilanzierung des Treibhauspotentials der Stoffströme in den Jahren 2003 und 2012 Stoffstrom Emissionsfaktor [kgco 2eq/mg Abfall] Quelle Baustellenabfälle ins EBS-Kraftwerk 314 Bilanziert mit Hu = 10,8 MJ, C ges 29%, C foss. 42% Deponierung Baustellenabfälle 26 Dehoust et al Reste Sperrabfall ins EBS-Kraftwerk -285 Bilanziert mit Hu = 13,7 MJ, C ges 34%, C foss. 55% Altholz aus Sperrabfall in Altholzverbrennungsanlage -633 Bilanziert mit ƞel.20%, ƞth: 20%, Hu Gewerbeabfall ins MHKW Kassel 81 Bilanziert mit Hu = 4,4 MJ, C ges. 15%, C foss. 32% E-Geräterecycling Dehoust et al Kompostierung Grünabfall 20 Dehoust et al Biomasseverbrennung -395 Bilanziert mit ƞel.20%, ƞth: 20%, Hu Vergärung Bioabfall -41 Dehoust et al Kompostierung Bioabfall 28 Dehoust et al Restabfall ins MHKW Kassel 104 Bilanziert mit Hu = 11 MJ, C ges. 30%, C foss. 35% Deponierung Restabfall 656 Dehoust et al Sperrabfall gesamt ins MHKW Kassel 327 Bilanziert mit Hu = 13,7 MJ, C ges. 34%, C foss. 55% Eisenmetalle -945 Bilanziert analog Variantenvergleich Status Quo Hartkunststoffe Bilanziert analog Variantenvergleich Status Quo Folien -864 Bilanziert analog Variantenvergleich Status Quo Mischkunststoffe -873 Bilanziert analog Variantenvergleich Status Quo Weißblech -828 Bilanziert analog Variantenvergleich Status Quo Aluminium Bilanziert analog Variantenvergleich Status Quo FKN Bilanziert analog Variantenvergleich Status Quo PPK-Verbunde Bilanziert analog Variantenvergleich Status Quo Sortierrest LVP Aufbereitung im Jahr 2003 in MVA 106 Bilanziert mit Hu = 11 MJ, C ges. 30%, C foss. 35% 50

51 5 Ergebnisse der Bilanzierung In den folgenden Kapiteln werden die Ergebnisse getrennt nach den beiden betrachteten Umweltkriterien dargestellt. Lastschriften sind als positive Werte über der Abszisse dargestellt, Gutschriften als negative Werte. Die einfarbig in grün dargestellten Balken geben den jeweiligen Summenwert, gebildet aus Gut- und Lastschriften wider und zeigen somit das Gesamtergebnis. 5.1 Szenarienvergleich Treibhauspotential (GWP) Die Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium Treibhauspotential zeigt Abb. 9. Die Ergebnisse für die minimale Kunststoffausbringung in den Varianten E2 und E3, die Werte für maximale Ausbringungsraten sind als Spanweite mit dem gelben Balkensegment dargestellt. In Tab. 9.1 im Anhang werden die Ergebnisse tabellarisch dargestellt. Die Tabelle weist zusätzlich die jeweiligen Stoffströme in Mg/a sowie die spezifischen CO 2 -Emissionen in kg CO 2eq /Mg aus. Lastschriften ergeben sich durch Transporte, Aufwendungen bei der Abfallsortierung und durch die Verbrennung im MHKW Kassel. Für alle übrigen Prozesse zeigen sich in der Summe Gutschriften. Die höchsten Gutschriften in der Summe ergeben sich bei Variante E1. Bei dieser Variante werden die höchsten Wertstoffmengen ausgebracht (siehe Tab. 3.13). Entsprechend ergeben sich überproportional hohe Gutschriften für die werkstoffliche Verwertung von Kunststoffen und die Verwertung von Mischkunststoffen (teils werkstofflich, teils energetisch). Ebenfalls gut schneiden die Varianten Status quo sowie E3 ab. Auch hier geben die relativ hohen Mengen verwerteter Kunststoffe den Ausschlag. Wird bei E3 die maximale Kunststoffausbringung betrachtet, ist diese Variante deutlich besser als der Status Quo, reicht aber nicht an E1 heran. Mit Abstand am schlechtesten schneiden die Varianten E2 und E4 ab. Bei beiden werden relativ geringe Kunststoffmengen ausgebracht. Das Ergebnis ändert sich bei E2 auch nicht wesentlich, wenn maximale Ausbringungsraten angenommen werden. Insgesamt betrachtet sind die Unterschiede zwischen einzelnen Varianten erheblich. Die Summe aus Gut- und Lastschriften bei Variante E4 beträgt lediglich 74 % der entsprechenden Summe bei Variante E1. Den jeweils höchsten Anteil an den Gutschriften macht die energetische Verwertung im EBS- Kraftwerk in Witzenhausen aus. Die Gutschriften für die stoffliche Verwertung von ausgebrachten Wertstoffen machen in der Summe die zweithöchsten Anteile aus. Eine Ausnahme bildet E 4, da dort nur Eisen- und Aluminium ausgetragen wird. Bei den spezifischen Gutschriften für die stoffliche Verwertung ist zwischen Brutto- und Netto-Gutschriften zu unterscheiden. Die Bruttogutschriften weisen die CO 2 -Emissionen aus, die bei der Primärproduktion eines Wertstoffs entstehen. Bei Aluminium beträgt diese beispielsweise 9,7 kgco 2 /kg (siehe Tab. 4.15). Bei den Nettogutschriften werden die Aufwendungen für die Erzeugung der Sekundärrohstoffe, Fremdstoffe und Verschmutzungen etc. berücksichtigt. Sie fallen daher deutlich geringer aus, insbesondere, da sie hier auf die feuchten und mit Störstoffen angereicherten Bruttomengen der Wertstoffströme bezogen werden. 51

52 Die mit Abstand höchste spezifische CO 2 - Gutschrift ergibt sich durch die stoffliche Verwertung von Aluminium mit einem Wert von ca kg CO 2 eq/mg aussortierter Aluminiumfraktion (siehe Tab. 9.1 im Anhang) 3. Das werkstoffliche Kunststoffrecycling ergibt je nach Verschmutzungsrad und Art der abgetrennten Kunststoffe Gutschriften im Bereich von 900 bis kg CO 2 eq/mg. Die thermische Verwertung von Kunststoffen im Zementwerk ergibt mit ca. 960 kg CO 2 eq/mg ebenfalls hohe spezifische Netto-Gutschriften. Der daraus resultierende Beitrag ist höher als derjenige für die werkstoffliche Verwertung der Kunststoffe, die in E2 bei minimalen Ausbringraten abgetrennt werden. Der niedrige Wert bei E2 min ist insbesondere auf den relativ hohen Anteil an Folien zurückzuführen. Für die Aufbereitung der Folienfraktion sind relativ hohe Stromaufwendungen erforderlich, die sich negativ auf die Netto- Gutschriften auswirken. Relativ niedrige spezifische CO 2 -Gutschriften ergeben sich beim Braunkohlekraftwerk (ca. 220 kg CO 2 eq/mg) und bei der EBS-Verbrennungsanlage (ca. 300 kg CO 2 eq/mg). Das schlechte Abschneiden von E2 und E4 ist auch darauf zurückzuführen, dass bei diesen Szenarien keinen nennenswerten EBS-Mengen im Zementwerk verwertet werden. Welche Änderungen sich ergeben, wenn ein Teil der EBS-Fraktion ins Zementwerk verbracht wird, wird in Kap. 6 im Rahmen einer Sensitivitätsbetrachtung diskutiert. Die Gutschriften für das Zementwerk ergeben sich aus der energetischen Verwertung von Sortierresten der LVP-Aufbereitung und aus der Verwertung eines Teils der Mischkunststoffe. Aus diesem Grund werden für die Varianten E2 und E4 keine expliziten Gutschriften durch eine thermische Verwertung im Zementwerk ausgewiesen. Störstoffe aus der Wertstoffsortierung werden ebenfalls ins Zementwerk verbracht. Die hierbei anfallenden Gutschriften werden mit den Gutschriften für die einzelnen Wertstofffraktionen in der Grafik ausgewiesen. 3 Ausschließlich auf den Aluminiumanteil in dieser Fraktion bezogen, würde die Gutschrift nach Tab etwa kg CO 2/Mg Alu ergeben. Die hohe Differenz wird durch den hohen Anteil Fremdstoffe bei der Sortierung der Alu. 52

53 * Die Differenz zwischen Min und Max bei E2 und E3 ist jeweils durch den gelben Balkenabschnitt dargestellt. Abb. 9 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) (Gesamtdarstellung der Minimal- und Maximalvarianten bei E2 und E3) Kumulierter Energieaufwand (KEA) Abb. 10 zeigt die Ergebnisse für das Bewertungskriterium KEA. Wie bei der Darstellung für das GWP sind die Lastschriften über der Abszisse aufgebracht. In Tab. 9.2 im Anhang werden die Ergebnisse tabellarisch dargestellt. Die Tabelle weist zusätzlich die jeweiligen Stoffströme in Mg/a sowie die spezifischen KEA in GJ/Mg aus. Lastschriften ergeben sich durch Transporte und Aufwendungen bei der Abfallsortierung. Für alle übrigen Prozesse zeigen sich in der Summe Gutschriften. Die besten Ergebnisse zeigt Variante E 4, gefolgt von Variante E2, unabhängig davon, ob bei dieser Variante mehr oder weniger Kunststoffe ausgebracht und verwertet werden, denn die Differenzen zwischen den Minimal- und Maximalvarianten sind sehr gering. Die Ursache für das gute Abschneiden der Varianten mit hohem Anteil an energetischer Verwertung liegt darin, dass diese im Vergleich zum GWP deutlich höhere KEA-Gutschriften erhalten als werkstoffliche Verwertungsverfahren, denn sie tragen erheblich zur Schonung fossiler Ressourcen bei. Besonders hohe absolute Gutschriften ergeben sich durch die EBS- Verbrennung. Bei den spezifischen Werten sind aber die Gutschriften für das werkstoffliche Recycling der Kunststoffe wesentlich höher (siehe Tab. 9.2). Besonders ausgeprägt ist dies bei den Varianten E2 und E4. Dies ist darauf zurückzuführen, dass beim KEA keine Lastschriften für fossile Energieträger vergeben werden. Bei den Vari- 53

54 anten, die mit hohem Heizwert in die EBS-Anlage gehen, sind deshalb auch hohe spezifische Gutschriften als Ergebnis bei KEA zu sehen, während sich der höhere Kunststoffanteil beim GWP aufgrund der Lastschriften für die Freisetzung von fossil erzeugtem CO 2 nachteilig auswirkt. Insgesamt sind die Unterschiede zwischen den verschiedenen Varianten wesentlich schwächer ausgeprägt als bei den Auswirkungen auf den Treibhauseffekt. Das Gesamtergebnis liegt bei der schlechtesten Variante (E3) bei ca. 95 % des Ergebnisses für Variante E4. Obwohl Aluminium auf Grund seines hohen Energiebedarfs bei der Herstellung von Primäraluminium eine hohe spezifische KEA-Gutschrift für das Recycling bekommt, spielt Aluminium wegen der sehr geringen Mengen keine große Rolle. Ebenfalls hohe spezifische KEA-Gutschriften erhält das Kunststoffrecycling. Aufgrund der oben beschriebenen Ursachen ergeben sich insgesamt beim KEA durch erhöhte Kunststoffrecyclingraten aber keine Vorteile. Abb. 10 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium kumulierter Energieaufwand (KEA) (Gesamtdarstellung der Minimal- und Maximalvarianten bei E2 und E3) 5.2 Vergleich des Status Quo mit der Situation im Jahr 2003 Die Ergebnisse für das Bewertungskriterium GWP sind in Abb. 11 dargestellt. Für das Jahr 2003 wurden die Ergebnisse für Restmüll und LVP getrennt dargestellt (rosa und gelb gefärbte Balkenabschnitte). Für das Jahr 2012 war dies nicht möglich, da in der Bilanz Gutschriften für die stoffliche und thermische Verwertung von Wertstoffen nur gemeinsam aus- 54

55 gewiesen werden (siehe orange gefärbter Balkenabschnitt). Eine überschlägige Berechnung ergab für LVP Gutschriften in derselben Größenordnung wie für 2003 (zwischen und Mg CO 2eq /a). In Tab. 9.3 im Anhang werden die Ergebnisse tabellarisch dargestellt. In der Tabelle sind die Gut- bzw. Lastschriften für die berücksichtigten Entsorgungswege weiter unterteilt. Beispielsweise erfolgt beim Restabfall eine Differenzierung zwischen Deponie und Abfallverbrennungsanlage. Im Vergleich zur Situation im Jahr 2003 zeigen sich für den Status Quo in der Summe mehr als viermal so hohe CO 2 -Einsparungen. Die wesentliche Ursache hierfür ist der Wegfall der Deponierung. Im Einzelnen ergeben sich für das Jahr 2003 neben Transporten insbesondere Lastschriften durch die Entsorgung von Restabfall in der MVA und auf der Deponie wobei die Deponie den weitaus größeren Anteil von ca Mg CO 2 eq/a ausmacht (siehe Tab. 9.3). Weitere Lastschriften errechnen sich durch die Deponierung von Gewerbe- und Baustellenabfällen, die Entsorgung von Sperrabfällen auf der Deponie oder in der MVA sowie die Kompostierung von Bio- und Grünabfällen. Gutschriften ergeben sich für 2003 insbesondere durch PPK und Altglas. Weitere Gutschriften fallen für die Verwertung von LVP an (ca Mg CO 2 eq/a siehe Tab. 9.3) und in geringerem Maße für Elektrogeräte und Altmetalle. Abb. 11 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) beim Vergleich des Status Quo mit der Situation im Jahr 2003 Mit Ausnahme von Transporten werden für den Status Quo in der Summe für alle anfallenden Abfallarten nur CO 2 -Einsparungen verrechnet. Für Altglas und PPK liegen diese in der 55

56 Größenordnung derjenigen aus dem Jahr Gewerbe- und Baustellenabfälle werden nun sortiert und überwiegend im EBS-Kraftwerk oder in Altholzverbrennungsanlagen thermisch verwertet. Auch Sperrabfall wird in verschiedene Fraktionen getrennt und entweder energetisch (Althölzer) oder stofflich (Metalle und Kunststoffe) verwertet. Bioabfall erhält aufgrund der erheblichen Mengen, die einer Vergärung zugeführt werden, Gutschriften. Bei Grünabfall ergeben sich in der Summe ebenfalls Gutschriften und zwar insbesondere dadurch, dass knapp 50 % in einer Biomasseverbrennung thermisch genutzt werden. Erhebliche Gutschriften ergeben sich durch die Entsorgung von Restabfall und LVP (näheres hierzu siehe Kap ). Abb. 12 zeigt die Ergebnisse für das Kriterium KEA. In der Tab. 9.4 im Anhang sind die Ergebnisse differenzierter dargestellt. Gegenüber 2003 erhöhen sich die Gutschriften um ca. 70%. Dies ist insbesondere auf wesentlich höhere Gutschriften bei Restabfall und Sperrabfall zurückzuführen. Werden für 2003 bei Grün- und Bioabfall noch Lastschriften verrechnet, ergeben sich für den Status Quo im Jahr 2012 Gutschriften aufgrund der Biomasseverbrennung bei Grünabfall und der Verwertung von Biogas durch die Vergärung von Bioabfällen. Bau- und Gewerbeabfälle wurden im Jahr 2012 in erheblichen Mengen einer thermischen Verwertung zugeführt, wodurch sich weitere Gutschriften ergeben. Durch das E-Geräterecycling werden für den Status Quo aufgrund der deutlich gestiegenen Mengen wesentlich höhere Lastschriften verrechnet als noch für das Jahr Abb. 12 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium kumulierter Energieaufwand (KEA) beim Vergleich des Status Quo mit der Situation im Jahr

57 6 Sensitivitätsbetrachtungen 6.1 Alternative Gutschriften für das Braunkohlekraftwerk Für die Verbrennung von organikreichen Abfällen im Braunkohlekraftwerk wurden analog zur Bilanzierung von MHKW und EBS-Kraftwerk in der Bilanz Gutschriften für den abgegeben Strom auf Basis des deutschen Strommix vergeben, die mit Hilfe des elektrischen Nettowirkungsgrades des Kraftwerkes berechnet wurden. Alternativ wurde im Rahmen einer Sensitivitätsbetrachtung folgendermaßen vorgegangen: Bei der Verbrennung von 1 Mg Biokohle werden aufgrund des geringeren Heizwertes der Biokohle gegenüber der Braunkohle (Hu Braunkohle :8.540 MJ/mg) 0,59 Mg Braunkohle ersetzt. Die bei der Verbrennung dieser Kohlemenge freigesetzten CO 2 -Emissionen werden als Gutschrift in die Bilanz eingestellt. Darüber hinaus werden die CO 2 -Emissionen, die über Vorketten anfallen, bei der Gutschrift mitberücksichtigt. Die Vorgehensweise entspricht der bei der Bilanzierung des Zementwerkes. Im Ergebnis zeigen sich beim GWP deutlich höhere Gutschriften für die thermische Verwertung im Braunkohlekraftwerk (siehe Abb. 13). Diese steigen bei allen Varianten die im Kraftwerk verbrannte Menge beträgt Mg/a von MgCO 2 eq/a um gut das Doppelte auf MgCO 2 eq/a an. Der Anteil der Verwertung von Biokohle im Braunkohlekraftwerk beträgt dann ca. 28 % der gesamten CO 2 -Einsparungen. Die spezifischen CO 2 -Einsparungen sind in diesem Fall höher als diejenigen für das EBS- Kraftwerk (Biokohle: 467 MgCO 2 eq/mg; EBS-Kraftwerk: 317 MgCO 2 eq/mg) aber immer noch deutlich niedriger als die für Kunststoffe im Zementwerk (963 MgCO 2 eq/mg). Auch beim Umweltkriterium KEA ergibt sich ein Anstieg der Gutschriften. Dieser liegt allerdings nur um den Faktor 1,5 höher als bei der ursprünglichen Bilanzierungsmethodik. Die Sensitivitätsanalyse zeigt wie zu erwarten, dass die Gutschriften besonders im Vergleich zur EBS-Verwertung in Witzenhausen die Relation der Qualität dieser beiden Wege nicht adäquat widerspiegeln. 57

58 Abb. 13 Ergebnisse der Sensitivitätsbetrachtung Alternative Gutschriften für das Braunkohlekraftwerk für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) 6.2 Höherer Anteil der thermischen Verwertung von EBS im Zementwerk Für die Szenarien E2 und E3 wurde im Rahmen der Bilanz angenommen, dass die Reste aus der Sortierung der Wertstofffraktion in die EBS-Verbrennungsanlage in Witzenhausen verbracht werden. Dagegen wurde für die Szenarien, in denen LVP getrennt aufbereitet werden, angenommen, dass die Reste aus der LVP-Sortierung im Zementwerk genutzt werden (siehe Kap ). Da die spezifischen CO 2 -Gutschriften für Abfälle, die ins Zementwerk gehen, deutlich höher sind als diejenigen für Abfälle, die in Witzenhausen verbrannt werden (siehe z. B. Kap ), ergeben sich insbesondere für E2, E3 und E4 Nachteile. Darüber hinaus ist auch denkbar, dass Mischkunststoffe, bei denen in der Bilanz angenommen wurde, dass diese zu 31 % einer stofflichen Verwertung (13 % KS-Regranulat und 18 % Holz- oder Betonersatz) zugeführt werden, zu 100 % ins Zementwerk als Ersatzbrennstoff verbracht werden. Im Rahmen einer Sensitivitätsbetrachtung wurde daher folgendermaßen vorgegangen: Die Mischkunststofffraktion und die Sortierreste aus der LVP-Aufbereitung werden bei E1 ins Zementwerk verbracht (Menge ca Mg). Bei E2 bis E4 werden die gleichen Mengen an Ersatzbrennstoffen wie bei E1 ins Zementwerk verbracht. 58

59 Entsprechend reduzieren sich gegenüber den ursprünglichen Varianten bei den Varianten E2 bis E4 die Mengen, die in die EBS-Verbrennungsanlage in Witzenhausen gehen. Die Ergebnisse der Berechnung für das Kriterium GWP sind in Abb. 14 dargestellt. Wie zu erwarten war, steigen insbesondere bei E2 und E4 die CO 2 -Einsparungen erheblich an. Aber auch die CO 2 -Einsparungen für E1 und E3 erhöhen sich aufgrund der thermischen Verwertung im Zementwerk. Die Ergebnisse für alle Varianten liegen nun etwas näher beieinander. Der Anteil der EBS-Verbrennungsanlage liegt nun bei allen Varianten in derselben Größenordnung. Nach wie vor schneiden die Varianten E1 und E3 am besten ab. E2 mit maximaler Kunststoffausbringung liegt nun im Bereich der Ergebnisse des Status Quo. E4 schneidet nach wie vor am schlechtesten ab. Details der Berechnungsergebnisse finden sich im Anhang in Tab Die unterschiedliche Höhe der Gutschriften durch das Zementwerk sind auf unterschiedliche Heizwerte der Fraktionen, die ins Zementwerk verbracht werden, zurückzuführen (siehe ebenfalls Tab. 9.5). Abb. 14 Ergebnisse der Sensitivitätsbetrachtung Höherer Anteil der thermischen Verwertung von EBS im Zementwerk für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) Beim Umweltkriterium KEA ergeben sich für das Szenario E4 die höchsten Gutschriften für Energieaufwendungen, knapp gefolgt von E2 (siehe Abb. 15). Insbesondere E2 und E4 weisen nun deutlich größere Vorteile gegenüber dem Status Quo und E1 auf. Details der Berechnungsergebnisse finden sich im Anhang in Tab

60 Abb. 15 Ergebnisse der Sensitivitätsbetrachtung Höherer Anteil der thermischen Verwertung von EBS im Zementwerk für das Kriterium Kumulierte Energieaufwendungen (KEA) 60

61 7 Zusammenfassung und Fazit Der Landkreis Kassel plant die Einführung einer Grauen Wertstofftonne. In Zukunft sollen Restabfälle, Leichtstoffverpackungen (LVP) und stoffgleiche Nichtverpackungen in der bisherigen grauen Restabfalltonne gesammelt, nachträglich sortiert und verwertbare Stoffe recycelt werden. Die Aufgabe dieser Studie ist, zu bilanzieren, wie sich die geplanten Änderungen auf die Leistungen des Abfallwirtschaftssystems in Bezug auf Klimaschutz und Schonung energetischer Ressourcen auswirken. Dazu werden der Status Quo für das derzeit bestehende System (Basisjahr 2012) sowie vier Entwicklungsszenarien (E1 E4) für die Stoffströme Restabfall und LVP aus Sicht des Klima- und Ressourcenschutzes bilanziert. In einem weiteren Schritt wurde ein Vergleich des Status Quo mit dem Abfallwirtschaftssystem des Landkreises Kassel vor Beendigung der Deponierung und vor Einführung der Bioabfallvergärung vorgenommen. Das Jahr 2003 wurde als Bezugsjahr festgelegt. Im Rahmen des im ersten Schritt vorgenommenen Variantenvergleichs wurden folgende Szenarien betrachtet: Status Quo (Situation 2012) Getrennte Sammlung von Restabfall und LVP; Aufbereitung von LVP in Porta-Westfalica, mechanische Trennung der Restabfälle in Weidenhausen mit anschließender thermischer Verwertung im EBS-Kraftwerk in Witzenhausen (EBS-Fraktion), Kohlekraftwerk in Jänschwalde (biologische Fraktion) und MHKW in Kassel (Schwerfraktion) sowie stofflicher Verwertung abgetrennter NE- und Fe-Metalle. Entwicklungsszenario 1 (E1: Einheitliche Wertstofftonne) Wie Status Quo, allerdings Sammlung und Aufbereitung von LVP zusammen mit LVP ähnlichen Wertstoffen, wodurch sich eine Mengenerhöhung bei der getrennt gesammelten Wertstofffraktion ergibt. Entwicklungsszenario 2 (E2: Graue Wertstofftonne mit LVP; Recycling) Sammlung von LVP und Restabfall in einer Tonne mit anschließender mechanischer Trennung und zusätzlicher Erzeugung eines Wertstoffgemisches in Weidenhausen. Thermische Verwertung der EBS-, MHKW- und biologischen Fraktion sowie stoffliche Verwertung abgetrennter NE- und Fe-Metalle. Transport des Wertstoffgemisches nach Deiderode zur weiteren Aufbereitung mit Nahinfrarottechnik (NIR), Wäsche und Zerkleinerung. Entwicklungsszenario 3 (E3: Graue Wertstofftonne ohne LVP; Recycling) Wie Status Quo, mit dem Unterschied, dass in Weidenhausen aus dem Restabfall zusätzlich eine Wertstofffraktion mechanisch abgetrennt wird, die in Deiderode mit derselben Technik wie bei E2 weiter aufbereitet, gewaschen und zerkleinert wird. Entwicklungsszenario 4 (E4:Graue Wertstofftonne mit LVP; EBS-Nutzung) Wie E2 aber ohne Erzeugung eines Wertstoffgemisches in Weidenhausen, d.h. thermische Verwertung der EBS-, MHKW- und biologischen Fraktion, stoffliche Verwertung der FE- und NE-Fraktion. 61

62 Der ökobilanzielle Vergleich der Entsorgung von Restabfällen und LVP zeigt deutliche Vorteile für die Szenarien, bei denen einerseits hohe Wertstoffmengen ausgeschleust und einer stofflichen Verwertung zugeführt und andererseits erhebliche Mengen energiereicher Abfälle im Zementwerk als Brennstoff genutzt werden. Dies ist insbesondere bei Szenario E1 (einheitliche Wertstofftonne) der Fall, bei dem zusätzlich zu LVP stoffgleiche Nichtverpackungen getrennt gesammelt und verwertet werden. Ebenfalls gute Ergebnisse zeigt das Szenario E3 (Graue Wertstofftonne ohne LVP), bei dem die derzeitige Getrenntsammlung von LVP beibehalten wird und zusätzlich mit Hilfe mechanischer Aufbereitungsschritte weitere Wertstoffe aus einem Wertstoffgemisch aus dem Restabfallstrom abgetrennt und stofflich verwertet werden. Im Vergleich zur getrennten Erfassung von LVP sind die Ausbringungsraten insbesondere von Kunststoffen bei der gemeinsamen Erfassung von Restabfall und LVP wesentlich geringer. Dies spiegelt sich in den Ergebnissen für Szenario E2 (Graue Wertstofftonne: gemeinsame Erfassung von Restabfall und LVP mit anschließender Wertstoffabtrennung aus einer erzeugten Wertstofffraktion) deutlich wieder. Die Mengen an abgetrennten und stofflich verwertbaren Kunststoffen sind relativ gering. Daran ändert sich auch nichts, wenn bei der gemeinsamen Sammlung von LVP und Restabfall maximale Ausbringungsraten für Kunststoffe angenommen werden. Beispielsweise liegt die Menge der maximal ausbringbaren Hartkunststoffe und Folien im Landkreis Kassel bei Szenario E2 im Bereich von 900 Mg/a. Bei Szenario E1 (zusätzliche getrennte Sammlung von stoffgleichen Nichtverpackungen) werden dagegen ca Mg/a Jahr ausgebracht. Abb. 16 zeigt die Ergebnisse des Variantenvergleichs für das Kriterium Treibhauspotential (GWP). Die Veränderungen, die sich durch die Sensitivitätsbetrachtung für die thermische Verwertung im Zementwerk ergeben, sind als gestrichelte Balkenabschnitte dargestellt. Die Aussagen zu den Ausbringungsraten stehen jedoch unter dem Vorbehalt, dass genaue Angaben aufgrund lückenhafter Praxisdaten nicht möglich sind. Weiterhin stehen alle Ergebnisse unter dem Vorbehalt, dass die aus dem Restabfall sortierten Kunststofffraktionen mit vertretbarem Aufwand in einer Qualität gewonnen werden können, die eine Vermarktung ermöglicht. 62

63 * Die Differenz zwischen Min und Max bei E2 und E3 ist jeweils durch den gelben Balkenabschnitt dargestellt. Abb. 16 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) (Gesamtdarstellung der Minimal- und Maximalvarianten bei E2 und E3 sowie Sensitivität Zement) Um zu untersuchen, wie sich die Ergebnisse verändern, wenn dieselbe Menge an Ersatzbrennstoffen in den Varianten E1 bis E4 im Zementwerk thermisch verwertet wird, wurde eine Sensitivitätsbetrachtung durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Varianten E1 und E3 nach wie vor besser abschneiden als E2 und E4, wenngleich letztere deutlich aufholen konnten. Noch schlechtere CO 2 -Einsparungen werden erreicht, wenn Restabfall und LVP gemeinsam gesammelt werden und mit Ausnahme von Eisenmetallen und Aluminium der gesamte Abfall einer thermischen Verwertung insbesondere im EBS-Kraftwerk zugeführt wird (Szenario E4). Im Vergleich zum Status Quo fällt das Ergebnis bei den Szenarien E4 und E2 wesentlich schlechter aus. Ähnlich wie bei E2 kann bei Szenario E4 eine deutliche Verbesserung der CO 2 - Einsparungen erreicht werden, wenn große Mengen an EBS im Zementwerk verwertet werden. Bei den kumulierten Energieaufwendungen (KEA) liegen die Ergebnisse der Bilanzierung relativ eng zusammen. Werden bei den Szenarien E2 bis E4 höhere Mengen ins Zementwerk verbracht, dann weisen diese Varianten gegenüber dem Status quo und E1 deutliche Vorteile auf (siehe Abb. 17: Auch hier wurden die Veränderungen, die sich durch die Sensitivitätsbetrachtung für die thermische Verwertung im Zementwerk ergeben, als gestrichelte Balkenabschnitte dargestellt). 63

64 Abb. 17 Ergebnisse der Bilanzierung für das Kriterium kumulierter Energieaufwand (KEA) (Gesamtdarstellung der Minimal- und Maximalvarianten bei E2 und E3 sowie Sensitivität Zement) Nicht Bestandteil dieser Studie waren Varianten, bei denen eine Verbesserung der getrennten Erfassung von LVP und stoffgleichen Nichtverpackungen unterstellt werden. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass die getrennt erfassten Mengen im Landkreis Kassel im bundesweiten Vergleich auf einem hohen Niveau liegen und dass es umstritten ist, in welchem Umfang die Mengen bei noch akzeptablen Qualitäten gesteigert werden könnten. In der Bilanzierung wurden die Umweltkriterien Treibhauspotential (GWP) und kumulierter Energieaufwand (KEA) betrachtet. Nicht berücksichtigt wurden Schadstoffemissionen, z. B. von Schwermetallen. Ökobilanzen, die in den vergangenen Jahren erarbeitet wurden, zeigen insbesondere im Hinblick auf Quecksilber Umweltbelastungen durch Zementwerke, die z. T. deutlich über denen von Müllverbrennungsanlagen liegen. Szenarien mit einem hohen Anteil an thermischer Verwertung in Zementwerken könnten diesbezüglich Nachteile aufweisen. Neuere Bilanzen zeigen, dass bei entsprechender Aufbereitungsqualität und gezielter Schadstoffabreicherung der heizwertreichen EBS-Fraktionen die Bilanz in etwa ausgeglichen ist. Für eine abschließende Bewertung ist zudem zu berücksichtigen, dass die Umsetzung der Abfallhierarchie nach europäischen und nationalen Vorgaben zwingend ist. Eine hochwertige energetische Verwertung kann aus Sicht des Klimaschutzes je nach Bilanzrahmen in etwa gleichwertig mit dem Recycling sein. Die höchsten Klimaschutzpotentiale weist jedoch die Kombination aus Recycling und hochwertiger energetischer Verwertung auf. Der Vergleich des Status quo mit der Situation der Abfallwirtschaft im Landkreis Kassel im Jahr 2003, vor der Beendigung der Deponierung unbehandelter Haushaltsabfälle zeigt, dass die CO 2 -Einsparungen etwa um das Vierfache angestiegen sind. Dies ist im Wesentlichen 64

65 auf die Vermeidung von Treibhausgasemissionen aus der Hausmülldeponie zurückzuführen. Darüber hinaus ergeben sich weitere Vorteile durch die Vergärung von Bioabfällen, die im Gegensatz zur Kompostierung CO 2 -Gutschriften ergibt sowie die thermische Nutzung von Grünabfällen. In diesen Vergleich wurden alle im Landkreis Kassel anfallenden Abfallströme einbezogen. Neben Restabfall und LVP sind dies z. B. Papierabfälle, Grünschnitt, Bioabfälle und Gewerbeabfälle. Abb. 18 zeigt das Ergebnis der Bilanzierung für das Kriterium Treibhauspotential sowohl für das Jahr 2003 und den Status Quo als auch für die Entwicklungsszenarien. Bei letzteren wurde pauschal davon ausgegangen, dass sich die Mengen aller Abfallströme außer Restabfall und LVP gegenüber dem Satus Quo nicht verändern. Die blauen und die grünen Balkenabschnitte zeigen die Ergebnisse der Basisbetrachtung bei minimaler Kunststoffausbringung bei E2 und E3. Die gelben Balkenabschnitte zeigen zusätzliche CO 2 -Einsparungen bei höheren Kunststoffausbringungsraten. Die braunen und hellgrünen Balkenabschnitte spiegeln zusätzliche CO 2 -Einsparungen wieder, die sich im Rahmen der Sensitivitätsbetrachtungen durch einen höheren Anteil von im Zementwerk thermisch verwerteten Stoffen sowie geänderten Gutschriften für das Braunkohlekraftwerk ergeben. Von 2003 auf 2012 Status Quo erhöhen sich die Gutschriften um ca. das Vierfache. Abb. 18 Ergebnisse der Bilanzierung der Behandlung aller im Landkreis Kassel anfallenden Abfallströme für das Jahr 2003, den Status Quo (2012) und für die betrachteten Entwicklungsszenarien, sowohl für die Standardbilanz als auch für die beiden Sensitivitätsbetrachtungen für das Kriterium Treibhauspotential (GWP) Abb. 19 zeigt die Ergebnisse für das Kriterium Kumulierter Energieaufwand (KEA) für 2003, Status Quo und die Entwicklungsszenarien. Die Ausführungen oben zu den Ergebnissen für das GWP gelten entsprechend. Es ist zu erkennen, dass sich die Gutschriften von 2003 auf 2012 Status Quo um ca. 70% erhöhen. 65

66 Abb. 19 Ergebnisse der Bilanzierung der Behandlung aller im Landkreis Kassel anfallenden Abfallströme für das Jahr 2003, den Status Quo (2012) und für die betrachteten Entwicklungsszenarien, sowohl für die Standardbilanz als auch für die beiden Sensitivitätsbetrachtungen für das Kriterium Kumulierter Energieaufwand (KEA). * Der Wert für Braunkohle Sens ist in allen Szenarien (E1 - E4) identisch mit dem von 2012 Status quo ( GJ/Jahr). 66