Modell zur Beschreibung der Entwicklung der Gipsflüsse in der Schweiz

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1 Kanton Zürich Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft Abfallwirtschaft und Betriebe Abfallwirtschaft Modell zur Beschreibung der Entwicklung der Gipsflüsse in der Schweiz Schlussbericht vom 31. August 214

2 2/49 Impressum Auftraggeberin: AWEL Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft Bearbeitung und Berichterstattung: Dr. Stefan Rubli, Energie- und Ressourcen-Management GmbH Projektleitung: Rolf Wagner, AWEL Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft

3 3/49 Inhalt 1. Einleitung Bedeutung von Gips Grundlagen Gipsproduktion Grundlagen zur Herstellung der Gipsprodukte Wiederverwertbarkeitspotenzial von Gips Fragestellung und Zielsetzung Modellgrundlagen Systembeschreibung Datengrundlagen für die Modellierung Importe und Exporte Abschätzung der in der Schweiz abgebauten Rohgipsmengen Abschätzung der in der Schweiz anfallenden Gipsabfälle Modellaufbau Modellierung der Lagerentwicklung im Bauwerk Modellierung der Entwicklung der Outputflüsse Parametrisierung des Modells für Szenarienrechnungen Beschreibung der Szenarien Beschreibung Szenario REFERENZ Beschreibung Szenario RECYCLING Resultate Modellierung des Szenarios REFERENZ Vergleich der Materialflüsse der Jahre 212 und Lagerentwicklung Entwicklung der Inputflüsse ins Bauwerk Entwicklung der Outputflüsse aus dem Bauwerk Materialflüsse in die Aufbereitung, Deponien und KVA im Szenario REFERENZ Modellierung des Szenarios RECYCLING Diskussion Erkenntnisse modellspezifische Aspekte Erkenntnisse aus den Modellierungen der Szenarien Weitere Aspekte die berücksichtigt werden müssen Evaluation Sammelsysteme und Standorte für Gipsaufbereitung Abklärung Stand der Technik Gipsaufbereitung und der materialtechnischen Rahmenbedingungen Qualitätsanforderung an die Gipsabfälle Abklärung zu den Rahmenbedingungen für den Export von RC- Gips Schlussfolgerungen 41

4 4/49 5. Literaturverzeichnis 42 Anhang 44 A.1: Verwendete Grundparameter für die Szenarien REFERENZ und RECYCLING 44 A.2: Parameter Szenario REFERENZ 46 A.3: Parameter Szenario RECYCLING 48

5 5/49 Glossar Anhydrit: Calciumsulfat-Dihydrat: Calciumsulfat-Halbhydrat: REA-Gips KVA TVA t t/a CaSO4 CaSO4 2 H2O CaSO4 ½ H2O Gips aus Rauchgas-Entschwefelungs-Anlagen Kehrichtverbrennungsanlage Technische Verordnung über Abfälle Tonnen Tonnen pro Jahr Bemerkungen Baugips: Unter dem Begriff Baugips werden üblicherweise Gipsprodukte wie Gipskarton- Vollgipsplatten, Gipsputze und Gips für die Herstellung von Mörtel, Spachtel usw. zusammengefasst. Aufgrund der besonderen Stellung der Gipskarton- und Vollgipsplatten bei Wiederverwertung werden diese jeweils separat aufgeführt. Deshalb sind in der vorliegenden Studie nur die restlichen gipshaltigen Produkte wie Gipsputze, Mörtel sowie die Estriche (aus Anhydriten) unter dem Begriff Baugips zusammengefasst. Somit ergeben sich die folgenden Produktkategorien: Gipskartonplatten Vollgipsplatten Baugips Gipsputze/Mörtel/Estriche Gips für Zementproduktion: Gips, welcher in der Zementproduktion zum Einsatz kommt, wird jeweils separat aufgeführt.

6 Einleitung 6/49 Zusammenfassung Ausgangslage und Fragestellung Die Schweiz verfügt über grosse geogene Gipsvorkommen, trotzdem wird etwas mehr als 5% des Gipsbedarfs, welcher bei jährlich rund 855 Tonnen liegt, in Form von Fertigprodukten wie Gipskartonplatten, Gipsputze/Mörtel/Estriche (nachfolgend als Baugips bezeichnet) sowie Rohgips für die Zementproduktion durch Importe gedeckt. Der Abbau von Gipsgestein erfolgt derzeit in vier Steinbrüchen im Tagebau. Das abgebaute Gipsgestein gelangt nach einer entsprechenden Aufbereitung entweder in die Zementwerke oder aus dem Rohmaterial werden mittels Ein-, Zwei- oder Hochbrandverfahren Halbhydrate und Anhydrite produziert, aus denen Vollgipsplatten oder Gipsputze/Mörtel/Estriche hergestellt werden. Der aus dem Rückbau und Sanierung anfallende Gips im Umfang von rund 3 t/a wird heute meist in die Interstoffdeponien entsorgt. Nur sehr geringe Mengen (3-5 t/a) werden heute verwertet und in die Gipsproduktion zurückgeführt. Die Analyse der Daten zeigt, dass der Einsatz von Gipskartonplatten (Trockenbau) in den letzten Jahren stark zugenommen hat. Es ist davon auszugehen, dass sich dieser Trend fortsetzen wird, was zu stark zunehmenden Gipsströmen in die Inertstoffdeponien führen dürfte. Allerdings kann zum heutigen Zeitpunkt nicht abgeschätzt werden, mit welchen Mengen künftig zu rechnen ist und wie gross das Verwertungspotenzial von Gips ist. Denn nicht alle eingesetzten bzw. anfallenden Gipsfraktionen können einer Verwertung zugeführt werden. Aus diesem Grund soll mittels eines zu entwickelnden Modells abgeschätzt werden, welche Mengen an Gips in der Vergangenheit, heute und in Zukunft produziert, importiert und deponiert wurden und werden. Es soll untersucht werden, in welchen Produkten der Rohgips eingesetzt wird, in welcher Form und Qualität die Gipsabfälle vorliegen und wie gross die entsprechenden Massenflüsse sind. Das Modell soll in der Lage sein: Die Ist-Situation (Materialflüsse) in der Schweiz darzustellen. Verschiedene Szenarien zur Entwicklung der Gipsflüsse zu rechnen. Das künftige Verwertungspotenzial der anfallenden Gipsabfallfraktionen zu beschreiben. Resultate Es wurden ein funktionsfähiges Modell zu Beschreibung der Gipsflüsse erstellt und die zwei Szenarien REFERENZ und RECYCLING gerechnet. Im Szenario REFE- RENZ wird der Istzustand beschrieben und bis zum Jahr 235 fortgeschrieben. Das Szenario bildet die Situation ab, welche entsteht, wenn wir bis zum Jahr 235 so weitermachen wie heute. Im Szenario RECYCLING werden hohe Verwertungsraten eingesetzt und es wird davon ausgegangen, dass der Anteil an aufbereiteten RC-Gips in der Zement- und Vollgipsplatten-produktion 7% betragen kann. Das Szenario RE-

7 Einleitung 7/49 FERENZ stellt eine Situation dar, in der beinahe eine maximale Recyclingquote erreicht wird. Im Szenario REFERENZ gelangen im Bezugsjahr Tonnen Gips in Form von Gipskartonplatten, Vollgipsplatten, Baugips und Beton in das Bauwerk. Davon sind 212 Tonnen im Zement bzw. Beton gebunden. Der im Beton gebundene Gips kann somit später keiner Gipsverwertung zurückgeführt werden. Der Gipsbedarf wird zu knapp 4 Tonnen durch den inländischen Rohgipsabbau gedeckt. Der Rest wird grösstenteils als Fertigprodukte importiert. Gewichtig sind hier vor allem die Importe von Gipskartonplatten im Umfang von rund 28 Tonnen. Der Rohgipsbedarf für die Zementproduktion liegt bei etwas über 19 Tonnen. Der Materialoutput aus dem Bauwerk liegt bei rund 34 Tonnen, was in etwa 4% des Gesamtinputs ins Bauwerk entspricht. Knapp 2 Tonnen der anfallenden Gipsabfälle bestehen aus Gipskarton- und Vollgipsplatten. Diese Fraktionen könnten mit relativ geringem verfahrenstechnischen Aufwand aufbereitet werden. Rund 23' Tonnen Gipsabfälle gehen in die Inertstoffdeponien. Zudem gelangen 44 Tonnen Gipsabfälle mit den brennbaren Bauabfällen in die Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA). Die Modellierung der Szenarios REFERENZ ergibt bis zum Jahr 235 eine knappe Verdopplung der Gipsflüsse in die Deponien (416 Tonnen) und KVA (8 Tonnen) gegenüber dem Bezugsjahr 212. Insbesondere die Abfallflüsse der Gipskartonplatten nehmen von 53 Tonnen auf 154 t/a zu. Da unter den vorgegebenen Szenariobedingungen der Transferkoeffizient in die Aufbereitung konstant bleibt, werden im Jahr 235 nur etwa 1 Tonnen Gipsabfälle aufbereitet. Im Szenario RECYCLING bleiben die Input- und Outputflüsse ins und aus dem Bauwerk jeweils gleich gross wie im Szenario REFERENZ. Markant sind die Unterschiede jedoch bei den folgenden Materialflüssen für das Bezugsjahr 235: Gipsabbruch in Aufbereitung: Gipsabfälle in die Deponien: Rohgipsabbau: Es gelangen 328 t/a in den Aufbereitungsprozess. Im Szenario REFERENZ sind es 1 t/a. Der Vergleich illustriert, wie gross das Recyclingpotenzial ist. Aus der Aufbereitung gelangen knapp 1 t/a nicht verwertbare Gipsabfälle in die Inertstoffdeponien. Nochmals 166 t/a kommen aus der Traige. Es handelt sich hier vor allem um gipshaltige Putze/Mörtel/Estriche. Zusätzlich wird der Überschuss aus der Aufbereitung im Umfang von 3 t/a deponiert. Aufgrund des Gipsrecyclings reduziert sich der Rohgipsabbau auf rund 26 Tonnen. Im Szenario REFERENZ sind es 42 Tonnen.

8 Einleitung 8/49 Erkenntnisse Die Recyclingquote von Gipsabfällen aus dem Bauwerk bewegt sich heute noch im tiefen einstelligen Prozentbereich. Das Potenzial, die Recyclingquote massiv zu erhöhen, ist vorhanden. Allerdings ist das Recyclingpotenzial mengenmässig auf rund 15 bis 2 t/a beschränkt. Dies aus folgenden Gründen: Es können nur die Vollgips- und Gipskartonplatten mit vertretbarem Aufwand und aus Qualitätsgründen einem Aufbereitungsprozess zugeführt werden. Die Zielprozesse für den aufbereiteten RC-Gips sind in der Schweiz hauptsächlich die Vollgipsplatten- und Zementproduktion. Diese haben aber eine beschränkte Aufnahmekapazität von rund 3 35 t/a. Da die Anforderungen bezüglich der Produktqualität relativ hoch sind, kann nur ein Teil des Inputs in die Produktion durch RC-Gips gedeckt werden. Der Gipsbedarf wird zu 5% durch Importe gedeckt. Insbesondere werden jährlich rund 3 Tonnen Gipskartonplatten importiert, weil die Schweiz über keine solchen Produktionsanlagen verfügt. Dies sind immerhin 33% der Gesamtkonsums von Gipsprodukten. Der Export von aufbereitetem RC-Gips ist zurzeit nicht möglich, da es keine Absatzmärkte für diese Fraktion gibt. Zudem steht ein solches Produkt in Konkurrenz zum REA-Gips (Gips aus Rauchgas-Entschwefelungs-Anlagen), welcher in rauen Mengen auf dem europäischen Markt angeboten wird. Das Modell liefert nur Aussagen zu den Materialflüssen. Für die Entwicklung und anschliessende Umsetzung einer umfassenden Recyclingstrategie sind die folgenden Aspekte zu untersuchen: Evaluation von Sammelsystemen und Standorten für RC-Gipsaufbereitung. Abklärung des Standes der Technik der Gipsaufbereitung in Abhängigkeit der Herkunfts- und Zielprozesse. Untersuchung der Qualität der verschiedenen Gipsabfälle. Abklärungen betreffend der Rahmenbedingungen für den Export Gipsabfällen (z.b. vorgezogene Recyclinggebühren für Gipskartonplatten). Fazit Im Rahmen der Untersuchungen konnten wichtige Erkenntnisse zu den Gipsflüssen und vor allem zur Entwicklung der Gipsabfälle gewonnen werden. Es zeigt sich, dass Massnahmen zur Steuerung der Gipsflüsse bereits heute notwendig wären bzw. künftig notwendig sind, da diese Materialflüsse stark ansteigen werden. Ohne Massnahmen werden bis 235 jährlich doppelt so viele Gipsabfälle in den Inertstoffdeponien landen wie heute. Ob diese Deponien unter diesen Voraussetzungen noch umweltverträglich zu betreiben sind, ist zu bezweifeln.

9 Einleitung 9/49 Die wichtigste Massnahme zur Verminderung der Gipsflüsse in die Deponien und KVA ist ein verstärktes Recycling der Gipsabfälle. Ein Vorschlag zur Vorgehensweise wurde skizziert. Wichtige Akteure wie die Bauabfallentsorger sowie die Zementund Gipsproduzenten müssen für eine Zusammenarbeit im Gipsrecycling gewonnen werden. Die öffentliche Hand sollte dieses Vorhaben in einer ersten Phase initiieren und begleiten. Falls notwendig, sind parallel dazu die Rahmenbedingungen in der Art anzupassen, dass die Verwertung von Gipsabfällen stärker gefördert wird. Gelingt dies, kann die Gipsbranche das Image des Gipses als nachhaltigen Baustoff gewinnbringend nutzen.

10 Einleitung 1/49 1. Einleitung 1.1. Bedeutung von Gips Gips ist einer der ältesten bekannten mineralischen Bau- und Werkstoffe. Bereits 7 v. Chr. wurde Gips als Untergrund von Fresken in der Stadt Catal Huyuk in Kleinasien eingesetzt (Kündig et al. 29). Auch in weltbekannten Bauwerken wie den Türmen von Jericho, der Cheops-Pyramide oder im Palast von Knossos wurde Gips als Gipsgestein, Gipsputz und im Mörtel eingesetzt (Dettmering and Kollmann 212). Die Römer haben die vorteilhaften Eigenschaften des Gipses ebenfalls gekannt und das Wissen zur Verarbeitung in das Gebiet nördlich der Alpen transferiert (Bundesverband der Gipsindustrie e. V. 213). Wie Vieles ging das Wissen um die Verarbeitung von Gips während der Zeit der Völkerwanderung verloren. Erst in der Epoche der Romantik (Ende 18. Jahrhundert bis ca. Mitte des 19. Jahrhunderts) kommt der Gips als Baustoff wieder zur Anwendung. Mit der Industrialisierung im 19. Jahrhundert erfolgte die Weiterentwicklung der Gipsproduktionstechnologie. Nun wurde das Dihydrat, das Halbhydrat sowie der vollständig entwässerte Gips, d.h. der Anhydrit eindeutig unterschieden und die Bedeutung der unterschiedlichen Brenntemperaturen erkannt (Bundesverband der Gipsindustrie 213). Die Weltproduktion von Gips liegt heute im Bereich von Mio. Tonnen (USGS 212; Brown et al. 213) (Abbildung 2). Die Vorkommen von Gips und Anhydrit sind auf der ganzen Welt verteilt und meist relativ einfach auszubeuten. Gips gelangt auf der globalen Ebene zu rund 5% in die Zementproduktion, zu 39% in die Putz- und Stuckgipsproduktion, welche auch Wandbauplatten beinhaltet und zu rund 1% in die Landwirtschaft (Szednyj und Brandhuber 27) (Abbildung 1). Aufgrund des tiefen Preises (Abbildung 2) werden Rohgips- und Gipsprodukte meist nicht über grosse Distanzen transportiert.

11 Einleitung 11/49 Abbildung 1: Weltweite Gipsproduktion und Preisentwicklung von kalziniertem und unkalziniertem Gips zwischen 1924 und 21 (USGS 212). Preis US-Markt inflationsbereinigt Der tiefe Rohstoffpreis von Gips verhinderte in der Vergangenheit das Recycling von Gipsabfällen. Erst in den vergangen Jahren sind vermehrt Konzepte zum Aufbau von Gipsrecyclingsystemen entwickelt worden (EUROGYPSUM 214). In Regionen, wo Kohlekraftwerke (vor allem in Kraftwerken, in den schwefelhaltige Braunkohle verbrannt wird) betrieben werden, stehen diese Recyclingprodukte in Konkurrenz zum REA-Gips, welcher in diesen Kraftwerken in grossen Mengen anfällt Grundlagen Gipsproduktion Die Schweiz verfügt über grosse geogene Gipsvorkommen, welche sich vorwiegend in Triasablagerungen des Juragebietes und der Alpen befinden (Kündig et al. 1997). Der Abbau von Gipsgestein erfolgt derzeit in den Steinbrüchen in Bex (Waadt), Granges (Wallis), Leissigen (Bern) und Kerns/Melbach (Obwalden) im Tagebau (Swisstopo 214). Das abgebaute Gipsgestein gelangt nach der Aufbereitung (Leissigen/Granges) entweder in die Zementwerke oder aus dem Rohmaterial werden mittels Ein-, Zwei- oder Hochbrandverfahren Halbhydrate und Anhydrite produziert, aus denen Vollgipsplatten (Leissigen, Granges) oder Gipsputze- und Mörtel (Kerns/Melbach, Bex/Granges) hergestellt werden Grundlagen zur Herstellung der Gipsprodukte Wie erwähnt, findet der Gipsabbau in der Schweiz im Übertageabbau an wenigen Standorten statt. Das Gestein wird anschliessend mittels Zerkleinerungsmaschinen, wie Backen-, Walzen- und Prallbrechern sowie Prall- und Hammermühlen zerkleinert. Die Herstellung der verschiedenen Gipsprodukte kann als fraktionierte Dehydratation des Gipsgesteins (CaSO 4 2 H 2 O) definiert werden (Kündig et al. 1997). Die Dehydratisierung, d.h. das Austreiben des an das CaSO 4 gebundenen Wassers, erfolgt

12 Einleitung 12/49 je nach Produkteigenschaft teilweise oder vollständig gemäss den nachfolgenden Reaktionen: 1. CaSO 4 2 H 2 O CaSO 4 ½ H 2 O + 1½ H 2 O (T 13 C) 2. CaSO 4 ½ H 2 O CaSO 4 + ½ H 2 O (T 16 C) Bei der Herstellung der verschiedenen Produkte wird dieser Prozess mittels Zugabe von Wasser umgekehrt. Für die Gipsproduktion sind vier Phasen des Systems Ca- SO 4 /H 2 O relevant. Diese unterscheiden sich vor allem in Bezug auf deren Kristallwassergehalt, Stabilität und auf die Bildungstemperatur (Tabelle 1). Tabelle 1: Phasen des Systems CaSO 4/H 2O. Calciumsulfat- Calciumsulfat- Anhydrit Anhydrit II Dihydrat Halbhydrat III Chemische Formel CaSO 4 2 H 2O CaSO 4 ½ H 2O CaSO 4 III CaSO 4 II Formen α-form β-form α-a III β-a III Kristallwassergehalt (M%) Bildungstemperatur α: 8-18 C β: C α: 11 C β: 29 C 3-9 C Die in der Tabelle 1 aufgeführten Phasen sind in unterschiedlicher Zusammensetzung in den verschiedenen Gipsprodukten enthalten (Abbildung 3). Calciumsulfat- Dihydrat (CaSO 4 2 H 2 O) wird ohne thermischen Behandlung als Erstarrungsregler in der Zementindustrie und als Sulfatträger in der chemischen Industrie verwendet (Abbildung 3). Die Herstellung von Gipskartonplatten, Vollgipsplatten und Innenputzen erfolgt mittels β-halbhydrat (CaSO 4 ½ H 2 O). Putzgips besteht hingegen vorwiegend aus Anhydrit II und β-halbhydrat. Estriche werden nach Anhydrit- und Gipsestrichen differenziert. Sie enthalten neben weiteren Zusatzstoffen Anhydritbinder, α Halbhydrat oder Gemische. Modell- und Formgipse werden aus α- und β- Halbhydraten hergestellt (Arendt 2).

13 Einleitung 13/49 Abbildung 2: Produktstammbaum von Gipsprodukten (Grafik aus Arendt 2). Die Herstellung der Gipsprodukte erfolgt in verschiedenen Brennaggregaten (Tabelle 2). Für die Produktion von Stuckgips kommen Drehöfen, Mahlbrennöfen oder sogenannte Kocher zum Einsatz. Auf Trägergas-Brennöfen können sowohl Stuckgips als auch mehrphasige Gipse produziert werden. Dabei wird in der ersten Stufe der Niederbrand-Gips (bei 25 C) und in einer zweiten der Hochbrand-Gips (5 C) erbrannt (Bundesverband der Gipsindustrie 213). Im Rostbrandofen wird ebenfalls ein mehrphasiger Hochbrand-Gips erzeugt, welcher zur Herstellung von Putzen und Mörteln eingesetzt wird. Tabelle 2: Art der Herstellung, Gipstyp und Verwendung von Gips sowie Raumdichte und praktischer Wärmebedarf (aus (Bundesverband der Gipsindustrie 213)). Art der Herstellung (Aggregat) Drehofen Grosskocher Rostbandofen Trägergas- Brennanlage Gipstyp Raumgewicht (kg/m 3 ) Wärmebedarf (MJ/t) Verwendung zur Herstellung von Β-Halbhydtrat (Stuckgips) Baugipse/Platten Β-Halbhydtrat Baugipse/Platten (Stuckgips) Mehrphasengips Gips-Trockenmörtel (Putzgips) Mehrphasengips Gips-Trockenmörtel, Platten 1.4. Wiederverwertbarkeitspotenzial von Gips Gips ist aufgrund seiner chemischen Eigenschaft grundsätzlich gut wiederverwertbar, weil die hydratisierten Gipsfraktionen unter Zufuhr von Energie dehydratisiert werden können. Allerdings dürfen die Gipsabfälle keine zu hohen Fremdstoffanteile enthalten (Tabelle 3). Aus diesem Grund ist in erster Linie eine Aufbereitung und Verwertung von Vollgipsund (Hamm et al. 27) Gipskartonplatten anzustreben. Der energetische Aufwand

14 Einleitung 14/49 für die Aufbereitungsprozesse ist relativ gering, da das Material wie bei der Primärproduktion gebrochen und gemahlen werden muss. Der Karton aus den Gipskartonplatten lässt sich mittels Siebung abscheiden. Tabelle 3: Qualitätskriterien für den Einsatz von REA- und Recyclinggips (Hamm et al. 27). Qualitätskriterien Qualitätsparameter bestimmt als Einheit REA-Gips Recyclinggips Frei Feuchte H 2O Gew. % < 1 < 1 Calciumsulfat-Dihydrat CaSO 4 * 2 H 2O Gew. % > 95 > 8 Magnesiumsalze wasserl. MgO Gew. % <.1 <.2 Natriumsalze wasserl. Na 2O Gew. % <.6 <.2 Kaliumsalze wasserl. K 2O Gew. % <.2 Chloride Cl Gew. % <.1 <.1 Calciumsulfit- CaSO 3 * 1/2 H 2O Gew. % <.5 <.5 Halbhydrat ph Farbe - % weiss 1 weiss 1 Geruch - neutral neutral Toxische Bestandteile - schadlos schadlos Korngrösse - mm - < 5 1 Abhängig von der Verwendung des Rea-Gipses und den jeweiligen Fertigprodukten können unterschiedliche Farbwerte gelten. In der Schweiz wird seit einigen Jahren ein Recyclingsystem für Gipsabfälle betrieben (Rigips AG 214). Die Gipsabfälle werden dabei in verschiedenen Recyclingcentern zunächst gesammelt und sortiert. Von dort aus gelangen sie anschliessend in die Aufbereitungsanlage am Produktionsstandort für Vollgipsplatten. Der aufbereitete Gips wird zusammen mit dem Primärmaterial in den Produktionsprozess eingeschleust. Der Recyclinganteil in der Vollgipsplattenproduktion liegt heute im einstelligen Prozentbereich. Ein vielversprechender Abnehmer von Recyclinggips wäre die Zementindustrie. Dies aus zwei Gründen: Einerseits ist der Gipsbedarf der schweizerischen Zementindustrie mit rund 2 Tonnen pro Jahr sehr hoch. Andererseits benötigt die Zementindustrie vor allem Calciumsulfat-Dihydrat. Der mechanisch aufbereitete Gips könnte somit ohne einen thermischen Prozess direkt als Erstarrungsregler in der Zementproduktion eingesetzt werden. Der Recyclinggips aus dem Bauwerk steht in Konkurrenz zu den Industriegipsen. Diese fallen vor allem im Ausland in grossen Mengen aus der Entschwefelung von Rauchgasen (REA-Gips) in Kohlekraftwerken an. Alleine in Deutschland sind die Mengen seit Inkraftsetzung einer Verordnung für Grossfeuerungsanlagen stark angestiegen und bewegen sich heute im Bereich von 7-8 Mio. Tonnen pro Jahr (Deutsche Gesellschaft für Abfallwirtschaft 21). Auf europäischer Ebene wurde im Jahr 23 mit rund 15 Mio. Tonnen produziert (Hamm et al. 24). REA-Gips ist pulverförmig und weist eine Restfeuchte von 1% auf (Kündig et al. 1997; Arendt 2). Hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung entspricht der REA-Gips bis auf die Spurenelemente (insbesondere Hg und Se) dem Naturgips. Da er aber im Gegensatz zum Naturgips nicht grobkörnig vorliegt, muss der REA-Gips getrocknet und brikettiert werden. Dazu ist ein Energieaufwand von 15 kwh/t für die

15 Einleitung 15/49 Trocknung und 1 kwh/t für die Brikettierung erforderlich (Hamm et al. 1991). In der Schweiz fällt kaum REA-Gips an, er wird aber teilweise aus dem nahen Ausland für die Zementproduktion importiert Fragestellung und Zielsetzung Die Entsorgung von Gips erfolgt heute meist in die Interstoffdeponien. Nur sehr geringe Mengen der Gipsabfälle (ca. 5 t/a) werden heute in die Gipsproduktion zurückgeführt. Die Produktionsdaten zeigen, dass der Einsatz von Gipskartonplatten (Trockenbau) in den letzten Jahren stark zugenommen hat. Es ist davon auszugehen, dass sich dieser Trend fortsetzen wird, was später zu stark zunehmenden Gipsströmen in die Inertstoffdeponien führen wird, falls keine Massnahmen ergriffen werden. Da Gips relativ gut wasserlöslich ist, ist eine Ablagerung in der Inertstoffdeponie aufgrund der zu erwartenden Sulfateinträge in die Vorfluter problematisch. Insbesondere, wenn diese geringe Wassermengen führen. Gips ist aufgrund seiner Eigenschaften relativ einfach rezyklierbar. Es erstaunt deshalb, dass nur geringe Mengen wiederverwertet werden. Das AWEL beabsichtigt, im Rahmen des vorliegenden Projekts abzuklären, welche Mengen an Gips in der Vergangenheit, heute und in Zukunft produziert, importiert und deponiert wurden und werden. Es soll untersucht werden, in welchen Produkten der Gips eingesetzt wird, in welcher Form und Qualität die Gipsabfälle vorliegen und wie gross die entsprechenden Massenflüsse sind. Zudem soll aufgezeigt werden, welche Verwertungswege für Gipsabfälle aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht sinnvoll und vielversprechend sind. Diese Informationen werden für die Entwicklung eines Materialflussmodells für Gips verwendet, welches die folgenden Anforderungen erfüllen soll: - Darstellung der Ist-Situation (Materialflüsse) in der Schweiz. - Das Modell soll Szenarienrechnungen ermöglichen. - Abschätzung des Verwertungspotenzials der verschiedenen Gipsfraktionen.

16 Inertstoffdeponien Produktion, Aufbereitung, Verteilung Sammeln, Triagieren KVA Modellgrundlagen 16/49 2. Modellgrundlagen 2.1. Systembeschreibung In der Abbildung 3 ist das System mit den betrachteten Prozessen (Boxen) und Materialflüssen (Pfeile) für die Schweiz aufgeführt. Das System enthält 12 Prozesse welche mittels 27 Materialflüssen verbunden sind. Am Anfang steht der Rohgipsabbau (blaue Box). Von dort aus gelangt der Rohgips in die dem Bauwerk vorgelagerten Prozesse Produktion, Aufbereitung, Verteilung und Zementproduktion (grüne Boxen). Der im Zement eingebundene Gips gelangt in die Betonproduktion. Insgesamt gelangen somit die vier Produkte Gipsplatten für Trockenbau (vorwiegend Gipskartonplatten), Vollgipsplatten, Putze/Mörtel/Estrich (nach-folgend unter dem Begriff Baugips zusammengefasst) und Beton (bzw. Gips eingebunden im Zement des Betons) ins Bauwerk. Abbildung 3: Modell zur Beschreibung der Gipsflüsse in der Schweiz Gipsplatten, Baugips, aufbereiteter Gips 8 Gipskartonabfälle Gipsabfälle Systemgrenze: Schweiz, Überschuss aus Aufbereitung 6 Gipsplatten Trockenbau (inkl Karton) Gipsplatten Trockenbau Gipsplatten TB im BW Gipsabbruch 1 Gipsabbruch Trockenbau 5 Gipsabfälle Baugips/Anhydrit 11 Vollgipsplatten Vollgipsplatten im BW 2 Gipsabbruch Vollgips 7 Rohgips Rohgips Abbau Rohgips Rohgips Aufbereiteter Gips Baugips Putze/Mörtel im BW Bauwerk (BW) 3 Gipsabbruch Baugips (Mischabbruch) Gipsabfälle Rohgips, REA-Gips Zementproduktion 9 12 Gips in RC-GK im BW Gips in RC-GK Gips im Zement Gips in RC-GK Gips im Zement Betonproduktion 1 Beton Gips im Beton im BW 4 Betonabbruch, inkl. Gips im Beton Gipsflüsse in 1' Tonnen pro Jahr Das BAUWERK (graue Box) setzt sich aus fünf Sub-Prozessen (Prozesse Nr. 1 4 und 12, orange Boxen in der Abbildung 3) zusammen. Die Differenzierung des Bauwerks in Sub-Prozesse stellt ein zentrales Element des Modells dar. Denn nicht alle im Bauwerk enthaltenen Gipsprodukte, welche nach einer Sanierung oder Rückbau als Gipsabfälle anfallen, sind qualitativ gleichwertig. Vielmehr gibt es grosse Unterschiede betreffend der Verwertbarkeit der einzelnen Gipsabfallfraktionen. So kann der im Beton gebundene Gips beispielsweise nicht mehr dem Gipsrecycling zugeführt werden. Ähnliches gilt für die Putzgipse, Mörtel und Estriche. Diese Fraktionen gelangen heute und vermutlich auch künftig mit dem Mischabbruch in die Bauschuttauf-

17 Modellgrundlagen 17/49 bereitungsanlagen (BSAA), wo sie meist als Feinfraktion anfallen. Die Feinfraktion aus den BSAA wird meist gebunden im Magerbeton eingesetzt oder sie wird in loser Form deponiert. Nachfolgend werden die fünf Prozesse kurz beschrieben: Tabelle 4: Beschreibung Input- und Outputgüter in die Sub- Prozesse im Bauwerk und Beurteilung der Verwertbarkeit der einzelnen Gipsprodukte aus dem Rückbau und der Sanierung. Prozessnummer Input Output Beurteilung Verwertbarkeit 1 Gipskartonplatten Gipskartonplatten Trennung von Gips und für Trockenbau evtl. beschichtet Karton mit relativ geringem mit Farben und verfahrens- Putzen. technischen Aufwand 2 Vollgipsplatten, auch als Albaplatten bezeichnet 3 Gipsputze und Mörtel 4 Gips im Zement des Betons 12 Gips im Betonund Mischabbruch Vollgipsplatten evtl. beschichtet mit Farben und Putzen. Gipsputze und Mörtel Betonabbruch Kein kurz- bis mittelfristiger Output möglich Aufbereitung von Gips mit geringem verfahrenstechnischen Aufwand möglich Gips kann nicht aus Beton zurückgewonnen werden Einsatz der RC- Granulate im Bauwerk in loser und gebundener Form Mögliche Zielprozesse Gipsrecycling KVA (Karton) Deponie Gipsrecycling Deponie Nur mit sehr hohem Aufwand abtrennbar, Enthält hohe Fremdstoffanteile Mischabbruchrecycling Deponie Betonabbruchrecycling Deponie Bauwerk Wie in der Abbildung 3 ersichtlich ist, gibt es unter anderem Materialflüsse aus dem Prozess «Produktion, Aufbereitung, Verteilung» in die Prozesse «KVA» und «Inertstoffdeponien». Beim Materialfluss in die KVA handelt es sich um den Gipsanteil in der Kartonfraktion, die aus der Aufbereitung der Gipskartonplatten stammt. Bei der Gipsaufbereitung können zudem nicht verwertbare Gipsfraktionen entstehen, die ebenfalls deponiert werden müssen (Fluss GIPSABFÄLLE). Ein weiterer Materialfluss ist der ÜBERSCHUSS AUS AUFBEREITUNG. Dieser Materialfluss ist ein virtueller Fluss, der im Modell aufzeigen soll, dass unter gewissen Rahmenbedingungen nicht sämtliche verwertbaren Gipsfraktionen rezykliert werden können. In der Realität würde dieser Materialfluss direkt von der Traige in die Inertstoffdeponie führen, weil es wenig Sinn macht, das Material vor der Deponierung aufzubereiten Datengrundlagen für die Modellierung Der inländische Gipsabbau erfolgt nur durch wenige Unternehmen. Diese stellen aus verschiedenen Gründen nur unvollständige oder gar keine Daten zum Gipsabbau bzw. zur Gipsproduktion zur Verfügung. Aus diesem Grund müssen die jährlichen Gipsabbaumengen aus verschiedenen Quellen eruiert und über den Gipsbedarf für die Herstellung der verschiedenen Gipsanwendungen abgeschätzt werden. Im Gegensatz dazu stehen bei den Importen und Exporten entsprechende Daten zur Verfügung. Nachfolgend wird kurz auf die Datengrundlagen und Datenqualität eingegangen.

18 Importe von Gips in t/a Exporte von Gips in t/a Modellgrundlagen 18/ Importe und Exporte Die Daten zu den Gipsimporten und -exporten wurden für den Zeitraum aus der Swiss-Impex-Datenbank herausgesucht. Es handelt sich dabei um die folgenden Kategorien: Gips/Anhydrit: CITC-Nr Gipsputze/Estrichgips: CITC-Nr Gips(karton)platten: CITC-Nr / Bei der Kategorie Gips/Anhydrite dürfte es sich vor allem um rohgipsähnliche (bzw. Anhydrite) Produkte handeln, welche in die Zementindustrie gelangen. In der Abbildung 4 ist die Entwicklung der Gipsimporte (links) und der Exporte (rechts) zwischen 1988 und 212 dargestellt. Die Importe liegen um mehr als eine Grössenordnung höher als die Exporte. Im betrachteten Zeitraum haben die Importe von 184 t/a auf 465 t/a zugenommen. Dies ist vor allem auf die starke Zunahme des Einsatzes von Gipskartonplatten im Trockenbau zurückzuführen. So nahmen diese Importe von 7 t/a auf 27 t/a zu. Da in der Schweiz keine Produktionsanlage für Gipskartonplatten betrieben wird, müssen sämtliche Platten importiert werden. Abbildung 4: Entwicklung der Gipsimporte (links) und exporte (rechts) für den Zeitraum nach den drei Produktkategorien Gipsputze/Estrichgips, Gips/Anhydrite und Gipsplatten. Entwicklung Gipsimporte 5' Importe Gipsputze/Estrichgips 45' Importe Gips/Anhydrite 4' Importe Gipsplatten (Gipskartonplatten) 35' 3' 25' 2' 15' 1' 5' Entwicklung Gipsexporte 5' Exporte Gipsputze/Estrichgips 45' Exporte Gips/Anhydrite 4' Exporte Gipsplatten (Gipskartonplatten) 35' 3' 25' 2' 15' 1' 5' Abschätzung der in der Schweiz abgebauten Rohgipsmengen Zum Gipsabbau stehen nur unvollständige Datensätze für die Modellentwicklung zur Verfügung. Für den Zeitraum konnte eine Unternehmensgruppe Angaben zum Gipsabbau machen. Ein weiteres Unternehmen stellte auf sehr grober Basis Angaben zur Produktion zur Verfügung. Zudem konnten aus dem regionalen Teilrichtplan Abbau und Deponie der Region Thun-InnertPort Angaben zum Abbau in der Gipsgrube Krattigen/Leissigen für die Jahre 25 (ca. 12 t) und 212 (ca. 23 t) gefunden werden (Regionaler Teilrichtplan Abbau und Deponie - Region Thun-InnertPort 26 und 213). Mit Hilfe von Verkaufs- und Umsatzdaten in Geschäftsberichten (Saint Gobain ) wurde die Entwicklung des Gipsabbaus für die Produktion von Vollgipsplatten abgeschätzt. Diese Angaben, welche nicht weiter validiert werden konnten, wurden mit weiteren Daten aus anderen Quellen ergänzt.

19 Modellgrundlagen 19/49 Weiter konnten Abschätzungen zum Gipsbedarf der Zementindustrie für die inländische Zementproduktion unter Einbezug der Rohgipsimporte (Swiss-Impex 214) gemacht werden (Cemsuisse 213 und Vorjahre). Ergänzend dazu stehen Daten aus verschiedenen Statistiken zur Rohsteinförderung bzw. Produktion von Gips in der Schweiz zur Verfügung ((Kündig 1997 und 29), (USGS 212), (Brown, 213)). Die verschiedenen Datenquellen sind mit unterschiedlichen Unsicherheiten behaftet. Um eine diesbezügliche Übersicht zu haben, sind in der Tabelle 5 die Datengrundlagen zur Abschätzung der Entwicklung des Rohgipsabbaus, differenziert nach Produktkategorien in der Schweiz zusammengefasst, wobei in der letzten Spalte die Bewertung der Datenqualität aufgeführt ist. Die Datenqualität ist bezüglich der gesamten Rohsteinförderung relativ gut (letzte Zeile in der Tabelle 5). Hier dürfte die Unsicherheit im Bereich von rund ±15% liegen. Gleiches gilt für den Rohgipsabbau für die Zementproduktion. Die Datenqualität bei den Gipsputzen/Estrichen und Vollgipsplatten ist aufgrund der schwierigen Datenlage als mittelmässig zu bezeichnen, wobei bei den Vollgipsplatten noch etwas grössere Unsicherheiten vorliegen dürften. Bei diesen Materialkategorien ist mit einem Unsicherheitsbereich von ±3% zur rechnen, wobei die Streuung bei einzelnen Jahren noch grösser sein kann. Tabelle 5: Beschreibung der Datengrundlagen zur Abschätzung der Entwicklung des Rohgipsabbaus in der Schweiz und Bewertung der Datenqualität. Rohgipsabbau für Produktion Zement Putzgipse/Estriche Vollgipsplatten Datengrundlagen für die Abschätzung Zementproduktionsdaten, Annahme Gipsanteil im Zement Angabe Unternehmen, eigene Abschätzungen Angabe Unternehmen, eigene Abschätzungen, Umsatzangaben Quelle Cemsuisse Kennzahlen Angaben Unternehmen Angaben Unternehmen Geschäftsberichte Unternehmen Bewertung der Datenqualität gut mittel schlecht - mittel Export Zollstatistiken Swiss-Impex gut Gesamte Rohsteinförderung Literatur Schweizerische geotechnische Kommission (Kündig 1997 und 29) USGS 212, Brown 213 gut Internationale Statistiken Trotz den teilweise recht hohen Unsicherheiten sind die Auswirkungen auf die Resultate, vor allem in Bezug auf die Beurteilung der Materialflüsse aus dem Bauwerk und hinsichtlich der Verwertbarkeit der Gipsabfallfraktionen relativ gering. Ein Grund dafür ist, dass die Importe, welche nur geringe Unsicherheiten aufweisen, rund 5% des Gesamtbedarfs des Bauwerks abdecken. Damit werden die in der Tabelle 5 aufgeführten Unsicherheiten bei den Materialflüssen aus der inländischen Gipsputz- /Estrich- und Vollgipsplattenproduktion reduziert. Sollte das aus der Modellierung resultierende Verhältnis der Materialflüsse von Gipsputze/Estrich zu Vollgipsplatten dennoch stark von der Realität abweichen, wirkt sich dies auf die Verwertbarkeitsquo-

20 Gipsabbau in Tonnen pro Jahr Modellgrundlagen 2/49 te des total anfallenden Gipsabfalles aus, weil Vollgipsplatten viel einfacher zu verwerten sind als Gipsputze/Mörtel/Estrich. Sollte der Materialflussanteil bei den Vollgipsplatten geringer sein, reduziert sich die Verwertbarkeit des total anfallenden Gipsabfalls etwas. Aus den in der Tabelle 5 aufgeführten Daten wurde die Entwicklung der Rohsteinförderung von Gips/Anhydrit für den Zeitraum 1988 bis 212, differenziert nach Produktionskategorien abgeleitet. In der Abbildung 5 ist diese darstellt. Die Rohsteinförderung bewegt sich im beschriebenen Zeitraum zwischen knapp 28 t/a (1998) und 46 t/a (1989). Seit Ender der 9er Jahre steigt sie relativ kontinuierlich an und liegt heute bei knapp 4 t/a. Abbildung 5: Entwicklung der Rohsteinförderung von Gips zwischen auf Basis von Statistiken, Angaben von Unternehmen und eigenen Abschätzungen. Die Gesamtmenge dürf-ten eine Unsicherheit im Bereich von ± 15% haben. 5' 45' 4' 35' 3' 25' Gipsabbau für Export Gipsabbau für Baugipsproduktion Gipsabbau für Vollgipsplatten Gipsabbau für Zementproduktion 2' 15' 1' 5' Abschätzung der in der Schweiz anfallenden Gipsabfälle In Bezug auf den Anfall der verschiedenen Gipsabfallfraktionen stehen kaum Informationen zur Verfügung. Da heute nur sehr wenig Gips verwertet wird, befinden sich die Gipsabfälle in den verschiedenen Bauabfallfraktionen wie Misch- und Betonabbruch (Bauschutt), Bausperrgut, mineralische Fraktionen, die direkt von der Baustelle in Inertstoffdeponien gelangen und Gipsabfälle, welche mit den brennbaren Bauabfällen in die KVA gelangen. Die Gipsabfallflüsse können deshalb nur indirekt über die Bauabfallmengen und die Gipsanteile in den Bauabfallfraktionen abgeschätzt werden. Die in der Tabelle 6 aufgeführten Daten basieren auf den folgenden Datengrundlagen und Abschätzungen: Gips im Bausperrgut: Die Abschätzung der Bausperrgutmenge basiert auf den Daten der Untersuchungen des Kantons Zürich, welche im Zusammenhang mit der Beschreibung des Standes der Technik für die Bausperrgutsortierung durchgeführt wurden (Rubli 212). Im Kanton Zürich fielen im Jahr 211 rund 17 Tonnen Bausperrgut an. Die Hochrechnung auf die gesamtschweizerische Ebene erfolgte auf Basis des Verhältnisses der anfallenden Bausperrgutmenge zum Beton- und Mischabbruchanfall im Kanton Zürich (siehe auch Erklä-

21 Modellgrundlagen 21/49 rungen unten). Es resultiert eine Bausperrgutmenge von 94 Tonnen. Der Gipsanteil wurde aus der Bausperrgutzusammensetzung von sechs Bausperrgutanlagen im Kanton Zürich (aus Rubli 212) und den Gipsanteilen in den einzelnen Bausperrgutfraktionen abgeschätzt. Die Gipsanteile wurden verschiedenen Studien entnommen (Schachermayer 1998, Rubli 214). Es resultiert ein durchschnittlicher Gipsanteil von 5.5%. Gips im Misch- und Betonabbruch Die Daten zu den Misch- und Betonabbruchmengen stammen von Angaben des Aushub ARV, Aushub- Rückbau- und Recycling-Verband Schweiz (ARV) und aus den jährlichen Updates des Bundesamtes für Statistik zu den Baumaterialflüssen in der Schweiz. Die Gipsgehalte in der Grob- und Feinfraktion wurden einer internen Studie des AWEL entnommen (Rubli 213). Gips in mineralischer Fraktion, die in die Inertstoffdeponie (direkt von Baustellen) geht Die Daten zu diesen Materialflüssen wurden aus den Bauabfallstudien des Bundesamts für Umwelt (BAFU 21 und 28) entnommen und auf das Jahr 211 hochgerechnet. Der Gipsanteil wird auf 15% geschätzt. Gips in den brennbaren Bauabfällen Die Daten zu den brennbaren Bauabfällen wurden dem Abfallwirtschaftsbericht 28 (BAFU 28) entnommen und auf das Jahr 211 hochgerechnet. Es wird mit 5 Tonnen brennbaren Bauabfällen für das Jahr 211 gerechnet (26: 476 Tonnen). Der Gipsanteil in den brennbaren Bauabfällen wird auf 9% geschätzt. Gips ins Gipsrecycling. Diese Angaben basieren auf Angaben in Interviews mit Branchenvertretern. Die verwertete Menge dürfte im Bereich von 4 5 t/a liegen, wovon rund 8% (geschätzt) tatsächlich in die Gipsproduktion gehen. Somit gelangen heute insgesamt rund 33 t/a Gipsabfälle aus dem Bauwerk in die verschiedenen Zielprozesse (Tabelle 6). Die Daten zu diesen Gipsabfallflüssen werden zur Kalibration des Modells bzw. des Szenarios REFERENZ verwendet. Tabelle 6: Aus den Bauabfallmengen und Gipsanteilen abgeschätzte Gipsabfallmengen in der Schweiz (Mittelwerte aus den Jahren ). Heute werden auf Basis den Daten in der Tabelle 6 weniger als 2% des anfallenden Gipsabfalls einer Verwertung zugeführt. Es besteht somit ein enormes Recyclingpotenzial, welches sich künftig nutzen liesse. Mit dem Modell und mittels verschiedener Modellszenarien soll deshalb abgeschätzt werden, wie gross das künftige Verwertungspotenzial tatsächlich ist. Denn nicht alle Gipsabfälle lassen sich mit vernünftigeschätzte Menge geschätzter Gipsanteil resultierende Gipsmenge Zielprozesse Baubfallfraktion CH (t/a) % Tonnen Bausperrgut 94' '7 Deponie Misch- und Betonabbruch 4'8' '6 Verwertung RC-Gesteinskörnung Inertstofffraktion in Deponien 1'17' '5 Deponie brennbare Bauabfälle in KVA 5' 9. 45' KVA gesammelter Gipsabbruch 5' 8. 4' Gipsproduktion Total 333'8 kursiv (geschätzte Anteile)

22 Modellgrundlagen 22/49 gem technischen Aufwand sinnvoll verwerten. Deshalb muss bekannt sein, welche Mengen an Vollgips-, Gipskartonplatten sowie Gipsputze/Mörtel/Estrich heute und künftig aus dem Rückbau anfallen bzw. anfallen werden Modellaufbau Modellierung der Lagerentwicklung im Bauwerk Zur Lagerentwicklung von Gips im Bauwerk in der Schweiz sind keine Daten aus Studien verfügbar. Aus diesem Grund muss die Lagerentwicklung aus den bekannten Flüssen abgeleitet werden. Dazu werden die bekannten Daten zur inländischen Gipsproduktion (Abbildung 5) und zu den Importen und Exporten für den Zeitraum verwendet (siehe Abbildung 4).Die Bilanzierung dieser Materialflüsse (Importe + Gipsabbau Exporte) ergibt den Input in das Bauwerk, gegliedert nach Produktkategorien und auf jährlicher Basis. Diese Inputflüsse werden mittels Interpolation und unter Einbezug der Lebensdauer (Berücksichtigung des Outputs aus Gipslager aus Sanierungen und Rückbau) bis zum Jahr 1971 zurückgerechnet. Damit resultieren für die verschiedenen Produktkategorien Zeitreihen über einen Zeitraum von über 4 Jahren. Mittels Einbezug der verschiedenen Lebensdauern der einzelnen Produkte werden nun die Gipslager für das Jahr 197 abgeschätzt. Die Berechnung der Entwicklung der Gipslager erfolgt nun ab dem Startjahr 197. Der Nettozuwachs der einzelnen Lager wird mit der folgenden Formel abgeschätzt: Input x (1-1/Lebensdauer). Mit dieser Formel wird wiederum der Materialfluss aus dem Lager, welcher aufgrund von Sanierungen und Rückbauten erzeugt wird, berücksichtigt. Die resultierenden Werte werden jeweils zum Lagerbestand des Vorjahres addiert und von 1971 bis 235 fortgeschrieben. Die Berechnung der szenarioabhängigen Entwicklung der Inputflüsse und die damit verbundene Lagerentwicklung basiert für den Zeitraum auf einer Kombination von Bevölkerungsentwicklungsdaten des Bundesamtes für Statistik (Szenario hoch, BFS 211) und Nachfragefunktionen, welche mittels Parameterfunktionen beeinflusst werden können Modellierung der Entwicklung der Outputflüsse Die Outputflüsse aus dem Bauwerk werden differenziert nach Gipsabfällen aus dem Neubau, der Sanierung und dem Rückbau sowie nach den erwähnten Produktkategorien. Die Berechnung der entsprechenden Gipsabfallflüsse basiert auf den folgenden Faktoren: Gipsabfälle aus dem Neubau: Gipsabfälle aus Sanierungen: Gipsabfälle aus dem Rückbau: prozentualer Anteil Reste am Input ins Bauwerk Sanierungsrate in Prozent bezüglich des Gipslagers Rückbaurate in Prozent in Bezug auf das Gipslager Diese Raten können je nach Szenario für die Materialkategorien Gips im Zement, Baugips, Vollgipsplatten und Gipskartonplatten definiert werden. Die entsprechenden Materialflüsse werden aus dem Produkt der definierten Raten und Inputflüssen (beim Neubau) bzw. den Lagerbeständen berechnet.

23 Modellgrundlagen 23/49 Im Szenario REFERENZ wurden die Raten so gewählt (Tabelle T.1 im Anhang A.1), dass der gesamte Gipsoutput aus dem Bauwerk möglichst gut mit dem abgeschätzten Gipsfluss für das Jahr 211 (Tabelle 6) übereinstimmt Parametrisierung des Modells für Szenarienrechnungen Das Modell ist so aufgebaut, dass die Lagerentwicklungen sowie die Entwicklung der Materialflüsse mittels Parametereinstellungen beeinflusst werden können. Ein Teil der Parametrisierungsmöglichkeiten dient der Grundeinstellung des Modells (siehe Kapitel und 2.3.2). Die entsprechenden Parameter sind in den Tabellen T.2 und T.3 im Anhang A.1 aufgeführt. Weitere Parameter werden vor allem für die Szenarienrechnungen benötigt. Diese Parameter sind notwendig, um einerseits die Materialflüsse aus dem Prozess SAMMELN/TRIAGE in die weiteren Entsorgungsprozesse zu definieren. Andererseits muss vorgegeben werden, welche maximalen RC-Anteile in der Zement-, Vollgipsplatten- und Baugipsproduktion zugelassen werden können und wie sich die Gipsflüsse vom Prozess PRODUKTION/AUFBEREITUNG/ VERTEI- LUNG in die Produktionsprozesse entwickeln. In den Tabellen T.4 und T.5 im Anhang A.2 sind die gewählten Parametereinstellungen für das Szenario REFERENZ aufgeführt Beschreibung der Szenarien Das Modell ist so aufgebaut, dass sich mittels der Wahl der Modellparameter unzählige Szenarien rechnen lassen. Im Rahmen der Studie wurden die zwei Szenarien REFERENZ und RECYCLING gerechnet. Diese werden nachfolgend kurz beschrieben. Die für diese Szenarien definierten Modellparameter sind in den Tabellen im Anhang A.3 enthalten Beschreibung Szenario REFERENZ Das Szenario REFERENZ widerspiegelt im Grundsatz die heutige Situation. Die Modell-parameter werden deshalb so eingestellt, dass die Outputflüsse aus dem Bauwerk möglichst gut mit den Mittelwerten der Abschätzung in der Tabelle 6 übereinstimmen. Die künftige Entwicklung der Transferkoeffizienten von der TRAIGE in die nachgelagerten Entsorgungs-prozesse wird bis zum Jahr 235 konstant auf den Stand des Jahres 21 belassen (Tabelle 7). Damit soll aufgezeigt werden, welche Entwicklung stattfindet, wenn wir so weiterfahren wie heute.

24 Modellgrundlagen 24/49 Tabelle 7: Gewählte Transferkoeffizienten im Prozess TRIAGE für das Szenario REFE- RENZ. Die Transferkoeffizienten werden im Zeitraum konstant gehalten. Beschreibung Transferkoeffizient Gipsputze/Mörtel/Estriche Transferkoeffizient in Aufbereitung Transferkoeffizient in KVA Transferkoeffizient ins Bauwerk Transferkoeffizient in die Deponie Transferkoeffizient in % zum Gesamtinput Bemerkungen konstant Vollgipsplatten Transferkoeffizient in Aufbereitung Transferkoeffizient in KVA Transferkoeffizient ins Bauwerk Transferkoeffizient in die Deponie konstant Gipskartonplatten Transferkoeffizient in Aufbereitung Transferkoeffizient in KVA Transferkoeffizient ins Bauwerk Transferkoeffizient in Deponien konstant Zudem werden in den Szenarien jeweils die maximal möglichen RC-Anteile, welche bei der Produktion möglich sind, vorgegeben. Im Szenario REFERENZ wurden diese wie folgt definiert: Maximaler RC-Anteil in der Zementproduktion:.5 % Maximaler RC-Anteil in der Vollgipsplattenproduktion: 5. % Maximaler RC-Anteil in der Baugipsproduktion:. % Die für dieses Szenario definierten Werte sind sehr tief. Aus produktionstechnischer Sicht wären bereits heute höhere Anteile möglich. Da aber noch nicht beurteilt werden kann, welche Anteile in den verschiedenen Produktionen tatsächlich möglich sind, wurden die zurzeit eingesetzten RC-Anteile als Maximum verwendet Beschreibung Szenario RECYCLING Das Szenario RECYCLING beschreibt eine starke Entwicklung beim Recycling von Vollgips- und Gipskartonplatten. Es handelt sich um ein relativ extremes Szenario, indem aufgezeigt werden soll, welchen Einfluss eine starke Erhöhung der RC- Materialflüsse in die Aufbereitung auf die anderen Materialflüsse haben und wie gross das Recyclingpotenzial sein kann. Beim Prozess TRIAGE nehmen die Transferkoeffizienten in die AUFBEREITUNG auf bis 8% zu (siehe Tabelle T.6. im Anhang A.3).

25 Modellgrundlagen 25/49 Die maximalen RC-Anteile in den Produktionsprozessen werden stark erhöht: Maximaler RC-Anteil in der Zementproduktion: 7 % Maximaler RC-Anteil in der Vollgipsplattenproduktion: 7 % Maximaler RC-Anteil in der Produktion von Gips für Putze/Mörtel/Estriche: 2 % Die vorgegebene Entwicklung der maximal möglichen RC-Gipsflüsse in die Produktionsprozesse ist in der Tabelle T.7 im Anhang A.3 aufgeführt. Die technische Umsetzbarkeit betreffend der hohen RC-Anteile in den Produktionsprozessen wurde nicht geprüft, sie dürfte aber in diesem Ausmass schwierig zu gewährleisten sein.

26 Resultate 26/49 3. Resultate Im Kapitel 3.1 wird zunächst auf die Materialflüsse im Szenario REFERENZ eingegangen, um die Abhängigkeiten und Verknüpfungen der verschiedenen Materialflüsse von- und miteinander anhand der Systemabbildungen zu beschreiben. Anschliessend wird auf die zeitliche Entwicklung der Materiallager und -flüsse in diesem Szenario eingegangen. Im Kapitel 3.2 sind die Resultate aus der Modellierung des Szenarios RECYCLING aufgeführt. Es wird beschrieben, welche Auswirkungen die hohen Recyclingraten auf die Materialflüsse in die Produktions- und Entsorgungsprozesse haben Modellierung des Szenarios REFERENZ Vergleich der Materialflüsse der Jahre 212 und 235 In der Abbildung 6 sind die Materialflüsse des Szenarios REFERENZ für das Jahr 212 dargestellt. Insgesamt gelangen 855 Tonnen Gips in Form von Gipskartonplatten, Vollgipsplatten, Gipsputzen/Mörtel/Estrichen und Beton in das Bauwerk. Davon sind 212 Tonnen im Zement bzw. Beton gebunden. Der Gipsbedarf wird zu knapp 4 Tonnen durch den inländischen Rohgipsabbau gedeckt. Der Rest wird grösstenteils als Fertigprodukte importiert. Gewichtig sind hier vor allem die Importe von Gipskartonplatten im Umfang von rund 28 Tonnen. Der Gipsbedarf für die Zementproduktion liegt bei etwas über 19 Tonnen. Rund 3% oder 57 Tonnen werden in Form von Rohgips oder REA-Gips importiert. Der Materialoutput aus dem Bauwerk liegt bei rund 34 Tonnen, was in etwa 4% des Gesamtinputs ins Bauwerk entspricht. Knapp 2 Tonnen der anfallenden Gipsabfälle bestehen aus Gipskarton- und Vollgipsplatten. Diese Fraktionen könnten mit relativ geringem verfahrenstechnischen Aufwand aufbereitet werden. Allerdings ist gut zu erkennen, dass heute nur rund 5 Tonnen Gipsabfälle in die Aufbereitung gehen. Immerhin gelangen 63' Tonnen Gipsabfälle mit der RC- Gesteinskörnung vorwiegend in Form von Magerbeton ins Bauwerk zurück. Allerdings handelt es sich hier nicht um ein gewolltes Recycling von Gips. Vielmehr ist der Gips in der Feinfraktion des Mischabbruchgranulates enthalten, wo er als Störstoff dessen qualitative Eigenschaften negativ beeinflusst. Der grösste Teil der anfallenden Gipsabfälle, d.h. rund 23' Tonnen, geht in die Inertstoffdeponien. Ein nicht zu vernachlässigender Materialfluss von 44 Tonnen führt in die KVA. Die Gipsabfälle gelangen vor allem mit den brennbaren Bauabfällen in die Kehrichtverbrennungsanlagen. In der Abbildung 7 ist das gleiche Szenario für das Jahr 235 dargestellt. Bei den Inputflüssen ins Bauwerk sind keine wesentlichen Änderungen festzustellen. Der Bedarf an Gipskarton-platten, Vollgipsplatten und an Gips für Gipsputze/Mörtel/Estriche (in den nachfolgenden Abbildungen als Baugips aufgeführt) ist etwas höher als im Jahr 212. Einzig beim Gips im Beton ist eine Abnahme von über 2% gegenüber dem Jahr 212 zu verzeichnen.

27 Inertstoffdeponien Produktion, Aufbereitung, Verteilung Sammeln, Triagieren KVA Inertstoffdeponien Produktion, Aufbereitung, Verteilung Sammeln, Triagieren KVA Resultate 27/49 Abbildung 6: Materialflüsse im modellierten Szenario REFERENZ im Bezugsjahr 212. Die Materialflüsse sind in 1 Tonnen pro Jahr angegeben. Gipsplatten, Baugips, aufbereiteter Gips 28 Gipsplatten Trockenbau (inkl Karton) Gipsplatten Trockenbau 1 Gipskartonabfälle Gipsplatten TB im BW 1 Gipsabfälle 5 Gipsabbruch 1 53 Gipsabbruch Trockenbau Systemgrenze: Schweiz, Bezugsjahr 212 Überschuss aus Aufbereitung 5 44 Gipsabfälle 6 Baugips/Anhydrit Vollgipsplatten Vollgipsplatten im BW Gipsabbruch Vollgips Rohgips Rohgips Abbau Rohgips Rohgips Aufbereiteter Gips 198 Baugips Putze/Mörtel im BW Bauwerk (BW) Gipsabbruch Baugips (Mischabbruch) Gipsabfälle 57 Rohgips, REA-Gips Zementproduktion 9 12 Gips in RC-GK im BW 63 Gips in RC-GK Gips im Zement 193 Gips in RC-GK Gips im Zement Betonproduktion Beton Gips im Beton im BW 4 2 Betonabbruch, inkl. Gips im Beton Gipsflüsse in 1' Tonnen pro Jahr Abbildung 7 : Materialflüsse im modellierten Szenario REFERENZ im Bezugsjahr 235. Die Materialflüsse sind in 1 Tonnen pro Jahr angegeben. Gipsplatten, Baugips, aufbereiteter Gips 33 Gipsplatten Trockenbau (inkl Karton) Gipsplatten Trockenbau 1 Gipskartonabfälle Gipsplatten TB im BW 1 Gipsabfälle 1 Gipsabbruch Gipsabbruch Trockenbau Systemgrenze: Schweiz, Bezugsjahr Überschuss aus Aufbereitung Gipsabfälle Baugips/Anhydrit Vollgipsplatten Vollgipsplatten im BW Gipsabbruch Vollgips Rohgips Rohgips Abbau Rohgips Rohgips Aufbereiteter Gips 226 Baugips Putze/Mörtel im BW Bauwerk (BW) Gipsabbruch Baugips (Mischabbruch) Gipsabfälle 24 Rohgips, REA-Gips Zementproduktion 9 12 Gips in RC-GK im BW 18 Gips in RC-GK Gips im Zement 138 Gips in RC-GK Gips im Zement Betonproduktion Beton Gips im Beton im BW 4 3 Betonabbruch, inkl. Gips im Beton Gipsflüsse in 1' Tonnen pro Jahr