Stoffliche Abfallverwertung als handelbares Zertifikat?

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1 Stoffliche Abfallverwertung als handelbares Zertifikat? CO 2 -Wirksamkeit der Ressourcenschonung 1. Wissenschaftskongress Abfall- und Ressourcenwirtschaft der DGAW e.v Straubing, 29. und 30. März 2011 Dipl.-Ing. Yves Noël RWTH Aachen

2 Vorstellung L & F Arbeitsgebiete Konversion und Veredlung von fossilen, nachwachsenden und sekundären Energieträgern. Insbesondere durch thermochemische Prozess Ausstattung Brennstofflabor Technikum Drehrohr Wirbelfeuerung Feuerungsmessstand Biomasseverstromung Biomasse Abfälle Biomasse Kohle Folie 2 Studiengänge Rohstoffingenieurwesen Entsorgungsingenieurwesen, Umweltingenieurwissenschaften Nachhaltige Energieversorgung

3 Inhalt Einführung in die Fragestellung Primäre Kunststoffproduktion D/EU Produktionskette; Mengen Sekundäre Kunststoffproduktion D/EU Recyclingkette Kumulierter Energieaufwand Primär-/ Sekundärprozess CO 2 -Wirksamkeit des Kunststoffrecyclings Folie 3 Stoffliche Abfallverwertung als handelbares Zertifikat? Möglichkeiten - Grenzen

4 Stoffliche Abfallverwertung als handelbares Zertifikat? Einführung in die Fragestellung Europäische Abfallhierarchie Stoffliche Verwertung (Recycling): Werkstoffliche Verwertung: Beibehalten der werkstofflichen Eigenschaft Rohstoffliche Verwertung: Nutzung des im Abfall enthaltenen Rohstoffs Folie 4 Energetische Verwertung: Herstellung von Ersatzbrennstoffen Direkter Einsatz in MHKW

5 Stoffliche Abfallverwertung als handelbares Zertifikat? Anerkennung der Emissionsminderung Energetische Verwertung: Beteiligung der Abfallverbrennung nicht möglich da Entsorgungszwang Abhängigkeit vom Konsumverhalten Referenzemissionen von 1990 nicht übertragbar Stoffliche Verwertung: Darstellbare Größe: Unterschiedlicher Energieaufwand bei der Produktherstellung: primärer Produktionsprozess sekundärer Produktionsprozess Einsatz von Primärrohstoffen Einsatz abfallstämmigen Materials Kennzahlen: Folie 5 Kumulierter Energieverbrauch der Produktherstellung KEV H Recyclingmassenströme

6 Kunststoffproduktion Produkte und Mengen Deutschland Produzierte Menge 2009 gesamt: 17 Mio. t davon Thermoplaste: 9,9 Mio. t Summe PE/PP/PS/PVC/PET: 6,9 Mio. t ( Thermoplaste) Folie 6 Produktionsmengen ausgewählter Thermoplaste in Deutschland 2009 [CONS10]

7 Kunststoffproduktion Produkte und Mengen EU Produzierte Menge 2009 gesamt: 45 Mio. t davon Thermoplaste: 33,8 Mio. t 75 % Summe PE/PP/PS/PVC/PET: 33,8 Mio. t ( Thermoplaste) Folie 7 Produzierte Mengen Thermoplaste in Europa 2009 [Mio. t] Kunststoffbedarf nach Sektor in Europa 2009 [%] [PLAS10]

8 Kunststoffrecycling Kunststoffabfallmengen nach Sorten 2009 Kunststoffabfallmengen gesamt: D 4,9 Mio. t davon verwertet: 97 % EU 24,3 Mio. t davon verwertet: 54 % Elastomere, Duroplaste und Thermoplaste/ thermoplastische Elastomere Stoffl. Kunststoffrecycling: Erweichen und verformen der Kunststoffe bei 130 C 260 C Relevanz von Thermoplasten für stoffliches Recycling dominant Abfallmenge Thermoplaste: D 3,7 Mio. t, stoffl. verwertet: 2,1 Mio. t EU 18,2 Mio. t, stoffl. verwertet: 5,5 Mio. t Menge Thermoplaste im Abfall überproportional zu produzierter Menge! Kunststoffsorte Abfallmengen in Deutschland [Mio. t] HDPE 0,562 2,916 Abfallmengen in der EU in [Mio. t] Folie 8 LDPE 0,730 4,131 PP 0,961 4,617 PVC 0,843 2,673 PS 0,394 1,944 PET 0,222 1,944 [CONS10], [MART11], PLAS10]

9 Kulmulierter Energieaufwand (KEA) Begriffsbestimmung VDI Richtlinie 4600 Instrument zum Vergleich der Energieinanspruchnahme von Prozessen, Produkten oder Dienstleistungen Konkrete Anwendung: Betrachten des KEA zur Produktherstellung (KEA H ) KEA H : Energieaufwände, die bei der Gewinnung, Verarbeitung, Herstellung und Entsorgung der Fertigungs-, Hilfs-, und Betriebsmitteln, [VDI97] entstehen KEV H : Kumulierter Energieverbrauch KEV H = KEA H - H u,edukte Heizwerte der in das Produkt eingehenden Stoffe sind nicht berücksichtigt Folie 9 Systemgrenze Primärprozess: Produktionskette der Kunststoffherstellung: Rohstoffgewinnung Granulierung exklusive Energieaufwand zur Gewinnung der Hilfsmittel Systemgrenze Sekundärprozess: Kette des stoffl. Kunststoffrecyclings: Aufbereitung Granulierung exklusive Sammlung und Abfuhr [VDIR97]

10 Kunststoffproduktion Primäre Produktionskette Polymer allgemeine Darstellung Produktion von PVC stark abweichend Kumulierter Energieverbrauch KEV H primär Erdöl Ölförderung Transport Prozesswärme Elektrische Energie Mechanische Energie Elektrische Energie Kunststoffsorte KEV prim. [MJ/kg] HDPE 12,1 LDPE 16,5 Schwefel Flüssiger Stickstoff Ammoniak Natronlauge Rohöl Raffinerie Prozesswärme Elektrische Energie PP 29,3 Wasser Öl Naphtha PVC 23,6 PS 17,7 ggf. weitere Stoffe Wasser Monomerherstellung Prozesswärme PET 36,5 Monomer Folie 10 ggf. weitere Stoffe Polymerisation Prozesswärme Elektrische Energie Polymer Granulat [GEMI10]

11 Kunststoffrecycling Sekundäre Produktionskette Polymer Darstellung stark vereinfacht Kumulierter Energieverbrauch KEV H sekundär Kunststoffe als Abfall Sortierung Elektrische Energie Wasser Veredlung Elektrische Energie Kunststoffsorte HDPE 3,320 KEV sekundär [MJ/kg] Kunststoffgranulat LDPE 3,320 PP 3,248 Folie 11 PVC 3,248 PS 3,284 PET 3,356 [CHRI01]

12 Kunststoffrecycling Energieverbräuche der Primär- und Sekundärproduktion im Vergleich deutliche Differenzen im Energiebedarf zwischen den Primärprozessen. Extreme Unterschiede zw. Primär- und Sekundärprozess kaum Unterschiede in der sekundären Produktionskette Ressourcenschonung nicht betrachtet hohes Gesamtpotenzial im PET-Recycling trotz untergeordneter Produktionsmenge KEV primär [MJ/kg] KEV sekundär [MJ/kg] Folie HDPE LDPE PP PVC PS PET [CHRI01], [GEMI10]

13 Kunststoffrecycling CO 2 -Ausstoß bei der Primärproduktion ausgewählter Kunststoffe: Datenermittlung Folie 13 CO 2 -Ausstoß HDPE-Produktion: Auszug GEMIS- Datenbank [GEMI10] Produktionskette HDPE: Auszug GEMIS- Datenbank [GEMI10] [GEMI10]

14 Kunststoffrecycling CO 2 -Ausstoß bei der Sekundärproduktion ausgewählter Kunststoffe: Datenermittlung Eingesetzter Energieträger: Strom (Prozesswärme vernachlässigbar) Emissionen bei der Energiewandlung CO 2 -Emissionsfaktor Faktor 2009: 0,575 kg/kwh el. Strom Folie 14 [UBA11]

15 CO 2 -Emissionen [kg /kg Kunststoffgranulat] Kunststoffrecycling CO 2 -Ausstoß bei der Primär-/ Sekundärproduktion ausgewählter Kunststoffe Im Sekundärprozess eingesetzter Energieträger: Strom (Prozesswärme, Kraftstoff vernachlässigbar) nicht berücksichtigt: Art des Abfallerzeugers (Produktions-/Konsumabfall) Folie 15 CO 2 -Emissionen bei der Primär- und der Sekundärproduktion von Thermoplasten [CHRI01] [GEMI10], [UBA11]

16 Kunststoffrecycling Verminderung des CO 2 -Ausstoßes durch Sekundärproduktion ausgewählter Kunststoffe Annahme: Gleiche Recyclingquote aller Thermoplaste CO 2 -Einsparung = ΔCO 2 primär/sekundär i x m i Folie 16 Kunststoffsorte ΔCO 2 primär/sekundär [kg/kg Kunststoff] stofflich verwertete Menge D [Mio.t/a] CO 2 -Reduktion [Mio. t/a] HDPE 2,0 0,31 0,62 LDPE 1,7 0,41 0,70 PET 2,6 0,12 0,31 PP 2,9 0,53 1,54 PS 2,3 0,23 0,53 PCV 1,9 0,47 0, ,07 4,6 Verminderung des CO 2 -Ausstoßes durch stoffl. Kunststoffrecycling in Deutschland Europaweite Reduktion: 12,8 Mio. t pro Jahr

17 Emissionszertifikatehandel allgemeine Darstellung Ziele: Kosteneffiziente Verringerung der Treibhausgasemissionen zum globalen Klimaschutz Einhaltung der CO 2 -Reduktionsziele des Rahmenübereinkommens der Vereinten Nationen 11/1997 (Kyoto Protokoll) Maßnahme: Treibhausgas-Emissionshandelsgesetz: Freisetzung von Treibhausgasen genehmigungspflichtig (CO 2, CH 4, N 2 O, FKW, PFC, SF 6 ) Gültig für Großemittenten des Energiesektors, der Metallurgie, der mineralverarbeitenden Industrie usw. Handel von Emissionszertifikaten an der Leipziger Strombörse Folie 17 Prinzip: Reduktion des Ausstoßes wird belohnt Klimaschutz als ortsungebundene Maßnahme: CO 2 - Minderung zu den geringst möglichen Kosten realisierbar [TEHG07],

18 Emissionszertifikatehandel European Energy Exchange Handel der Emissionsrechte innerhalb Deutschlands an der Leipziger Strombörse Handel analog zum Wertpapierhandel Emissionszertifikate werden teils kostenlos Ausgegeben Zahl kostenlos ausgegebener Zertifikate sinkt ab 2013 jährlich um 1,73 % Keine kostenfreie Ausgabe von Zertifikaten für Stromerzeuger ab 2013 Preisanstieg Zertifikatepreis für die Berechtigung zum Ausstoß einer Tonne CO 2 ~ 17,00 (Stand ) Folie 18 [EEX11],

19 Emissionszertifikatehandel Monetäres Äquivalent der Treibhausgasemissionsminderung durch Sekundärproduktion ausgewählter Kunststoffe Monetärer Gleichwert der Treibhausgasminderung infolge des Kunststoffrecyclings: Δm CO 2 x Zertifikatewert pot. Gutschrift Deutschland: pot. Gutschrift Europa: (Stand 03/11, Handelspreise im europ. Ausland nicht berücksichtigt) Wäre die europäische Recyclingwirtschaft in den Emissionszertifikatehandel eingebunden, würde diese durch das stoffliche Recyceln von Kunststoffen jährlich über 13. Mio Zertifikate verfügen Preisvorteil für Recyclingprodukte, stoffl. Verwertung gewinnt an Attraktivität Folie 19

20 Stoffliche Abfallverwertung als handelbares Zertifikat? Fazit Recycling von Kunststoffen ermöglicht Treibhausgasemissionsminderung um bis zu 85 % Auswirkungen des Recyclings mit Energieeffizenzsteigerung in Kraftwerken etc. vergleichbar Teildeckung der Kosten für Sekundärrohstoffproduktion theoretisch möglich ABER: Berücksichtigung der Recyclingwirtschaft beim Emissionshandel gesetzlich nicht vorgesehen Kunststoffproduktion nur teilweise in den Emissionshandel einbegriffen Attraktivität von Sekundärrohstoffen hinsichtlich der Fragestellung teils gegeben Folie 20 ALTERNATIVE: Direkte Anrechnung der Treibhausgas- Emissionen bei der Förderung fossiler Rohstoffe. Annahme: Energetische Verwertung dieser Rohstoffe nach dem Konsum

21 CO 2 -Wirksamkeit der Ressourcenschonung Literatur [CHRI01] Christiani, J.; Griepentrog, U.; Weber, H.; Giegrich, J.; Detzel, J.; Breuer, L.: Grundlagen für eine ökologisch und ökonomisch sinnvolle Verwertung von Verkaufsverpackungen. Studie. Umweltbundesamt (Hrsg.). Dessau Roßlau, 2001 [CONS10] Consultic Marketing und Industrieberatung GmbH: Produktion, Verarbeitungund Verwertung von Kunststoffen in Deutschland 2009 Alzenau 2010 [EEX11] European Energy Exchange, Emissionsrechte Terminmarkt, EUA Primary Auction Derivatives (Stand ) [GEMI10] Öko-Institut: Gemis Datenbank , [MART11] Martens, H.: Recyclingtechnik. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2011 [PLAS10] PlasticsEurope: Plastics The Facts 2010, Brüssel, 2010 Folie 21 [TEHG07] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Gesetz über den Handel mit Berechtigungen zur Emission von Treibhausgasen, 2007 [UBA11] Entwicklung der spezifischen Kohlendioxid-Emissionen des deutschen Strommix, Umweltbundesamt, Stand: März 2010 [VDIR97] VDI Richtlinie Kumulierter Energieaufwand Begriffe, Definitionen, Berechnungsmethoden, 1997

22 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 1. Wissenschaftskongress Abfall- und Ressourcenwirtschaft der DGAW e.v 29. März 2011 Dipl.-Ing. Yves Noël 1, Dennis Wegkamp 1, Dipl.-Ing. Markus Gleis 2, Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker Umweltbundesamt, Berlin/Dessau-Roßlau