Bewertung von Tunnelfiltertechnologien

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1 Bewertung von Tunnelfiltertechnologien Tunneldialog 3. Sitzung Dr.-Ing. Esther Stahl, Dipl.-LÖk. Daniel Maga Dr.-Ing. Hartmut Pflaum, Dr.-Ing. Stefan Schlüter Fraunhofer UMSICHT Folie 1

2 Bewertung Tunnelfiltertechnologien Quelle: Fuji Electric Co., Ltd. Quelle: Aigner Tunnel Technology GmbH Technologien? Wirkungsgrad? Wartungsaufwand? Einbausituation Schwäbisch Gmünd? Energiebedarf? Ökobilanzielle Betrachtung Kosten? Finanzierung? Quelle: ECOVAC Filteranlagen GmbH Quelle: FILTRONtec GmbH Folie 2

3 Betrachtete Systeme Elektrostatischer Abscheider + Aktivkohlefilter (ESP + AKF) Faserfilter + Fallfilmabsorber (FF + FFA) Quelle: AWS Group AG Quelle: Ecovac/Donaldson Quelle: Filtrontec GmbH Aigner Tunnel Technology GmbH FILTRONtec GmbH KGD Developments Ltd. European Sales & Camfil AB Fuji Electric Europe GmbH Panasonic Deus Energie- und Umweltsysteme GmbH ECOVAC Filteranlagen GmbH & AWS Group AG Folie 3

4 Ökobilanzen Life Cycle Assessment Normierung genereller Ablauf: ISO 14040/44: Umweltmanagement - Ökobilanz - Grundsätze und Rahmenbedingungen/Anforderungen und Anleitungen Ablauf in vier Phasen Festlegung Ziel und Untersuchungsrahmen Sachbilanz Wirkungsabschätzung Auswertung Freiheitsgrade bei Auslegung der Norm nicht alle Umweltauswirkungen müssen betrachtet werden verschiedene Auswertungsmethoden Rahmen einer Ökobilanz Festlegung des Ziels und des Untersuchungs- - rahmens Sachbilanz Wirkungsabschätzung Auswertung Direkte Anwendungen -Entwicklung und Ver - besserungvon Produkten -Strategische Planung; -Politische Entscheidungs - prozesse; -Marketing; -Sonstige Phasen einer Ökobilanz nach DIN EN ISO Folie 4

5 Lebenszyklusanalyse Betrieb und Wartung Filtersystem Umweltwirkungen Treibhausgasemissionen Feinstaubemissionen Stickoxidemissionen (Installation Filtersystem) Herstellung Filtersystem Entsorgung Abfallströme Verwertung Filtersystem 1. Welche Umweltwirkungen entstehen an anderer Stelle durch einen Tunnelfilter? 2. Wie sieht die Bilanz bei Feinstaub und Stickoxiden aus (Rückhalt durch den Filter contra Emissionen)? Folie 5

6 Ökobilanzielle Betrachtung Sachbilanz Energieverbrauch Nutzungsphase Tunnelfilter pro Jahr Feinstaubfilter verbrauchen weniger Energie im Betrieb als NO 2 -Filter kwh/a entspr. jährl. Stromverbrauch von 77 Haushalten Jährlicher Energieaufwand [kwh/a] Max Max Min Max Max Min Min Min ESP Faserfilter Aktivkohlefilter Fallfilmabsorber Partikelfilter NO 2 -Filter Folie 7

7 Ergebnisse ökobilanzielle Betrachtung Filtertechnologien Treibhausgasemissionen durch den Filterbetrieb Fast 100% CO 2 - Äquivalente werden durch den Betriebsstrom der Filter erzeugt t CO 2 - Äquivalente THG-Emissionen [kg CO2e/a] Ca m 2 Waldfläche ( ha) Ca km bis 1,08 Mio. km mit Pkw Min. Min. Min. Min. ESP Faserfilter Aktivkohlefilter Fallfilmabsorber Partikelfilter NO 2 -Filter Folie 8

8 Ökologische Bewertung Tunnelfilter Szenarien Reduzierdüse Abluft Ökobilanzielle Bewertung der verschiedenen Szenarien Tunnel mit Kamin ohne Filter (S1) Szenario 1 Szenario 1: Tunnel mit Tunnelkamin und Reduzierdüse ohne Tunnelfilter Abluft Szenario 2: Tunnel mit Elektrostatischer Abscheider (ESP) & Aktivkohlefilter (AKF) Tunnel mit Kamin und Filter ESP+AKF AKF ESP Szenario 2 Szenario 3: Tunnel mit Faserfilter (FF) & Fallfilmabsorber (FFA) Der Betrieb der Hauptventilatoren ist nicht in der Bilanz enthalten (da für alle Varianten gleich) Tunnel mit Kamin und Filter FF+FFA FFA FF Abluft Szenario 3 Folie 9

9 Ergebnisse ökobilanzielle Betrachtung Szenarien Treibhausgasemissionen Reduzierdüse THG-Emissionen [kg CO 2e/a] Tunnel mit Kamin ohne Filter (S1) Abluft Szenario 1 Tunnel mit Kamin und Filter ESP+AKF AKF ESP Abluft Min. Szenario 2 Abluft Tunnel mit Kamin und Filter FF+FFA FFA FF Min. Szenario 3 Tunnel ohne Filter mit Düse im Kamin ESP + AF FF + FFA Folie 10

10 Ergebnisse ökobilanzielle Betrachtung Szenarien Vergleich Emissionen Filter und Rückhalt von Feinstaub 50 PM 2,5 -Emissionen durch Filterbetrieb pro Jahr PM2,5-Emissionen und Rückhalt [kg/a] Tunnel ohne Filter mit Düse im Kamin Tunnel + ESP + AF Min. Tunnel + FF + FFA -450 PM 2,5 -Reduktion durch Filter pro Jahr Folie 11

11 Ergebnisse ökobilanzielle Betrachtung Szenarien Vergleich Emissionen Filter und Rückhalt von NO x NOx-Emissionen und Rückhalt [kg/a] Tunnel ohne Filter mit Düse im Kamin NO x -Emissionen durch Filterbetrieb pro Jahr Tunnel + ESP +AF (50% Umw.) NO x -Reduktion Unterschiede primär durch Annahmen zur NO-Umwandlung bedingt! Annahmen: AF: 0 50% Umwandlung von NO in NO 2 FFA: % Umwandlung von NO in NO 2, 2 Stufen Tunnel + FF + FFA Min. (1 Stufe, 50% Umw.) (2 Stufen, 100% Umw.) Folie 12

12 Investitionen und Kosten Investitionen Betriebskosten (variabel) Energiekosten durch den Betrieb (Ventilatoren zur Durchströmung des Filters, Pumpen zum Betrieb eines Wasserkreislaufes, Ventile ) Austausch von Filtermedien bzw. Sorbentien (Aktivkohle, Natronlauge) Entsorgungskosten (Staub, Abwasser) Personalkosten (Wartung) Jährliche Kosten für die einzelnen Systeme zum Vergleich Folie 13

13 Jährliche Gesamtkosten durch Betrieb und Invest Stromkosten 20ct/kWh Ventilatorleistung bestimmt aus Druckverlust und Volumenstrom mit 70% Wirkungsgrad Investitionen zwischen 3,25 u. 5 Mio Jährliche Kapitalkosten mit 20 Jahren Betriebsdauer, 8% kalkulatorischer Mischzinssatz (Annuitätenmethode) Gesamtkosten [ /a] Partikelfilter vergleichbar, große Unterschiede NO 2 -Filter (unterschiedlich wirksame Aktivkohlen) 0 Partikelfilter Invest Partikelfilter Betrieb Gasfilter Invest Gasfilter Betrieb Min Max Min Max Min Max ESP+AKF 1 (Aigner Tunnel Technology GmbH) Anlage + Installation ESP+AKF 2 (FILTRONtec GmbH) Anlage + Installation+ Einbauten+ggf. Ventilator + x /a* 1 Stufe FFA 2 Stufen FFA FF+FFA (ECOVAC Filteranlagen GmbH + AWS Group AG) Anlage + Installation * Keine Angaben zu Kosten Sorbens, Entsorgung und Pumpenbetrieb Folie 14

14 Vermeidungskosten System/Firma Gesamtkosten Vermeidungskosten PM 10 Vermeidungskosten NO 2 /a /kg /kg Aigner Tunnel Technology GmbH (Ecco EP) Min Max FILTRONtec GmbH* Min Max ECOVAC Filteranlagen GmbH + AWS Group AG Min Max ** 54** Geringere NO 2 -Vermeidungskosten, da mehr NO/NO 2 im Abgas Unterschiedliche Schädigungspotenziale PM 10 /NO 2 sind zu berücksichtigen Abscheidegrade PM 10 : Aigner+Filtrontec 80-90%, Ecovac 99% Abscheidegrade NO 2 : Aigner+Filtrontec 80%, AWS 80-96% Umsatzraten NO NO 2 : Aigner+Filtrontec 0-50%, AWS % * Kosten Filtrontec: inkl. Verrohrungen, ggf. Ventilator ** Keine Angaben zu Kosten Sorbens, Entsorgung u. Pumpenbetrieb AWS Folie 15

15 Zusammenfassung ökobilanzielle Betrachtung Positiv: Feinstäube und Stickoxide können (regional/lokal) reduziert werden Mehr Feinstaub/Stickoxide werden durch Filter abgeschieden als im Lebenszyklus der Filter an anderer Stelle entstehen Negativ: Das Klima (global) wird belastet Filtereinbau und Betrieb erhöhen den Energieverbrauch des Tunnelbetriebs mehr Treibhausgasemissionen Der umweltfreundlichste Filter ist der, der am wenigsten Strom verbraucht Beide Wirkungen sind unabhängig voneinander zu bewerten Es ist aus ökologischer Sicht abzuwägen: Sollen lokale Schadstoffemissionen (potenziell gesundheitsgefährdend) reduziert oder Treibhausgasemissionen insgesamt vermieden werden? Folie 16

16 Zusammenfassung Kosten und Investitionen Gesamtsystem (Partikelfilter + Gasfilter) Investitionen 3,25 5 Mio Jährliche Gesamtkosten zwischen und Betriebskosten /a (nur Filterbetrieb) Vergleich: Lüftungssystem Tunnel ohne Filter ca /a (20ct/kWh) Vermeidungskosten Partikelfilter vergleichbar: /kg NO 2 -Filter: /kg große Spannbreite, günstigste Werte werden unter Annahme guter Umsatzraten NO NO 2 und den damit verbundenen hohen reduzierten Massen erreicht ein sich ergebenen höherer Sorbensverbrauch (Aktivkohle und Natronlauge) wurde aufgrund fehlender Daten/Kenntnis nicht berücksichtigt Folie 17

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Anmerkungen? Ergänzungen? Fragen? Folie 18