Effizientes Eisenrecycling und Kreislaufwirtschaft - Potential und Handlungsbedarf

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1 1 Im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) Smart Material Flow Effizientes Eisenrecycling und Kreislaufwirtschaft - Potential und Handlungsbedarf Eine explorative Studie mit Einbezug relevanter Akteure aus der Schweiz [Foto: Quelle Loacker] Schlussbericht, August 2017

2 2 Auftraggeber Bundesamt für Umwelt (BAFU), Abteilung Abfall und Rohstoffe, CH-3003 Bern Das BAFU ist ein Amt des Eidg. Departements für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation (UVEK). Auftragnehmer Züst Engineering AG Autor Rainer Züst Die Studie wurde im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) verfasst. Für den Inhalt ist allein der Auftragnehmer verantwortlich. Züst Engineering AG Eichbühlstrasse Seegräben Telefon rainer.zuest@zuestengineering.ch

3 3 Zusammenfassung Kontext der Studie Breite Anwendung von Stählen 1.5 Mio. Tonnen Schrott pro Jahr Schrottquellen Potentiale und Massnahmen Untersuchungsrahmen Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, kurz als Stähle bezeichnet, sind in der Industrie weit verbreitet. Innerhalb der industriell verwendeten Eisen- und NE- Werkstoffe sind Stähle für über 50% der Umweltbelastungen in der Schweiz verantwortlich. Dies ist vor allem mit der grossen Menge begründet. In der Schweiz fallen jährlich ca. 1.5 Mio. Tonnen Schrott an; dies sind etwas weniger als 200 kg pro Einwohner; das «Stahllager Schweiz» beträgt ca. 8'000 Tonnen Stahl pro Einwohner. Die beiden grossen Stahlwerke Swiss Steel und Stahl Gerlafingen verarbeiten pro Jahr je ca. 650'000 Tonnen Schrott, zusammen ca. 1.3 Mio. Tonnen pro Jahr. Interessant ist deshalb die Feststellung, dass ein Grossteil des gesammelten Fe-Schrotts in der Schweiz wieder Vorort eingeschmolzen wird und der Recycling-Stahl in industriellen Anwendungen wie auch im Bau wiederverwendet werden kann. Der Schrott setzt sich wie folgt zusammen: - knapp 20% sind Industrieabfälle (Bleche, Reststücke von Stangen, ), - 25% stammen aus Abbruch und Rückbau (Gebäuden, Infrastrukturen) - einige Prozente aus Altautos und Rücklaufschrott aus Stahlwerk sowie - der grosse Rest von rund 50% als Sammelschrott. Es stellt sich deshalb die Frage, welche ökologischen Potentiale bestehen und wie dieses Potential einfach erschlossen werden kann. Untersucht werden in der vorliegenden Studie der gesamte Material-Recycling-Kreislauf, also vom obsoleten Produkt (=Schrottquelle), über den Sammel- und Trennvorgang beim Recycler, die Logistik zu und ab Stahlwerk, der Einschmelzvorgang im Stahlwerk bis hin zum Einsatz vom Elektrostahl in neuen Produkten. Zentrale Fragen o Welche Bedürfnisse haben die beteiligten Firmen entlang der Schrott- Recycling-Kette? o o o Wie sehen die Mechanismen entlang der Wertschöpfungslette aus? Was erleichtert und was behindert das Schrott-Recycling? Welches ökologische Verbesserungspotential besteht? Welche Massnahmen wirken sich positiv auf die Recycling-Effizienz aus? Wie gross könnte der ökologische Beitrag in den nächsten Jahren sein? Welches Vorgehen wäre dazu zweckmässig? Bedürfnisse der Beteiligten Optimierungen mit Lean im Kontext Industrie 4.0 Den Beteiligten ist es ein Kernanliegen, die Wertschöpfungskette insgesamt zu verbessern. Im industriellen Kontext sind in diesem Kontext insbesondere die folgenden zwei konzeptionellen Ansätze interessant und aktuell:

4 4 Lean-Konzepte Industrie 4.0 Fazit Ohne Lean-Ansätze und Industrie 4.0 kein effizientes Schrottrecycling Die Beteiligten wünschen sich, schlanke Abläufe ohne Verluste / ohne Verschwendungen zu erhalten, welche aufeinander abgestimmt sind. Anwendungen von Lean-Six-Sigma in Metall-verarbeitenden Betrieben zeigen u.a., dass der Ausschuss signifikant reduziert werden konnte bei gleichzeitig verbesserter Umweltleistung. Zudem steht die (vollständige) Transparenz entlang einer Wertschöpfungskette im Vordergrund; damit werden erst übergeordnete Systemoptimierungen möglich. Für die notwenige Transparenz entlang der Recycling-Wertschöpfungskette wird aktuell insbesondere an der «Sensorik» gearbeitet; da geht es um Analysemethoden (z.b. bei den Anfahrstellen respektive Schrottquellen), um entsprechende Prozesse und Qualitätssicherung. «Lean-Konzepte» in Kombination mit «Industrie 4.0» werden von den Beteiligten wie auch zusätzlicher befragter Firmen in dieser Studie als zentrale Ansätze für ein optimiertes Schrottrecycling erachtet. Damit werden Rahmenbedingungen geschaffen, welche eine hohe Qualität beim Schrott sicherstellen und zudem den Materialfluss effizienter gestalten lassen. Mechanismen entlang der Wertschöpfungskette Unterschiedliche «Schrottsorten» Elektrostahl ist umweltschonend Vermischungen stören Vermischungen erhöhen Energiebedarf und reduzieren Yield Vermischungen gefährden längerfristig die Stahlqualität Schrott einschmelzen: Schrottqualität und Effizienz im Stahlwerk Damit effizient neue Stähle / Stahlsorten hergestellt werden können, muss der Schrott nach bestimmten Gesichtspunkten getrennt gesammelt, allenfalls auch weiter getrennt und aussortiert werden. Dies ist zwingend notwendig, damit die Stahlwerke ihre Chargen basierend auf deren Rezepturen und den definierten Schrottsorten optimal planen können. Stähle lassen sich einfach wieder einschmelzen; für diesen Recyclingvorgang braucht es deutlich weniger Energie und auch die Umweltbelastungen sind geringer als die Produktion von Neustahl. Damit wird das Stahlrecycling aus Sicht der Kreislaufwirtschaft sehr interessant. Problematisch im Stahlrecycling sind u.a. «Fremdstoffe», welche den Einschmelzvorgang stören sowie weitere Metalle, welche in kleiner Konzentration im Stahl vorkommen; zum letzteren gehören insbesondere Kupfer (u.a. aus Elektro- und elektronischen Anwendungen) sowie Zinn (u.a. aus Büchsen und Elektronikschrott). Mit abnehmender Schrottqualität nimmt der Energieaufwand zu- und der Yield (=Ausbringungsrate) im Stahlwerk ab. Beides wirkt sich negativ auf Ökonomie und Ökologie aus. Reduziert sich der Yield um 1%, so nimmt der Energiebedarf pro kg Stahl um ca. 7 kwh zu. Dies bedeutet einen Zusatzaufwand von 74.2 MJ eq respektive eine zusätzliche Emission von 3.1 kg CO2 eq. Zudem müsste der Verlust aus dem reduzierten Yield durch Neustahl kompensiert werden. Wichtig: Die Umweltbelastung für die Herstellung von Elektrostahl aus schlechter Schrottqualität (=vermischter Schrott) ist im Vergleich zu Neumaterial immer noch deutlich kleiner. Mit zunehmender, diffuser Materialvermischung steigt zudem die Gefahr, dass «Stahlschädlinge» (insbesondre Kupfer und Zinn) im Stahl angereichert werden. Wird eine bestimmte Konzentration überschritten, taugt der Schrott nicht mehr für die Stahlherstellung. Er geht somit dem Materialkreislauf verloren oder muss mit hochwertigem Schrott vermischt werden.

5 5 Sammeln, Transporte, Sortieren, Scheren und/oder Schreddern, Transport zum Stahlwerk Lean-Six-Sigma- Studien Einsparungen Lean ist mehr als ein schlanker Prozess Ziel: beherrschbare Prozesse Beispiel: Hebelwirkungen Materialwahl Beispiel: Hebelwirkungen Leichtbau Schrottaufbereitung: Sammeln und Trennen Der Schrott durchläuft zwischen der «Schrottquelle» und dem Einschmelzprozess im Stahlwerk verschiedene Prozesse; der Prozess beginnt mit einem internen Sammeln bei dem Kunden der Recyclinghöfe und endet mit dem Transport zum Stahlwerk. Dazwischen wird der Schrott transportiert, aussortiert, allenfalls zerkleinert oder geschreddert, in grossen Containern oder Eisenbahnwagons aufsummiert und zum Stahlwerk transportiert. Im Rahmen der vorliegenden Studie konnten wesentliche Erkenntnisse aus vier «Lean-Six-Sigma-Studien» verwendet werden, welche im Rahmen von Reffnet.ch zum selben Zeitpunkt durchgeführt wurden. Aufgrund dieser Analysen können folgende Aussagen gemacht werden: In den nächsten Jahren können durch effizientere Sammel- und Sortierprozesse auf Stufe Recycler rund 12 kg CO2 pro Tonne Schrott realistischerweise eingespart werden. Diese Massnahmen führen nicht zu einer höheren Kostenstruktur, jedoch zu einer besseren Schrottqualität. Bessere Schrottqualitäten erhöhen den Yield in den Stahlwerken. Ein um 1% höherer Yield bewirkt eine Einsparung von ca. 26'000 Tonnen CO2. Das grösste Problem stellen nicht primär die Vermischungen per se dar, sondern die fehlende Information zur Art und dem zeitlichen Verlauf der Vermischungen. Auch wenn die Schrottqualität schlecht ist, jedoch Mittelwert und Varianz (=Streuung) vom Schrott bekannt, ist dies weniger kritisch für einen insgesamt effizienten Recyclingprozess, als der Fall mit fehlenden Informationen zur Schrottqualität. Letzteres ist ein «Qualitätsblindflug», der spätestens im Stahlwerk grössere Probleme verursacht. Die Varianz (=Streuung) in der Sortenreinheit ist aktuell (zu) gross; und die Varianz hält sich zudem nicht an gewisse Regeln Ausreisser gehören zur Tagesordnung. Per Definition handelt es sich hier um einen so genannten «nicht beherrschten Prozess». Der Begriff ist selbsterklärend! Deshalb: Das grundsätzliche Ziel in einer effizienten «Recycling-Kette» müssten beherrschte Prozesse sein, von der Schrottquelle bis hin zum Stahlwerk. Dies ist nur durch höhere und stabilere Sortenreinheit erreichbar. Dies ist eine Schlüsselthematik im Kontext eines effizienten Schrottrecyclings. Wiederverwendung von Stahl in der industriellen Fertigung Im Rahmen des Produktentwicklungsprozesses wird u.a. das Material festgelegt. Hier geht es auch um die Frage, ob Neumaterial oder Recycling-Material verwendet werden kann respektive soll. Wird anstelle von Neustahl ein CH-Elektrostahl verwendet, können 24'000 MJ respektive 1'300 kg CO2 eingespart werden (Basis: 1'000 kg). Eine ähnliche CO2-Reduktion erhält man, wenn eine Auto insgesamt um 100 kg leichter konstruiert wird; hier sind es dann Einsparungen von ca. 1'400 kg CO2 (Laufleistungen ca. 100'000 km, durchschnittlicher Verbrauch ca. 6.5 Liter Treibstoff). Interessant sind diese Überlegungen, wenn aus Schrott hochwertiger Stahl entsteht, welcher einfach zerspanbar ist, eine hohe Härte aufweist und zudem hochfest und schweissbar ist; dies sind ideale Randbedingungen für Leichtbau aus Stahl.

6 6 Was wäre wenn? Mögliche Massnahme: Nachfrage fördern Umweltbeitrag: 5'000 Tonnen CO2 pro Jahr Mögliche Einsparungen in den nächsten Jahren Durch eine gezielte Promotion von CH-Elektrostahl könnte die Nachfrage erhöht werden. Geht man von einem 5%igen Wachstum aus, so könnten rund 65'000 Tonnen Stahl jährlich zusätzlich in der Schweiz hergestellt werden; sowohl Schrottmenge wie auch die Kapazität in den Stahlwerken ist dazu vorhanden. Zudem: 65'000 Tonnen Schrott entsprechen ca. 1/3 vom jährlichen Exportüberschuss. Falls weitere 65'000 Tonnen Schrott in der Schweiz eingeschmolzen werden, muss diese Schrottmenge nicht mehr in ausländische Stahlwerke transportiert werden. Der jährliche Umweltbeitrag beträgt ca. 5'000 Tonnen CO2. Im weiteren würde eine um 65'000 Tonnen höhere Recycling-Quote in der Schweiz einen jährlichen Umweltbeitrag von ca. 70'000 Tonnen CO2 bewirken, falls dazu der CH-Strom-Mix verwendet werden könnte. Wird dazu jedoch wie bis anhin der Strommix aus Deutschland eingesetzt, entsteht kein zusätzlicher Umweltbeitrag. Umweltbeitrag: 10'000 Tonnen CO2 pro Jahr Effizienter Schrott sammeln Effizienter Sammeln und ein um mindestens 1% höherer Yield im Stahlwerk Umweltbeitrag: 42'000 Tonnen CO2 pro Jahr Logistik optimieren Im Folgenden wird von der Annahme ausgegangen, dass zumindest 15% von den zusätzlichen 65'000 Tonnen mit CO2-armerem Strommix hergestellt werden kann, dies vor allem wegen Effizienzgewinnen an anderen Orten. Der jährliche Umweltbeitrag wäre somit ca. 10'000 Tonnen CO2. Die wesentlichen Punkte einer Verbesserung beim Schrottsammeln betreffen die optimierte Anlieferung ab Schrottquelle zum Recyclinghof sowie das Sortieren mit Strom-betriebenen Greifkranen. Ersteres kann relativ kurzfristig umgesetzt werden; bei den Investitionen in Infrastruktur dauert es etwas länger. Die Umsetzung von Lean bewirkt zudem eine höhere Qualität beim Schrott und deshalb einen höheren Yield im Stahlwerk. Folgende Umweltbeiträge pro Tonnen Schrott sind durch die Umsetzung von Lean-Konzepten auf den Recyclinghöfen, respektive auf der vor- und nachgelagerten Logistikkette mittelfristig erzielbar: - 12 kg CO2 pro Tonne: Effizienz-steigernde Massnahmen in den Recyclinghöfen und deren Sammellogistik. Hochgerechnet auf die ganze Schweiz würde eine CO2-Reduktion von ca Tonnen CO2 jährlich resultieren. - Weitere 26'000 Tonnen CO2 resultieren aus einem um 1% höheren Yield durch bessere Schrottsorten. Optimiertes Schrottsammeln und -aufarbeiten bewirkt eine jährliche Reduktion von ca. 42'000 Tonnen CO2. Bei der Anlieferung von Schrott gibt es diverse Anreizsysteme: inländische Lieferanten erhalten eine geringere Transportentschädigung wie ausländischer Lieferanten. Zudem wird der LKW-Transport im Stahlwerk finanziell bevorzugt, weil der Aufwand beim Entladen geringer ist. Es sind deshalb die Anreizsysteme zu hinterfragen. Besser wäre ein Anreizsystem, welches die Schrottqualität und den prognostizierten respektive eingehaltenen Lieferzeitpunkt berücksichtig.

7 7 Höherer Anteil an Bahn-Transporten Umweltbeitrag: 4'000 Tonnen CO2 pro Jahr Ecodesign fördern Möglicher Umweltbeitrag: Tonnen CO2 pro Jahr Grosses Verbesserungspotential Folgende Umweltbeiträge pro Tonne sind durch eine optimiertere Anlieferung respektive modifizierte Anreizsysteme möglich: 0.5 kg CO2 pro Tonne: ein um 10% grösserer Anteil an Bahntransporten bei der Anlieferung von Schrott zum Stahlwerk, 1.0 kg CO2 pro Tonne durch 10% Reduktion beim grenzüberschreitenden Transport von Schrott, sowie 1.5 kg CO2 pro Tonne durch einen um 10% grösseren Anteil an Bahntransporten beim Abtransport vom Stahl ab Stahlwerk. Hochgerechnet auf die ganze Schweiz würde eine Förderung des Bahnverkehrs eine CO2-Reduktion von Tonnen CO2 jährlich resultieren. Gelingt es der CH-Stahlindustrie respektive Swiss Steel, weitere «Ecodesign-Leichtbaulösungen» mit der Industrie zusammen zu realisieren, können zusätzliche relevante Umwelteinsparungen erzielt werden. Geht man von der Annahme aus, dass 1% des Elektrostahls zusätzlich in den nächsten Jahren in «Ecodesign-Leichtbau» verbaut werden, resultieren die folgenden Materialeinsparungen: 13'000 Tonnen neu in Leichtbaulösungen verbaut anstatt knapp 17'000 Tonnen (=Materialeinsparungen von 4'000 Tonnen), sowie leichtere Fahrzeuge im Umfang von 4'000 Tonnen. Hochgerechnet über die Laufleistungen der Fahrzeuge wären dies eine CO2-Reduktion von gut 40'000 Tonnen CO2 pro Jahresflotte. Diese Einsparungen fallen nicht kurzfristig an; ein Grossteil davon betrifft den Minderverbrauch an Treibstoff durch die leichteren Fahrzeuge. Bis zu 100'000 Tonnen CO2 könnten in den nächsten Jahren ohne grosse Investitionen durch «kollektives Problemlösen» entlang der Schrottrecyclingkette eingespart werden. Davon profitieren gleichermassen die beteiligten Firmen entlang der Wertschöpfungskette «Schrottrecycling» wie auch die Gesellschaft und die Umwelt. 100'000 Tonnen CO2 entsprechen ca. 0.2% des aktuelle CO2-Footprints der Schweiz. Mit einer Einsparung von 100'000 Tonnen CO2 könnte zum Beispiel die ETH Zürich (20'000 Studierende, Angestellte), d.h. Betrieb der Infrastruktur plus Mobilität der Mitarbeitenden, rund 4x kompensiert werden «Round Table CH-Schrott» mögliches Vorgehen «Value Sharing» - wie? Gute Ausgangslage für eine «Arbeitsgruppe CH-Schrott- Recycling» Mehrwert gerecht verteilen - optimales «Value-Sharing»? Wer liefert was und wer gewinnt wieviel? Eine klassische Frage wenn es um eine engere Zusammenarbeit geht. Dies muss zwingend bei einem optimierten Schrottrecycling mit den Beteiligten diskutiert werden. Im Bereich Schrottrecycling könnte in den nächsten Jahren durch eine gemeinsame Problemlösung viel erreicht werden. Die entsprechenden Optimierungsbereiche sind klar; der Wille zur Zusammenarbeit besteht zumindest bei den beteiligten Firmen. Es müsste deshalb eine Arbeitsgruppe «CH-Schrott-Recycling» initiiert werden, welche die Rahmenbedingungen für eine enge Zusammenarbeit zunächst in einem «Leuchtturm-Projekts ausarbeitet.; diese könnte die Basis für eine «freiwillige Branchenvereinbarung» darstellen.

8 8 Summary Context of the study Diversified uses of steel 1.5 Mio. tons of scrap metal per year Sources of scrap metal Potential and measures Scope of the study Iron-carbon alloys, commonly known as steel, are widely used in lots of industries. Out of the industrially used materials steel (iron- and non-ironmetal) is responsible for more than 50% of the environmental impact / pollution in Switzerland. This is mainly due to the large amounts of steel used. 1.5 million tons of metal scrap accrue per year in Switzerland; this is just under 200 kg per inhabitant; the steel depot Switzerland amounts to approximately 8,000 tons of steel per capita. The two large steel works Swiss Steel and Stahl Gerlafingen use 650,000 tons of metal scrap per year, a total of 1.3 million tons annually. Hence, it is interesting that a majority of the collected Fe-scrap in Switzerland is melted down again locally and that the recycled steel can be reused in industrial applications as well as in the building industry. The scrap metal comes from the following sources: - just under 20% is industrial waste (sheet metal, cut offs from rods etc.), - 25% originate in demolition and deconstruction of buildings and infrastructures, - some low percentages are from scrap cars and return flow from the steel works and - The large majority of approximately 50% is from collected scrap. The question is which ecological potential exists and how this potential can easily be opened up. This study researches the complete material recycling cycle from the obsolete item (= source of scrap metal), the collection and sorting process at the recycler, the logistics to and from the steel works, the melting down at the steel works and the use of electric steel in new products. Central questions o Which requirements do the companies involved in the scrap recycling chain have? o o What are the mechanisms along the value added chain? What facilitates and what hinders scrap recycling? Which potential for ecological improvement exists? Which measures have got a positive impact on the efficiency of scrap recycling? How big could the potential ecological contribution be over the next few years? Which approach would be practical? Requirements of the involved parties Optimization with Lean in the context of Industry 4.0 It is a key concern of the parties involved to improve the value added chain. In the industrial context the following two concepts are interesting and current:

9 9 Lean-concepts Industry 4.0 Conclusion Without Lean-concepts and Industry 4.0 no efficient scrap recycling The parties concerned desire lean processes without waste which are integrated with one another. The application of Lean-Six-Sigma in metal processing plants shows that, inter alia, the scrap rate can be significantly reduced while at the same time improving the environmental performance. In addition, (total) transparency along the value added chain is paramount; only through this overall system optimization is made possible. To enable the necessary transparency along the value added chain the current focus is particularly on sensor technology; this involves methods of analysis (e.g. at the calling points i.e. sources of scrap), appropriate processes and quality control. The parties involved - as well as additional companies questioned during this study - consider «Lean-concepts» in combination with «Industry 4.0» key approaches for optimized scrap recycling. These approaches create the framework which guarantees a high quality of scrap and also make it possible to create a more efficient flow of materials. Mechanisms along the value added chain Different types of scrap Electrical steel is environmentally friendly Mixing interferes with the process Mixing increase energy consumption and decrease the yield Mixing endangers quality of steel in the long run Smelting scrap: Quality of scrap and efficiency in the steel works In order to manufacture new steel / different types of steel, scrap has to be collected separately and potentially separated and sorted further according to certain aspects. This is mandatory so that the steel works can optimally plan their batches based on their recipes and the pre-defined types of scrap. Steel is easy to melt down again; this recycling process uses considerably less energy and the environmental impact is also less compared with new steel. This makes steel recycling very interesting from the point of view of the recycling economy. Foreign materials, which hamper the smelting process, as well as other metals, which are part of steel in low concentrations, are problematic when recycling steel. The metals in question are especially copper (from electric and electronic applications) and tin (from tin cans and electronic scrap). When decreasing the quality of scrap the energy expenditure increases while the yield / application rate of the steel works decreases. Both have got a negative impact on economy and ecology. If the yield is reduced by 1% the energy consumption per 1,000kg of steel is increased by approximately 7 kwh. This means an additional effort of 74.2 MJ eq and respectively additional emissions of 3.1 kg CO2 eq. In addition, the loss from reduced yield has to be compensated by using new steel. However, this is important: The ecological impact of producing electrical steel from poor quality scrap (= mixed scrap) is still considerably smaller than using virgin material. With increasing, imprecise mixing of materials there is a danger that the enemies of steel (especially copper and tin) concentrate in the steel. Once a certain concentration is exceeded the scrap metal is no longer suitable for steel production. Thus, it has to be withdrawn from the material cycle or has to be supplemented with high quality scrap.

10 10 Collection, transport, sorting, shearing and / or shredding, transport to steal works Lean-Six-Sigmastudies Savings Lean is more than a lean process Aim: controlled processes Example: leverage effects by selection of material Example: leverage effects by lightweight construction Scrap processing: Collection and separation Between being collected at the source and the smelting process in the steel works, the scrap passes through various processes: the process starts with the internal collection at the customers of the recycling centres and ends with the transport to the steel works. Between these end points, the scrap is transported, sorted, potentially cut up or shredded, accumulated in big containers or railway goods wagons and taken to the steel works. Within the framework of the study at hand, some key insights from four «Lean-Six-Sigma studies» could be used as these were being conducted within the context of Reffnet.ch at the same time. Based on these analyses the following statements can be made: Over the next few years, more efficient collection and sorting processes on the level of the recycler can realistically save approximately 12kg CO2 per ton of scrap. This measure does not lead to a higher cost structure; it does, however, result in better quality scrap. Better scrap quality increases the yield of the steel works. A 1% improvement in yield effects a saving of approx. 26,000 tons of CO2. The biggest problem is not primarily the mixing per se but the lack of information about the type and time sequence of the mixing. Even if the scrap quality is poor, but the mean and variance (=statistical variation) of the scrap is known is this less problematic for an overall efficient recycling process than in the case of a lack of information on the quality of the scrap. The latter is like a blind flight in terms of quality which will cause massive problems in the steel works at the latest. The variance (=statistical variation) of varietal purity of scrap is currently (too) big; and in addition the variance does not stick to certain patterns statistical outliers are part of day-to-day business. As per definition this a socalled uncontrolled process. This term is self-explanatory! Therefore, the fundamental aim of an efficient recycling chain are controlled processes from the source of scrap to the steel works. This can only be achieved by a higher level of and more stable varietal purity. This is a key topic in the context of efficient scrap recycling. Re-use of steel in industrial production During the product development process the material - amongst other things - is chosen. This also involves the question if virgin material or recycled material can or should be used. If Swiss electrical steel is used instead of new steel the following savings can be made: 24,000 MJ, respectively 1,300 kg CO2 (based on 1,000kg) Constructing a car in total 100kg lighter results in a similar CO2 reduction: you achieve savings of 1,400kg CO2 (mileage 100,000 km, average consumption 6.5 litres of fuel). These considerations are particularly interesting, when scrap is made into high-grade steel, which is easily machinable, has a high degree of hardness and is additionally high-strength and weldable. These are ideal boundary conditions for lightweight construction in steel.

11 11 What if? Potential measures: Promote demand Environmental contribution 15,000 tons of CO2 per year More efficient collection of scrap Environmental contribution 42,000 tons of CO2 per year Optimizing logistics Environmental contribution: 4,000 tons of CO2 per year Possible savings in the next few years A targeted promotion of Swiss electrical steel could increase demand. Based on a 5% growth, 65,000 additional tons of steel could be produced in some years time. The amount of scrap metal as well as the capacity of the steel works is sufficient for this increase. Additionally, 65,000 tons of scrap are approximately 1/3 of the annual export surplus. If 65,000 tons of scrap could be melted in Switzerland, the transport to other steel works outside of Switzerland would be less The annual contribution to the environment equals 5,000 tons of CO2. In addition, a 65,000 ton higher recycling quota in Switzerland would contribute to the environment by saving 70,000 tons of CO2 annually if the Swiss energy-mix was used for this. However, if the energy-mix from Germany was continued to be used, no additional benefit for the environment is achieved. In the following it is assumed that at least 15% can be produced using energy-mix low in CO2 so that efficiency can be gained in different places. Thus, the annual environmental contribution would be approx. 10,000 tons of CO2. The key points in improving the collection of scrap concern the optimized delivery from the source of scrap to the recycling centre as well as sorting using electricity powered grab cranes. The first item can be put into practice in the near term; investments into the infrastructure will take slightly longer. The implementation of Lean will also improve the quality of scrap and consequently a higher yield at the steel works. The following environmental contributions per ton of scrap are achievable in the medium term by implementing Lean-concepts at recycling centres and respectively in the logistics chain before and after: - 12 kg CO2 per ton: Measures improving efficiency at the recycling centres and their collection logistics. Extrapolated to the whole of Switzerland this would result in a reduction of 16,000 tons of CO2 per year. - A further 26,000 tons CO2 result from a 1% improvement of yield by improving scrap types. Optimized collection and processing of scrap thus achieve a total reduction of 42,000 tons of CO2. For delivering scrap there are various systems of financial incentives: Domestic suppliers receive a lower compensation for haulage than foreign suppliers. Additionally, transport by lorry to the steel works is favoured financially because unloading requires less effort. Therefore, the systems of incentives have to be put into question. It would be preferable to have a system of incentives which takes the quality of scrap and the scheduled delivery time in comparison to the actual fulfilled delivery time into consideration. The following environmental contributions per ton are made possible by optimized delivery or rather modified systems of incentives: 0.5 kg of CO2 per ton by moving a 10% larger proportion of transport to the steel works onto trains, 1.0 kg of CO2 by reducing the cross-border transport of scrap by

12 12 Promote Ecodesign Potential environmental contribution: 40,000 tons of CO2 per year Large potential for improvement 10% and 1.5 kg CO2 per ton by10% increasing the proportion of train transport of steel from the steel works. Extrapolated to the whole of Switzerland this would result in a CO2 reduction of 4,000 tons per year. If the Swiss steel industry, respectively Swiss Steel, managed to realize additional Ecodesign lightweight constructions in co-operation with the industry, additional relevant environmental savings could be achieved. Based on the assumption that an additional 1% of electrical steel went into Ecodesign lightweight construction in the next few years, this would result in the following savings in material: 13,000 tons used in lightweight construction instead of almost 17,000 tons (= savings of material 4,000 tons of steel) as well as saving 4,000 tons of vehicle weight. Extrapolated to the whole of Switzerland this would mean a CO2 reduction of virtually 40,000 tons of CO2. These savings are not achieved in the short term though; the majority is based on the reduced fuel consumption of lighter vehicles. Up to 100,000 tons of CO2 could be saved without major investments by collective problem solving along the scrap recycling chain in the next few years. This would benefit the companies involved in the value added chain of scrap recycling as well as society as a whole and the environment. 100,000 tons of CO2 are the equivalent of 0.2% of the current CO2 footprint of Switzerland. Saving 100,000 tons of CO2 could compensate for example for the running of the infrastructure of the ETH Zurich (20,000 students, 11,000 staff) as well as the mobility of all its staff four times over. «Round Table Swiss scrap» a potential approach «Value Sharing» - how? Good starting point for a «task force Swiss scrap recycling» Sharing added value in a fair way - optimal «value sharing»? Who delivers what and who gains how much? Classic questions when talking about closer co-operation. In order to optimize scrap recycling it is a compelling necessity to discuss this with all parties involved. In the field of scrap recycling a common approach to problem solving could achieve a lot in the next few years. The areas needing optimization are clear; and there is at least a will to co-operate amongst the companies involved. Thus, a task force «Swiss scrap recycling» should be initiated which develops the framework conditions for closer co-operation - initially for a flagship project. This could then constitute the basis for a voluntary industry agreement.

13 13 Inhaltsverzeichnis 1. Ausgangslage und Zielsetzung der Studie Materialkreisläufe Systemabgrenzung Bedürfnisse der Beteiligten Mechanismen entlang der Wertschöpfungskette Schrott einschmelzen: Schrottqualität und Effizienz im Stahlwerk Schrottaufbereitung: Sammeln und Trennen in der Schweiz Schrottaufbereitung: Sammeln und Trennen in der Schweiz Grenzüberschreitende Schrott-Transporte Einflüsse auf die Recycling-Effizienz durch gezielte Produkt- und Prozessgestaltung Was wäre wenn? Mögliche ökologische Einsparungen in den nächsten Jahren Promotion von CH-Elektrostahl Effizienten Schrott sammeln und aufarbeiten Logistik zu und ab Stahlwerk optimieren Ecodesign '000 Tonnen CO2 Einsparpotential in den nächsten Jahren Mehrwert gerecht verteilen - optimales «Value-Sharing»? Arbeitsgruppe CH-Schrott mögliches Vorgehen Ausblick 54 Seite

14 14 1. Ausgangslage und Zielsetzung der Studie Projektinhalt: zentrale Fragen Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, kurz als Stähle bezeichnet, sind in der Industrie weit verbreitet. Innerhalb der industriell verwendeten Eisen- und NE- Werkstoffe sind Stähle für über 50% der Umweltbelastungen in der Schweiz verantwortlich (vgl. Studie UMTEC, respektive Folien vom BAFU / Abt. Abfall und Rohstoffe, 2015). In der vorliegenden Studie werden deshalb primär Fe-Werkstoffe betrachtet. Untersucht wird der gesamte Material-Recycling- Kreislauf, also der Einsatz von Fe-Werkstoffen in Produkten, der Sammelund Trennvorgang, die Logistik, das Einschmelzen zu neuen und wenn möglich noch höherwertigen Fe-Werkstoffen und deren neuer Einsatz in der Industrie. Zentrale Fragen Folgende Fragen sollen deshalb beantwortet werden: a) Welche Bedürfnisse haben die beteiligten Firmen / Institutionen entlang der Schrott-Recycling-Kette? Welche relevanten Trends bestehen? b) Wie sehen die Mechanismen entlang Wertschöpfungslette aus? Was erleichtert und was behindert das Schrott-Recycling? Können dazu quantitative Aussagen gemacht werden? c) Welches ökologische Verbesserungspotential besteht? Welche Massnahmen wirken sich positiv auf die Recycling-Effizienz aus? Unterstützen diese Massnahmen die bisherigen Bestrebungen? Gibt es hier einen Widerspruch zwischen Ökonomie und Ökologie insgesamt? d) Wie müsste eine zukünftige Entwicklung im Bereich «Schrott-Recycling» ausschauen, damit insgesamt ein möglichst grosser Umweltbeitrag erzielt werden könnte? Und wie gross könnte dieser Beitrag sein? Einbezug interessierter Firmen Die interessierten Firmen und Organisationen wurden intensiv in die Studie miteingebunden; damit wurde eine hohe Akzeptanz und Praktikabilität gewährleistet. Zwecks breiter Abstützung und Verifikation der Ergebnisse wurden mehrere gemeinsame Workshops mit den Beteiligten durchgeführt. Die Erkenntnisse aus der Studie werden gemeinsam an einer Tagung «Logistik Forum» im Oktober 2017 weiteren Interessierte zwecks breiterer Diffusion vorgestellt.

15 15 2. Materialkreisläufe 2.1 Systemabgrenzung Struktur und Systemabgrenzung Aufgrund der Fragen wird die folgende Systemabgrenzung gewählt (Abb. 1): Abb. 1: Systemabgrenzung Betrachtet werden die Materialmengen, deren Zusammensetzung (Fokus auf Materialvermischungen), die notwendigen Transporte sowie das Handling beim Aussortieren, Scheren und Schreddern: - Schrottquellen, d.h.: Sammelschrott, Schrott aus Abbruch / Rückbau, Industrieabfälle, und weitere. Die Verteilung nach Schrottquellen sieht aufgrund bestehender Zusammenstellungen / Statistiken 1 folgendermassen aus (Tabelle 1): Quellen 2013 [Tonnen] [%] Stahlwerk (Rücklaufschrott) Sammelschrott Altautos Abbruch / Rückbau Industrieabfälle TOTAL Tabelle 1: Schrott-Quellen in der Schweiz 1 Zahlen von 2013: Zusammenstellung der Stahlwerke, respektive VSMR

16 - Schrottaufbereitung, primär durch Schrotthändler / Recycler (Beschaffung, Sortieren, Demontieren / Scheren / Shreddern, und Aufsummieren zu transportfähigen Einheiten, - Schrott einschmelzen im Stahlwerk, inkl. Beschaffung von Schrott und Neuentwicklung von Stählen Hinweis: je ca. 650'000 Tonnen Stahl werden jährlich durch die beiden grossen Stahlwerke Swiss Steel und Stahl Gerlafingen in der Schweiz hergestellt. - Neue Anwendungen, z.b. im Rahmen von neuen Produkten. 16 Von besonderer Bedeutung in den folgenden Betrachtungen sind die jeweiligen Mechanismen, d.h. die Einflüsse und Wirkungen (als vernetztes System). Foto 1: Schrottplatz, Quelle: Loacker

17 17 Beteiligte Institutionen plus zusätzliche Informationsquellen Folgende Institutionen / Firmen haben aktiv mitgearbeitet: - Swiss Steel: Stahlwerk - Loacker Gruppe Schweiz: Schrotthändler - KEZO Hinwil / ZAR: Verwertung von KVA-Schrott - VNL: Logistik Netzwerk Schweiz, im Kontext Logistik und Industrie EMPA St. Gallen, im Kontext MatCH Materialflüsse in der Schweiz - ETH Zürich: im Kontext Stahlrecycling Auswirkungen aus unterschiedlichen Schrottsorten am Beispiel Stahl Gerlafingen - BAFU Abt. Abfälle und Rohstoffe: Auftraggeber - Reffnet.ch: abgeschlossene und laufende Cases insbesondere zum Thema «Abfallmanagement in Firmen», «Schrott-Logistik», sowie «Ecodesign» (Wiederverwendung von Recycling-Stahl) - Züst Engineering AG: Auftragnehmer 2.2 Bedürfnisse der Beteiligten Bedürfnisse der Beteiligten Die Beteiligten wünschen sich generell eine bessere Zusammenarbeit entlang der Wertschöpfungskette, denn jeder Zusatzaufwand schmälert den Gewinn und erhöht die Umweltbelastung. - Zum einen geht es um eine effiziente Bereitstellung von hochwertigem Schrott; also: Wie kann mit minimalem Aufwand Schrott gesammelt und aufbereitet werden? - Zum anderen geht es um eine «vorausschauende Planung» für das Stahlwerk, also: Was ist wo und in welcher Qualität zu einem bestimmten Zeitpunkt verfügbar? Den Beteiligten ist es ein Kernanliegen, die Wertschöpfungskette insgesamt zu verbessern. Im industriellen Kontext sind in diesem Kontext insbesondere die folgenden zwei konzeptionellen Ansätze interessant und aktuell: - Lean-Konzepte: Ziel, schlanke Abläufe ohne Verluste / ohne Verschwendungen zu erhalten; und 5S oder ähnliche Konzepte bezwecken die Optimierung von einzelnen Arbeitsstationen - Industrie 4.0: Hier steht u.a. die vollständige Transparenz entlang einer Wertschöpfungskette im Vordergrund; damit werden übergeordnete Systemoptimierungen möglich. Im Folgenden wird deshalb auf diese zwei Themen kurz eingegangen; insbesondere werden Erfahrungen mit diesen methodischen Ansätzen im Kontext Abfallmanagement aufgezeigt. Lean-Konzepte «Lean-Konzepte» haben im Wesentlichen zum Ziel, jegliche Art der «Verschwendung» zu reduzieren, sei es Zeit, Lagerplatz, gebundenes Material,

18 personelle Ressourcen, wie auch der Material- und Energieeinsatz. Im Wesentlichen geht es darum, eine «schlanke» Arbeitsabfolge zu gestalten mit geringsten Verlusten und Qualitätseinbussen; dies gilt auch für das Schrott- Recycling. Häufig verwendete Lean-Konzepte im Kontext Abfallvermeidung und Abfallsammlung ist u.a. «Lean Sigma» sowie «5S». Dazu einige Feststellungen: 18 Methode: Lean-Sigma Lean-Konzepte werden in unterschiedlichen Ausprägungen umgesetzt; verbreitet ist u.a. «Lean Sigma», mit einem «Value Stream Mapping», also einer vertieften Analyse der Wertschöpfungskette mit Fokus auf «Verluste». Basis dazu sind u.a. statistische Verfahren sowie die Arbeitsschrittabfolge nach DMAIC (Define-Measure-Analyse-Improve-Control) 2. Erfahrungen mit Lean-Sigma im Kontext industrieller Abfall Im Rahmen des Förderprogramms Reffnet.ch vom Bundesamt für Umwelt BAFU wurden in den letzten Jahren einige «Lean-Sigma»-Studien in Metallverarbeitenden Betrieben durchgeführt, mit dem Erfolg, dass der Ausschuss signifikant reduziert werden konnte bei gleichzeitig verbesserter Umweltleistung. In 4-5 Tagen fachlicher Begleitung wurden jeweils die 5 Schritte des DMAIC-Zyklus durchlaufen; die finanziellen Einsparungen bewegten sich rasch im 6-stelligen Frankenbereich; die Reduktion an Umweltbelastungen, gemessen in UBP, bis im einstelligen Milliardenbereich. Methode «5S» Ziel von «5S» Erfahrungen mit 5S im Kontext industrieller Abfälle «5S» ist ein verbreiteter methodischer Ansatz hauptsächlich in der industriellen Produktion; dabei geht es insbesondere um eine effiziente Arbeitsplatzgestaltung. «Ziel eines 5S-Programmes ist, die Arbeitsplätze so zu gestalten, dass die Arbeit störungsfrei ablaufen kann, Suchen ebenso wie lange Transportwege und Wartezeiten vermieden werden und dadurch verschwendungsfrei gearbeitet werden kann. Ein sauberes und ordentliches Arbeitsumfeld gilt zudem als Grundlage für Qualitätsarbeit 3». «5S» beginnt bereits bei den «Schrottquellen», also beim Industrie-Kunden, bei den Sammelstellen, oder bei Unterakkordanten ; wird diese Prinzip unterbrochen respektive verletzt, besteht die Gefahr einer «Schrott-Vermischung», und jede Schrott-Vermischung stört, wie die Studie noch deutlich zeigen wird. Eine kleine Umfrage (April 2017) bei 13 produzierenden CH- und FL-MEM- Firmen bezüglich «Abfallmanagement» zeigt folgendes Bild: - 5 Firmen wenden «Lean-Konzepte» respektive «5S» im Abfallmanagement bereits an - 4 Firmen verwenden andere verwandte Lean-Methoden im Abfallmanagement an, z.b.: KVP, KAIZEN, - 2 Firmen setzen dazu noch keine Lean-Methoden ein, beurteilen jedoch das Thema für ihre Firma als relevant 2 Stahl Gerlafingen, eines der beiden grossen Stahlwerke in der Schweiz, beispielsweise schult Mitarbeitende konsequent in «Lean Sigma»; zu diesem Zweck werden so genannte «Green Belts» ausgebildet; diese sollen in der täglichen Arbeit «Verluste» jeglicher Art systematisch eliminieren. Das Ziel besteht darin, mit weniger Aufwand mehr zu erreichen! 3 Nach Wikipedia:

19 19 Fazit «Lean»: «Ordnung» auch bei den Abfällen - 1 Firma setzt keine Lean-Methoden im Abfallmanagement ein, beurteilt das Thema für die eigene Firma als nicht relevant - 1 Firma macht dazu keine Angaben Insgesamt sind die Firmen bereits heute bestrebt, beim «Abfall» einen hohen Qualitätsstandard zu erreichen; dies sind gute Voraussetzungen für hohe Recycling-Quoten respektive für die Sammlung sortenreiner Materialfraktionen. Schnittstelle zum Schrotthändler Im weiteren zeigt die Kurzbefragung, dass die «gute Zusammenarbeit» mit dem Schrotthändler als wichtig beurteilt wird: - 11 der 13 befragten MEM-Firmen beurteilen die Schnittstelle zum Schrotthändler als wichtig. - Keine der befragten Firmen ist der Ansicht, dass diese Schnittstelle nicht wichtig ist. - 2 Firmen machen dazu keine Angaben. Erwartet werden insbesondere Transparenz in der Preisgestaltung der Logistik sowie des Wertstofferlöses. Jedoch: Keine der befragten Firmen hat die Arbeit auf der eigenen Sammelstelle an einen Wertstoffhändler «outgesourced»; das eigentliche Sortieren, Aufsummieren, et al. machen die einzelnen Firmen weitgehend selbst. Zwei Firmen, welche sehr grosse Mengen an Produktionsabfall haben (Bleche, Abschnitte, >1'000 Tonnen pro Jahr), arbeiten zumindest was die grossen Mengen anbelangt, eng mit einem Schrotthändler zusammen; d.h.: Materialfraktionen sind gekennzeichnet, die Zusammensetzung ist dokumentiert. Bemerkung: Befragt wurden MEM-Firmen, welche direkt oder indirekt sich mit der Frage «Abfallbewirtschaftung» auseinandersetzen; deshalb erstaunt es nicht, dass eine gute Zusammenarbeit mit den Schrotthändlern angestrebt wird. Hinweis: Einige der befragten Firmen haben Rahmenverträge mit Schrotthändlern; die Art der Zusammenarbeit wird jährlich wieder abgestimmt. Hinweis: Die befragten Firmen bewirtschaften auch andere Materialien, wie Karton, Papier, Altholz, Kupfer, wie auch kritische Stoffe wie Emulsionen, Lösungsmittelreste et al.; da stellt sich die Frage, wie insgesamt eine optimale Schnittstelle zum Schrotthändler gestaltet werden könnte. Tritt der Schrotthändler künftig als Gesamt-Dienstleister auf? Wird dies überhaupt gewünscht? Welche Vorteile entstehen für die Firmen wie auch für den Schrotthändler? Fazit: Zusammenarbeitsmodelle bestehen bereits Insgesamt sind Industrie-Firmen bereits heute im Bereich «Abfall» an einer guten Zusammenarbeit mit Partnern interessiert. «Outsourcing» ist dabei noch nicht wirklich ein Thema; dies wäre der nächste logische Schritt hin zu einem effizienten «Wertstoffmanagement» - der Schrotthändler sorgt bereits in den Firmen für hohe Schrottqualitäten und stellt den Informationsfluss vom Industriebetrieb bis zum Stahlwerk sicher.

20 Eine der befragten Firma mit relativ grossen Mengen an Stanzabfällen sammelt die Abschnitte an der Maschine in kleineren Gebinden (mit Materialkennzeichnung); diese Behältnisse werden am Sammelplatz gestapelt und vom Schrotthändler selbst in seine grossen Transportgebinde gekippt (inkl. zusätzlicher Sichtkontrolle). Da ist der Informationsfluss sichergestellt. 20 Foto 2: Stahlwerk, Quelle: Swiss Steel Industrie Eine Digitalisierung der Wertschöpfungskette im Sinne von Industrie 4.0 bedeutet absolute Transparenz; dies wird durch das Zusammenspiel modernster Informations- und Kommunikationstechnik möglich. In einer Industrie 4.0 arbeiten Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistik und Produkte eng zusammen. So wird es möglich, ein ganzes System respektive die ganze Wertschöpfungskette als Ganzes zu optimieren und nicht nur einzelne Prozessschritte. Die in dieser Studie beteiligten Firmen (siehe Kapitel 2) sehen hier ein grosses Potential im Hinblick auf effizientere Recyclingprozesse. Stehen beispielsweise Informationen zu Schrottmengen und -qualitäten in Echtzeit zur Verfügung, könnten Recyclingfirmen entlang der Wertschöpfungskette frühzeitig auf die Verfügbarkeit bestimmter Schrottsorten reagieren; der ganze Recyclingprozess, von der Schrottquelle bis zum Stahlwerk, könnten so firmenübergreifend gesteuert werden, um Kosten einzusparen, die Schrottqualität zu erhöhen und die Umweltbelastungen zu reduzieren. 4 «Industrie 4.0 ist ein Begriff, der auf die Forschungsunion der deutschen Bundesregierung und ein gleichnamiges Projekt in der Hightech-Strategie der Bundesregierung zurückgeht; zudem bezeichnet er ebenfalls eine Forschungsplattform. Die industrielle Produktion soll mit moderner Informations- und Kommunikationstechnik verzahnt werden.» [Wikipedia, ]

21 21 Erfahrungen mit Industrie 4.0 im Kontext industrieller Abfälle Für die notwenige Transparenz entlang der Recycling-Wertschöpfungskette wird aktuell insbesondere an der «Sensorik» gearbeitet; da geht es um Analysemethoden (z.b. bei den Anfahrstellen respektive Schrottquellen), um entsprechende Prozesse und Qualitätssicherung. Das Ziel besteht darin, dass künftig a) verlässlichere Angaben zur Materialzusammensetzung, b) Informationen zum aktuellen Ort des Schrotts (z.b. mit einen Tracker am Gebinde) sowie c) Angaben zur Gewicht (z.b. mit Laser-Scanner) vorliegen. Dies sind Schritte zu einer höheren Transparenz in der Lieferkette. Fazit Ohne Lean-Ansätze und Industrie 4.0 kein effizientes Schrottrecycling «Lean-Konzepte» in Kombination mit «Industrie 4.0» werden von den Beteiligten wie auch zusätzlicher befragter Firmen in dieser Studie als zentrale Ansätze für ein optimiertes Fe-Schrott-Recycling erachtet. Damit werden Rahmenbedingungen geschaffen, welche eine hohe Qualität beim Schrott sicherstellen und zudem den Materialfluss effizienter gestalten lassen.

22 22 3. Mechanismen entlang der Wertschöpfungskette Mechanismen Im Folgenden werden für die zentralen Systemelemente (vgl. Abb. 1) die entsprechenden Mechanismen und Wirkung beschrieben; dies sind im Einzelnen: 1. Schrott einschmelzen: Schrottqualität und Effizienz im Stahlwerk 2. Schrottaufbereitung: Sammeln, Sortieren, Scheren / Schreddern in der Schweiz 3. Wiederverwendung von Stahl in der industriellen Fertigung (neue Produkte) 3.1 Schrott einschmelzen: Schrottqualität und Effizienz im Stahlwerk Was ist «guter Schrott» Einfach ausgedrückt liegt dann guter Schrott vor, falls - dieser in grösseren Mengen, - definierter Zusammensetzung (Varianz klein), - ohne (diffuse) Vermischungen (keine Ausreisser), und - an einem bestimmten Ort und Zeitpunkt anfällt Alle Abweichungen davon reduzieren das Recycling-Potential, sei es durch höhere Logistikaufwendungen oder durch ineffizientere Einschmelzvorgänge oder unerwünschte Anreicherungen an weiteren Elementen im Recyclingstahl. Unterschiedliche «Schrottsorten» Damit effizient neue Stähle / Stahlsorten hergestellt werden können, muss der Schrott nach bestimmten Gesichtspunkten getrennt gesammelt, allenfalls auch weiter getrennt und aussortiert werden. Dies ist zwingend notwendig, damit die Stahlwerke ihre Chargen basierend auf deren Rezepturen und den definierten Schrottsorten optimaler planen können. Problematisch im Stahlrecycling sind zudem «Fremdstoffe», welche den Einschmelzvorgang stören sowie weitere Metalle, welche in kleiner Konzentration im Stahl vorkommen; zum letzteren gehören insbesondere Kupfer (u.a. aus Elektro- und elektronischen Anwendungen) sowie Zinn (u.a. aus Büchsen und Elektronikschrott). «Schrott- Nomenklatur» Die beiden grossen CH-Stahlwerke haben deshalb eine gemeinsame Schrottnomenklatur geeinigt (Abb. 2). Mit der Schrottnomenklatur soll der notwendige Qualitätsstandard sichergestellt werden. Beispiel von drei Schrottsorten aus Im Folgenden werden drei typische Schrottsorten aus unterschiedlichen Schrottquellen beschrieben:

23 23 unterschiedlichen Schrottquellen Kupolschrott (Sorte 7): dies sind Träger, Profile, Tankbleche, Brenngitter, Schwellen, dickwandige Rohrabschnitte, Bahnoberbauschrott. Das Ganze ist frei von NE-Metallen Schrottquelle: Bau / Rückbau Blechabfälle kurz (Sorte 14): unlegierte Stanzabfälle, Röhren- und Profileisenabschnitte, frei von verzinntem Material. Nur geringer Anteil an siliziumhaltigen Bleche; relative geringer Anteile an Cu, Sn und CrNiMo Schrottquelle: produzierende Industrie Scherenschrott (Sorte 8c): Schrott, frei von Shredder-Vormaterial, Elektround elektronischem Material, NE-Metallen, Weissblech, KVA-Schrott, max. 10% Betonstahlabschnitte, frei von Schrottschutt. Jedoch: Gehalt an Cu, Sn, und CrNiMo etwas höher als Kupolschrott Schrottquelle: diverse, u.a. Gemeinden und Schrotthändler. Abb. 2: Sortenbezeichnungen (Schrottnomenklatur der CH-Stahlwerke (Auszug) 5 ) Schrottkurse Auf Basis der vorliegenden Schrottnomenklatur werden durch die Stahlwerke Schrottkurse angeboten; Fachpersonen an der Front sollen entsprechend ausgebildet werden. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für eine hohe und zugleich gleichbleibende Schrottqualität. Einschmelzaufwand und Schrott-Qualitäten Zum Thema «Schrottqualitäten» und «Einschmelzaufwand» liegen aktuelle Forschungsergebnisse vor; diese stammen aus Untersuchungen von Melanie Haupt, ETH Zürich 6, durchgeführt im Stahlwerk der Firma Stahl Gerlafingen. Den Zusammenhang zwischen Energiebedarf und Schrottqualität zeigt Abb Schrottnomenklatur: 6 Influence of Input-Scrap Quality on the Environmental Impact of Secondary Steel Production: Melanie Haupt, Carl Vadenbo, Christoph Zeltner, and Stefanie Hellweg; Journal of Industrial Ecology, 2016

24 24 Abb. 3: Electricity demand (ED) and environmental impacts (EI) in terms of climate change for the production of 1 tonne of steel from the investigated scrap qualities 7 Hinweise zu den Begriffen in Abb. 3 Die folgende Tabelle 2 zeigt den Zusammenhang zwischen den Begriffen in der Schrottnomenklatur und den in Abb. 3 verwendeten Begriffen: Bezeichnungen in (Abb. 3) MSWI scrap KVA-Schrott 4 in Schrottnomenklatur: turning Späne (Zuordnung nicht eindeutig, am ehesten 22) Sheared light Shredder scrap Shredder-Schrott 17 Sheared heavy Kupolschrott 7 Sheet metal Internal return Scherenschrott 8b und 8c (wird nicht unterschieden bei Ofenzugabe) Bleche 12 und 14 (wird nicht unterschieden bei Ofenzugabe) Rücklaufschrott Tabelle 2: Zuordnung der Schrottsorten Energiebedarf Für die Herstellung von einem Kilogramm Stahl mittlerer Qualität werden 8.5 MJ (eq) / kg benötigt; für schlechte Qualitäten über 10 MJ / kg 8. 7 Vgl. Figure 1, in: Influence of Input-Scrap Quality on the Environmental Impact of Secondary Steel Production: Melanie Haupt, Carl Vadenbo, Christoph Zeltner, and Stefanie Hellweg; Journal of Industrial Ecology, Hinweis von M. Haupt, ETH, vom betreffend «kumulativem Energiebedarf» in der Stahlherstellung: - 1 kwh Strom hat einen kumulativen Energieaufwand von 10.6 MJ-eq, (also fast 3 kwh!) - Daraus folgt, dass eine Zunahme von 140 kwh (pro Tonne) von mittlerer zu guter Schrottqualität in einer Zunahme von 1.5 MJ-eq (KEA)/kg resultiert. - Der Stromverbrauch ist für 4.5 MJ-eq KEA verantwortlich (= 51%) - Weitere grosse Anteil am KEA liefern Erdgas (14%), Schrottbereitstellung (13%) und Sauerstoff (9%) (Kohle total nur 5%)

25 25 Energiebedarf nach VDI 4600 In der Literatur finden sich dazu weitere Werte; im Folgenden die Werte aus der VDI 4600 (2013): - Elektrorohstahl: 8.7 MJ/kg - Fe-Rohgussteil (aus Fe-Schrott): 11.7 MJ/kg - Fe-Rohgussteil (aus Roheisen; Oxygenstahlherstellung): 35.9 MJ/kg Vergleicht man die Herstellung von Elektrostahl mit der Herstellung von Fe- Rohgussteil aus Fe-Schrott, so resultiert eine Differenz von 3 MJ (Basis: VDI 4600); dies ist offensichtlich der Zusatzaufwand für das anschliessende Giessverfahren. Zählt man diesen Wert vom Wert für die Herstellung eines Fe-Rohgussteils aus Roheisen ab, so erhält man eine Richtwert von 32.9 MJ / kg für die Herstellung von Roheisen. Das Verhältnis zwischen Herstellung Elektrostahl und Roheisen hat deshalb ca. Faktor 4. Ähnliche Aussagen macht auch eine Studie 9, die im Auftrag des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie durchgeführt wurde. Energiebedarf nach KBOB- Ökobilanzdaten v Folgende Werte werden nach KBOB-Ökobilanzdaten angegeben: - steel, electric, low- and unalloyed (aus Fe-Schrott): 8.55 MJ Öl-eq/kg respektive kg CO2-eq/kg - steel, converter, unalloyed (Roheisen): 23.1 MJ Öl-eq/kg respektive 1.67 kg CO2-eq/kg Die KBOB-Zahlen weichen bei Roheisen um ca. 10 MJ/kg von den Werten in der VDI 4600 ab. Dies ist mehr, als zur Herstellung von Elektrostahl aufgewendet werden müsste. Da zumindest ein Stahlwerk in der Schweiz (Swiss Steel) in einem internationalen Kontext tätig ist, wird bei Roheisen der Energiewert von der VDI 4600 in der vorliegenden Studie übernommen. Ausbringungsraten / Yield Die Ausbringungsrate respektive Yield berechnet sich aus dem Verhältnis aus: - Input: Schrott + Legierungen - Output: Walz- und Knüppelstahl Anmerkung: ca. 2.5% beim Input betreffen bei Swiss Steel die Legierungen. Beim Rest vom Output handelt es sich um Filterstaub, Ofenschlacke und Zunder/Sinter. Die Ausbringungsraten für unterschiedliche Schrottsorten sind 10 : - ca. 95%: bei Blechen und Rücklaufschrott, sowie Shredder-Schrott und Kupolschrott, - ca. 88% bei Scherenschrott, 9 Vgl. Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie: Entwicklung der Energiemärkte Energiereferenzprognose, Basel/Köln/Osnabrück, 2014, S Influence of Input-Scrap Quality on the Environmental Impact of Secondary Steel Production: Melanie Haupt, Carl Vadenbo, Christoph Zeltner, and Stefanie Hellweg; Journal of Industrial Ecology, 2016

26 26-82% bei Spänen und - 72% bei KVA-Schrott Anmerkung: Im realen Fall sind es keine «reinen Schrottsorten», welche eingeschmolzen werden. Ein Yield (=Ausbringungsrate) von 95% bei einer Produktion von ca. 600'000 Tonnen beispielsweise verursacht: - rund 50'000 Tonnen Ofenschlacke - rund 7'000 Tonnen Zunder/Sinter, und - rund 6'000 Tonnen Filterstaub Oder anders gesagt: bei einem Yield von 95% fallen ca. 10% vom gesamten Input als Reststoffe an. Und je geringer die Ausbringungsrate wird, desto grösser wird dieser Anteil. Bei KVA-Schrott in der aktuellen Zusammensetzung wird dieser Anteil sehr hoch. Interpretation Für die vorliegende Studie wurden die Erkenntnisse aus der zuvor zitierten ETH-Studie im Hinblick auf «Yield (Ausbringungsrate) und Energieeinsatz aufzuzeigen. Der Zusammenhang zwischen Yield und Energiebedarf ist in Abb. 4 dargestellt. Abb. 4: Zusammenhang Schrott-abhängiger Energiebedarf und Ausbringungsrate (Yield)

27 Vergleicht man den Schrott-abhängigen Energieverbrauch unterschiedlicher Schrottsorten (siehe dunkelblaue Balken in Abb. 3), so wird ersichtlich, dass die Verarbeitung von KVA-Schrott rund 50 % mehr Energie benötigt als Blechabschnitte aus industrieller Produktion. Bei Spänen beträgt der zusätzliche Energieaufwand ca. 14%. 27 Feststellungen Aufgrund der Erkenntnisse, dargestellt in Abb. 4, können folgende Aussagen gemacht werden: Bleche und Rücklaufschrott: geringer Energiebedarf und hoher Yield; bei beiden ist der Fremdmaterialanteil gering Kupolschrott: hier handelt es sich um grössere jedoch weitgehend sortenreine Schrottteile; die Grösse der Schrottteile bewirkt längeren Einschmelzvorgang. Shredder-Schrott benötigt etwas mehr Energie bei einer etwas geringeren Ausbringungsrate. Mögliche Ursache: Vermischungen mit Fremdmaterial, welche nicht geschreddert wurde (siehe auch nachfolgende Ausführungen zum Thema Kupfer und Zinn im Schrott) Späne einzuschmelzen verursacht einen hohen zusätzlichen Energiebedarf bei gleichzeitig reduziertem Yield. Mögliche Ursache: verunreinigte Späne / nicht sortenrein KVA-Schrott: grosser zusätzlicher Energiebedarf und deutlich reduzierte Ausbringungsrate (Yield). Fazit: Vermischungen erhöhen Energiebedarf und reduzieren Yield Mit abnehmender Schrottqualität nimmt der Energieaufwand zu- und der Yield ab (Abb. 4). Reduziert sich der Yield um 1%, so nimmt der Energiebedarf pro kg Stahl um 7 kwh zu. Dies bedeutet einen Zusatzaufwand von 74.2 MJ eq 11 respektive eine Emission von 3.1 kg CO2 eq. Wichtig: Die Umweltbelastung für die Herstellung von Elektrostahl aus schlechter Schrottqualität ist im Vergleich zu Neumaterial immer noch deutlich kleiner. Aufkonzentrieren von «Verunreinigungen» im Stahl Ein anderes Phänomen betrifft die Anreicherung von Verunreinigungen respektive das Aufkonzentrieren von ungewollten Stahlbestandteilen (=«Stahl- Schädlinge»; typische Materialien, welche die Qualität und Weiterverarbeitbarkeit von Stahl stören, sind Kupfer und Zinn. Bestandteile an Cu, Sn, Abb. 4 zeigt die Konzentration von Cu und Sn in Abhängigkeit von der Schrottqualität am Beispiel des Stahlwerks Gerlafingen kwh Strom hat einen kumulativen Energieaufwand von 10.6 MJ-eq, (also fast 3 kwh!)

28 28 Kupfer- und Zinn- Anteil variieren Folgende Schrottsorten liegen innerhalb der Schrottnomenklatur-Grenzwerte für Kupfer (grösste Unterschreitungen werden zuerst aufgelistet; Nummern beziehen sich auf die Schrottnomenklatur): - Bleche (Sorten 12 und 14) - Späne (Zuordnung nicht eindeutig, am ehesten 22) - Scherenschrott 8b und 8c (wird nicht unterschieden bei Ofenzugabe) - Kupolschrott 7 Über dem Kupfer-Grenzwert liegen Shredder-Schrott 17 sowie KVA-Schrott. Bei Zinn sieht es ähnlich aus, wobei die Grenzwerte vielfach nur knapp eingehalten und beim KVA-Schrott überschritten werden. Abb. 5: Copper (a) and tin (b) concentration of various scrap grades from multiple linear regression (MLR). In addition, the limit values available from the Swiss steel scrap nomenclature are shown 12 Feststellungen Aufgrund der Abb. 5 können folgende Aussagen gemacht respektive folgende Hypothesen aufgestellt werden: Bleche (Industrieschrott) Bei Blechen als Abfälle aus der industriellen Fertigung liegen die Werte deutlich unter dem Grenzwert; dies erstaunt nicht, da die Bleche ab Industriebetrieb vielfach sortenrein vorliegen, die Materialzusammensetzung (exakt) bekannt und zudem einfach überprüfbar ist. Zudem verarbeitet die Industrie höherwertige Bleche für anspruchsvolle Anwendungen. 12 Vgl. Figure 2, in: Fussnote 1)

29 29 Verbesserungsmassnahmen Deshalb: Lean-Konzepte / 5S u.ä. in Industrie forcieren, insbesondere bei Entsorgungsprozessen, also auch nach den Herstellprozessen. Ziel: Vermischungen vermeiden; Sortenreinheit sicherstellen. durchgängigen Informationsfluss von Schrottquelle bis Stahlwerk sicherstellen Ziel: Digitalisierung des Materialflusses Denkbar wären auch ganz neue Konzepte: der Schrotthändler ist Vorort in der Firma und sorgt für «Ordnung» und «Informationsfluss». Späne aus industrieller Fertigung Bei den Spänen wird bezüglich Cu-Anreicherung ebenfalls ein gutes Ergebnis erzielt, wobei die Varianz deutlich grösser ist da gibt es offensichtlich Abweichungen, sprich Qualitätsprobleme beim angelieferten Material. Wie bereits zuvor unter «Blechen» erwähnt, bearbeitet die CH-Industrie vielfach höherwertige Stahlsorten für technisch anspruchsvolle Anwendungen; diese Stahlsorten weisen einen geringen Kupfer- und Zinn-Gehalt auf; dasselbe müsste auf die Späne zutreffen. Bei Blechen (=Abschnitte und Ausschuss) kann man über ähnliche oder gleiche Geometrien eine erste Überprüfung vornehmen (z.b.: Sichtkontrollen); bei Spänen jedoch wird es weit schwieriger, eine Vermischung festzustellen da sehen alle Späne gleich aus. Auch hier: werden die Späne nach einer industriellen Fertigung systematische bewirtschaftet, müssten diese ebenfalls «sortenrein» anfallen und ähnliche Werte betreffend Kupfer- und Zinnanteil ausweisen wie Bleche. Verbesserungsmassnahmen Deshalb: «Sensorik» im Kontext der Qualitätssicherung von Schrott gezielt auf- und ausbauen. Lean-Konzepte / 5S in Industrie forcieren, insbesondere bei Entsorgungsprozessen in der Firma und beim Schrotthändler: Ziel: Vermischungen entlang der ganzen Wertschöpfungskette vermeiden. durchgängigen Informationsfluss von Schrottquelle bis Stahlwerk sicherstellen. Ziel: Digitalisierung des Materialflusses Denkbar wären auch ganz neue Konzepte: der Schrotthändler ist Vorort in der Firma und sorgt für «Ordnung» und «Informationsfluss». Scherenschrott Beim Scherenschrott ist der Grenzwert eingehalten; insgesamt ist der Anteil an Kupfer höher als beim Rücklaufschrott. Oder anders gesagt: diese Materialfraktion erhöht den Kupfergehalt der Schmelze. Zudem ist die Ausbringungsrate signifikant geringer (vgl. Abb. 4). Scherenschrott wird aus Sammelschrott sowie Abbruch / Rückbau gewonnen; dies sind in der Regel Materialgemische, welche umsichtig behandelt

30 30 respektive getrennt werden müssten. Dies bedeutet Aufwand an der Sammelstelle respektive Schrottplatz; zudem braucht es Platz, und Platz ist Mangelware in der Schweiz. Es stellt sich deshalb die Frage, ob dieser Prozessschritt bei allen Schrotthändlern mit der notwendigen Sorgfalt durchgeführt wird. Beispiel: Bei Loacker Dübendorf wird der angelieferte Sammelschrott oder das vermischte Material aus Abbruch / Rückbau in Scherenschrott und Shredder-Vormaterial aussortiert. Vermischtes Material sowie Schrott mit Fremdanhaftungen und Nichteisen-Metalle et al. werden von Eisenwerkstoffen separiert. Der Scherenschrott besteht deshalb weitgehend aus Fe-Schrott und hat eine hohe Qualität. Dieser Scherenschrott würde ein besseres Ergebnis liefern als derjenige in Abb. 4. Hypothesen für Vermischungen Zwei Hypothesen für den hohen Anteil von Kupfer und Zinn: - Zum einen durch Materialvermischungen: Der geforderte Qualitätsstandard wird möglicherweise nicht bei allen Schrotthändlern gleichermassen eingehalten; vermischtes Material wird nicht konsequent aussortiert, sondern wird dem Scherenschrott (bewusst oder unbewusst) «beigemischt» - Zum anderen durch den bereits hohen Anteil an Kupfer und Zinn im vorliegenden Schrott: der angefallene Schrott hat bereits erhöhte Werte an Kupfer und Zinn, weil dieser von minderwertige Stahlsorten / Anwendungen stammt. Verbesserungsmassnahmen Deshalb: «Sensorik» im Kontext der Qualitätssicherung von Schrott gezielt auf- und ausbauen Bereits beim Einsammeln von Sammelschrott und Schrott aus Abbruch / Rückbau besser trennen Materialvermischungen vermeiden; dito gilt auf Schrottplatz. Zudem: durchgängigen Informationsfluss von Schrottquelle bis Stahlwerk wenn möglich verbessern. Lean-Konzepte in der Sammelkette forcieren; zudem 5S wenn möglich umsetzen, um den Qualitätsstandart vom Material insgesamt zu erhöhen. Kontrollen im Stahlwerk auf diesen Aspekt ausrichten Kupolschrott Bei Kupolschrott ist der Grenzwert für Kupfer relativ tief; absolut betrachtet ist der gemessene Kupferanteil in der Schmelze gering jedoch nahe beim Grenzwert. Dies erstaunt nicht: Kupolschrott besteht aus grossen / schweren Eisenteilen; Vermischungen sind eher die Ausnahme. Zudem handelt es sich hier um Werkstoffe, welche in technisch etwas anspruchsvollere Anwendungen verbaut wurden.

31 31 Verbesserungsmassnahmen Deshalb: Lean-Konzepte / 5S forcieren Ziel: Vermischungen entlang der ganzen Wertschöpfungskette vermeiden. durchgängigen Informationsfluss von Schrottquelle bis Stahlwerk sicherstellen; je nach Bauwerk ist bereits im Voraus bekannt, was und in welcher Menge rückgebaut wird. Ziel: Digitalisierung des Materialflusses Denkbar wären deshalb ganz neue Konzepte: über «Google», also im Sinne von einem geographischen Informationssystem (GIS), sind «Lagerorte» und «Materialeigenschaften / Materialzusammensetzung» bekannt und stehen somit frühzeitig der Schrott-Wertschöpfungskette zur Verfügung. Anmerkung: Kupolschrott aus Bauten / Infrastruktur-Systemen ist eine saisonale Angelegenheit; im Winter reduzieren sich die Schrottmengen. Es stellt sich deshalb die Frage, wie mit diesen Schwankungen umgegangen werden kann und soll. Anmerkung: Bei einem hohen Anteil von Kupolschrott besteht die Gefahr einer zu hohen Molybdän-Konzentration in der Schmelze. Shredder-Schrott Kupfer ist ein unliebsamer Eisenschädling; beim Shredder-Schrott sind die Kupfer-Grenzwerte überschritten. Hypothesen für Vermischungen Dieses Ergebnis erstaunt, weil Schredder-Schrott einen deutlich geringeren Anteil an Kupfer haben müsste; da liegt die Hypothese nahe, dass auch Fremdmaterial, z.b. Schredder-Vormaterial beigemischt wurde. Dazu ein möglicher Erklärungsversuch: In der Schweiz fallen ca. 40'000 Tonnen KVA-Schrott an; offiziell werden davon nur ein Bruchteil in den CH-Stahlwerken verarbeitet. Wo der Rest verbleibt, ist offen. Es steht somit die Hypothese im Raum, dass dem Shredder-Schrott auch KVA-Schrott beigemischt wird. Verbesserungsmassnahmen Deshalb: «Sensorik» im Kontext der Qualitätssicherung von Schrott gezielt auf- und ausbauen. Lean-Konzepte / 5S in Industrie forcieren, insbesondere bei Sortierprozessen beim Schrottsammler / Schrotthändler: Ziel: Vermischungen entlang der ganzen Wertschöpfungskette vermeiden. durchgängigen Informationsfluss von Schrottquelle bis Stahlwerk sicherstellen. Ziel: Digitalisierung des Materialflusses

32 32 Denkbar wären auch ganz neue Konzepte: der Schrotthändler ist Vorort in der Firma und sorgt für «Ordnung» und «Informationsfluss». Fazit: Vermischungen gefährden längerfristig die Stahlqualität Mit zunehmender, diffuser Materialvermischung steigt die Gefahr, dass «Stahlschädlinge» im Stahl angereichert werden. Wird eine bestimmte Konzentration überschritten, taugt der Schrott nicht mehr für die Stahlherstellung. Er geht somit dem Materialkreislauf verloren. Foto 3: Schmelzofen, Quelle: Swiss Steel : 3.2 Schrottaufbereitung: Sammeln und Trennen in der Schweiz Materialströme in der Schweiz In der Schweiz fallen jährlich ca. 1.5 Mio. Tonnen Fe-Schrott an; dies sind etwas weniger als 200 kg pro Einwohner; das «Fe-Lager Schweiz» beträgt ca. 8'000 Tonnen Fe-Stahl pro Einwohner 13. Die beiden grossen Stahlwerke Swiss Steel und Stahl Gerlafingen verarbeiten pro Jahr je ca. 650'000 Tonnen Schrott, zusammen ca. 1.3 Mio. Tonnen pro Jahr. Interessant ist deshalb die Feststellung, dass ein Grossteil des gesammelten Fe-Schrotts in der Schweiz wieder Vorort eingeschmolzen wird und der 13 Siehe Studie MatCH

33 Recycling-Stahl in industriellen Anwendungen wie auch im Bau wiederverwendet werden kann. Anmerkung: Das Projekt MatCH, bearbeitet von der EMPA St. Gallen im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt BAFU, zeigt weiterführende Informationen zum Materialfluss in der Schweiz und deren Lagermengen respektive Lagerabfluss Schrottaufbereitung: Sammeln und Trennen in der Schweiz Sammeln, Transporte, Sortieren, Scheren und/oder Schreddern, Transport zum Stahlwerk Der Schrott durchläuft zwischen der «Schrottquelle» und dem Einschmelzprozess im Stahlwerk verschiedene Prozesse; dies beginnt mit einem internen Sammeln bei dem Kunden der Recyclinghöfe bis hin zum Transport des aufbereiteten Schrotts zum Stahlwerk. Die einzelnen Prozessschritte sind in Abb. 6 im Sinne einer Wertstromanalyse 15 dargestellt. Festgehalten in Abb. 6 sind nicht nur die einzelnen Prozesse, sondern auch die einzelnen Umweltaspekte, wie z.b. die Problematik von Materialvermischungen, zusätzlicher Transport, der Aufwand für Sortieren und Trennen sowie Zerkleinern; diese sind in Abb. 6 mit farbigen Kreisen markiert. Abb. 6: Grundmodell (als Wertstromanalyse ohne Prozessmetrik) für die Beurteilung der Schrottflüsse in der Schweiz MatCH: Material- Energieressourcen sowie Umweltbelastungen der baulichen Infrastruktur der Schweiz, respektive der Mobilität Schweiz, 2016 / Der methodische Ansatz von «Lean-Six-Sigma» ist in der Wirtschaft weitverbreitet; damit sollen Verschwendungen jeglicher Art identifiziert und aktiv vermieden werden. Ein zentrales Element ist das so genannte «Value-Stream-Mapping», respektive Wertstromanalyse; Abb. 6 zeigt das entsprechende Grundmodell für die vorliegende Studie. 16 Im Rahmen der Reffnet.ch-Förderung sind bei 4 grösseren Recyclinghöfen in der Schweiz detaillierte Wertstromanalysen durchgeführt worden im Hinblick auf effizientere Abläufe und Prozesse. Diese Erkenntnisse bilden auch die Grundlage, detaillierte Aussagen zum Verbesserungspotential zu machen.

34 34 Beschreibung der Prozessschritte Im Folgenden werden die einzelnen Prozessschritte beschrieben. Beim Recycler selbst können Öko-Kennzahlen abgeleitet werden, also Hinweise auf den konkreten Ressourcenverbrauch (z.b. kwh Strom pro Tonnen Schrott); diese Kennzahlen werden im Folgenden für einen repräsentativen Recyclinghof von Tonnen Schrott pro Tag, ausgewiesen. Diese Kennzahlen sich wichtig, um später das Potential von einem verbesserten Recyclingprozess abschätzen zu können. Internes Sammeln (an der Quelle) Schrott fällt beim Abbau / Rückbau von Bauwerken, als Sammelschrott aus diversen Quellen oder in Produktionsbetrieben, an. Dieser Schrott wird in unterschiedlichen Behältnissen gesammelt (z.b.: Metallbox / Gitterbox mit Europaletten-Grundriss, oder Abrollcontainer und Absetzmulden). Allenfalls werden bereits hier lange / grosse Objekte zerkleinert respektive der vorgelagerte Prozess dermassen gestaltet, dass bereits die optimalen Schrottabmessungen vorliegen. Umweltaspekt Materialvermischungen: Es besteht die Gefahr, dass bereits verschiedene Schrottsorten vermischt werden, welche später wieder aussortiert werden müssen. In Produktionsbetrieben müsste hier eine einheitliche Materialdeklaration umgesetzt werden, also eine Kennzeichnung der Gebinde mit dem jeweiligen Material. Interner Transport (von Quelle zu Sammelstelle) Internes Sortieren (an internen Sammelstelle) Der Schrott respektive das Schrottbehältnis wird allenfalls an einen zentralen Ort transportiert (z.b. Sammelstelle von einem Betrieb). Umweltaspekt Transport: Der Transport ist mit zusätzlichen Aufwendungen verbunden. Vielfach wird das Material an der internen Sammelstelle nochmals überprüft und gegebenenfalls aussortiert. Dies ist notwendig, wenn zuvor, z.b. aus Platzgründen oder geringen Sammelmengen, alle Schrottsorten in einem Behältnis intern gesammelt werden. Umweltaspekt Materialvermischung und Sortieren / Trennen: Zum einen ist Platz vielfach Mangelware; deshalb können nur beschränkt verschiedene Material- respektive Schrottsorten aussortiert werden. Zum anderen fehlt es z.t. an Sensibilisierung und Disziplin, Materialvermischungen zu vermeiden. Die Folge davon sind dann minderwertige Schrottsorten. Zwischenlager Der gesammelte Schrott wird an der Sammelstelle zwischengelagert. Abholung LKW Der Abtransport erfolgt entweder a) nach Regeltermin (also nach einem festgelegten Rhythmus), oder b) auf Abruf (der Kunde sagt dem Recycler, wenn das Sammelgebinde voll ist) Umweltaspekt Transport: Bei «Regelterminen» besteht die Gefahr, dass die Gebinde nicht optimal gefüllt sind: Und bei Abruf muss der Recycler flexibel reagieren können; dies bedingt allenfalls einen grösseren Fuhrpark respektive den Einbezug Dritter.

35 Anmerkung: Eine Befragung einiger Industriebetriebe zeigte, dass der Transport auf Seiten Recycler ein Muss-Kriterium darstellt; diese Logistikdienstleistung wird vom Recycler erwartet (=Grundbedürfnis des Kunden). Eine Leistungsanforderung ist hingegen die günstige Zurverfügungstellung von Sammelbehältnissen; der Entscheid fällt hier aufgrund monetärer Optimierungen. Beim Betrieb der Sammelstelle selbst scheiden sich dann die Geister einige Firmen wünschen sich eine enge Zusammenarbeit mit dem Recycler, d.h.: der Recycler betreibt die Sammelstelle für sie; andere Firmen verhalten sich misstrauisch und betreiben die Sammelstelle selbst. Da gibt es offensichtlich zwei ganz verschiedene Kundensegmente. 35 Öko-Kennzahlen sind (für einen repräsentativen Recyclinghof mit einem täglichen Umsatz von Tonnen Schrott): - Transportaufwand mit LKW: ca. 80 tkm / Tonnen Schrott - Erreichte Ladekapazität pro LKW: ca. 3 Tonnen Schrott pro LKW plus ca Tonnen für Gebinde (Abrollcontainer, Absetzmulde, ) Taxierung / Identifizierung Sortieren / Trennen Der angelieferte Schrott wird zunächst im Recyclinghof taxiert; zu diesem Zweck wird die Schrottladung in der Regel durch Sichtkontrolle analysiert und dann entsprechend taxiert. Umweltaspekt laufende Motoren: Während dem Taxieren laufen in der Regel die LKW-Motoren. Öko-Kennzahl: Liter Diesel pro Tonnen Sortenreines Material kann im Idealfall direkt an das Stahlwerk verkauft werden. Falls der Schrott nicht in der gewünschten Sortenreinheit vorliegt, wird aussortiert; dies betrifft ca. 80% der angelieferten Schrottmenge. Zu diesem Zweck werden Greifbagger eingesetzt. Öko-Kennzahlen: Liter Diesel pro Tonne Je nach Situation muss der Schrott zerkleinert (=Scherenschrott) oder geschreddert werden (=Schredderschrott). Öko-Kennzahlen: - 10 kwh für Scheren plus 0.5 Liter Diesel für Greifer - 30 kwh für Schredder plus 1.0 Liter Diesel für Greifer - Zudem resultieren aus Scheren und Schreddern Materialverluste; der Netto-Verlust an Stahl wird auf ca. 0.4% geschätzt. Nicht die gesamte Menge muss geschert oder sogar geschreddert werden; der Aufwand insgesamt hängt vom spezifischen Mengengerüst ab. Der folgenden Abschätzungen liegt folgendes Mengengerüst 17 zugrunde: 17 bezogen auf den gesamten Massendurchsatz.

36 36-80% aussortieren - 50% durch Schredder - 45% über Schere - 5% direkt zum Stahlwerk Anlieferung an Stahlwerk Die Anlieferung ans Stahlwerk erfolgt zu gleichen Teil via LKW und Bahn; die durchschnittliche Distanz innerhalb der Schweiz beträgt ca. 60 km. Umweltaspekt Transport: Der Transport ist mit zusätzlichen Aufwendungen verbunden. Öko-Kennzahlen sind: - 60 tkm Eisenbahn / Tonne Schrott - 60 tkm LKW / Tonne Schrott Einsparpotential Es stellt sich die Frage, wie gross das Einsparpotential in den nächsten Jahren sein wird. Interessant im Hinblick auf eine veränderte Umweltleistung sind diejenigen Massnahmen, welche beim Recycler die Kostenstruktur verbessern und gleichzeitig die Umweltleistung erhöhen. Vorgehen Um die obige Frage zu beantworten, wurden vier verschiedene Recyclingbetriebe, mit einem Tagesumsatz zwischen Tonnen Schrott im Hinblick auf die in Abb. 6 beschriebenen Prozesse beim Recycler detailliert untersucht. Konkret wurde eine Wertstromanalyse durchgeführt und für den Ist-Zustand der Energieaufwand [MJ], die CO2-Emissionen [CO2] sowie die entsprechenden Umweltbelastungen [UBP] berechnet. Zu diesem Zweck wurde ein spezifisches Mengengerüst 18 sowie die zuvor beschriebenen Öko-Kennzahlen verwendet. In einem weiteren Schritt wurden mit den Standortleitern zusammen die geplanten und möglichen Verbesserungsmassnahmen diskutiert und bewertet. Die Ergebnisse sind in Abb. 7 und Abb. 8 dargestellt. In beiden Abbildungen wird zusätzlich ein «Benchmark» dargestellt; dieser Wert bezeichnet das technologisch maximale Einsparpotential. Die weiteren Angaben beziehen sich auf Einzelmassnahmen. Vorsicht: Der Benchmark ist nicht die Summe der einzelnen Verbesserungsmassnahmen: beim Benchmark sind auch Rückkoppelungen innerhalb der einzelnen Massnahmen berücksichtigt. 18 Je nach Materialzusammensetzung durchläuft der angelieferte Schrott unterschiedliche Prozessschritte; nur ein kleiner Teil davon geht direkt ins Stahlwerk; der grosse Rest muss je nach Situation zerkleinert und / oder geschreddert werden.

37 [UBP] [kg/t] CO2-Einsparpotential (Sammeln, Aussortieren und Aufarbeiten von Schrott) Anlieferung: Höherer Füllgrad Anlieferung: Sortenreiner Taxierung: Motor aus nach 5min Sortieren / Trennen: Modernisieren Fuhrpark Sortieren / Trennen: Elektrisch Zerkleinern: Mobile Schere Benchmark el. Energie Dieselverbrauch Transportaufwand Materialverlust Abb. 7: CO2-Einsparpotential für Sammeln, Aussortieren und Aufbereiten vom Schrott (Beispiel für einem Recyclinghof mit Tonnen Schrott pro Tag) 18'000 16'000 14'000 12'000 10'000 UBP-Einsparpotential (Sammeln, Aussortieren und Aufarbeiten von Schrott) 8'000 6'000 4'000 2' '000 Anlieferung: Höherer Füllgrad Anlieferung: Sortenreiner Taxierung: Motor aus nach 5min Sortieren / Trennen: Modernisieren Fuhrpark Sortieren / Trennen: Elektrisch Zerkleinern: Mobile Schere Benchmark el. Energie Dieselverbrauch Transportaufwand Materialverlust Abb. 8: UBP- Einsparpotential für Sammeln, Aussortieren und Aufbereiten vom Schrott (Beispiel für einem Recyclinghof mit Tonnen Schrott pro Tag)

38 38 Interpretation Die in Abb. 7 und Abb. 8 dargestellten Verbesserungsmassnahmen sind mehrheitlich ökonomie-getrieben: mit weniger Aufwand soll ein besseres Betriebsergebnis erreicht werden. Mit diesen Massnahmen verbessert sich auch die Umweltleistung. Verbesserungspotential: Benchmarks Für eine weiterführende Hochrechnung des Verbesserungspotentials für die ganze Schweiz können folgende Benchmarks verwendet werden: - 12 kg CO2 / Tonne Schrott, respektive - 16'000 UBP / Tonne Schrott Diese Verbesserung sind in den nächsten Jahren durch eine kontinuierliche Verbesserung der Prozesse beim Recycler primär unter ökonomischen Zielsetzung erreichbar. Kurzfristige Verbesserungen Kurzfristig umsetzbar sind: - Gespräche mit Kunden im Hinblick auf eine höhere Sortenreinheit; allenfalls andere Zusammenarbeitsformen - Motor aus beim Taxieren - Effizienzsteigernde Massnahmen bei Modernisierung des Fuhrparks und Greifer (insbesondere im Hinblick auf Vermeidung von BON 19 ) - Mobile Scheren, um bereits Vorort beim Kunden den Schrott zu konditionieren (bewirkt höheren Füllgrad der LKW und auch höhere Sortenreinheit). Mittelfristige Verbesserungen Mittelfristig umsetzbar sind: - Neubeschaffung von Anlagen / Greifer (neu elektrisch betrieben, ) - Realisierung von einem Satelliten-Prinzip 20 : dezentrale Sammlung und Aufarbeitung von bestimmten Schrottsorten im Hinblick auf einen höheren Füllgrad unter Verwendung optimaler Gebindegrössen; da müsste insbesondere die Frage der Gebinde und der entsprechenden Logistik geklärt werden(gebinde?, Q, höherer Füllgrad) Fazit 1: Fazit 2: Lean ist mehr als ein schlanker Prozess In den nächsten Jahren können durch effizientere Sammel- und Sortierprozesse auf Stufe Recycler (zwischen Schrottquelle und Anlieferung Stahlwerk) rund 12 kg CO2 pro Tonne Schrott realistischerweise eingespart werden. Diese Massnahmen führen nicht zu einer höheren Kostenstruktur, jedoch zu einer besseren Schrottqualität. Das grösste Problem stellen nicht primär die Vermischungen per se dar, sondern die fehlende Information zur Art und Streuung. Auch wenn die Schrottqualität schlecht ist, jedoch Mittelwert und Varianz (Streuung) vom Schrott bekannt, ist dies weniger kritisch für einen insgesamt effizienten Recyclingprozess, als der Fall mit fehlenden Informationen zur Schrottqualität. 19 BON: Betrieb ohne Nutzen, respektive «anwesenheits- und bedarfsgerechte Regelung» 20 Zum Beispiel Stahlhändler mit hoher Standortdichte als Satelliten zur Sammlung nutzen

39 39 Letzteres ist ein «Qualitätsblindflug», der spätestens im Stahlwerk grössere Probleme verursacht (siehe Abb. 4). Die Varianz (=Streuung) in der Sortenreinheit ist aktuell (zu) gross; und die Varianz hält sich zudem nicht an gewisse Regeln Ausreisser gehören zur Tagesordnung. Per Definition handelt es sich hier um einen so genannten «nicht beherrschten Prozess». Der Begriff ist selbsterklärend! Deshalb: Das grundsätzliche Ziel in einer effizienten «Recycling-Kette» müssten beherrschte Prozesse sein, von der Schrottquelle bis hin zum Stahlwerk. Dies ist nur durch höhere und stabilere Sortenreinheit erreichbar. Dies ist eine Schlüsselthematik im Kontext eines effizienten Schrottrecyclings. Bedeutung der Schrottkurse Die Bedeutung der Schrottkurse für Fachleute an der «Sammelfront» nimmt deshalb an Bedeutung zu. Es ist deshalb zu prüfen, welche Personengruppen zusätzlich entsprechend sensibilisiert und ausgebildet werden müssten. Eventuell sind dann auch inhaltliche Anpassungen im Kurs notwendig, z.b. Grundlagen zu Lean respektive 5S, denn dies sind Schlüsselthemen für ein effizientes Schrottrecycling Grenzüberschreitende Schrott-Transporte Grenzüberschreitende Transporte. Die Statistik der eidgenössischen Zollverwaltung EZV gibt detailliert Auskunft über die einzelnen Schrott-Exporte und Schrott-Importe 21. Im Rahmen der vorliegende Studie wurde deshalb der Schrottimport und -export genauer betrachtet 22. Grösste Schrottimporte kommen aus: Deutschland, Frankreich, Österreich an. Grösste Schrottexporte gehen nach: Deutschland, Italien, Österreich, Frankreich, Niederlande, und Belgien. Exportüberschuss In den letzten vier Jahren ( ) resultierte insgesamt ein jährlicher Exportüberschuss (Tabelle 3): Jahr Tonnen / Jahr ' ' ' '980 Tabelle 3: Exportüberschuss an Schrott in den Jahren (Quelle: EZV) 21 Schrott ist unter der Tarifnummern 7204.xy gemäss EZV zusammengefasst; unterschieden werden Unterkategorien, z.b Dreh-, Fräs-, Hobel-, Schleif-, Säge-, Feilspäne und Stanz- oder Schneideabfälle 22 Zu diesem Zweck wurde eine separate Excel-Auswertung vorgenommen, d.h. die jeweiligen Importe und Exporte pro Land miteinander verglichen.

40 40 «sinnlos bewegtes Material» Eine weitere Auswertung der EZV-Zahlen zeigt, dass deutlich mehr Schrott insgesamt pro Jahr «über die Grenze» bewegt wird; konkret werden bestimmte Schrottsorten gleichermassen exportiert und importiert. Man könnte da auch von «sinnlos transportiertem Material» sprechen. Die jeweiligen Zahlen für «sinnlos bewegtes Material» pro Jahr und bezogen auf die jeweiligen Länder sind in Tabelle 4 dargestellt: Jahr Tonnen / Jahr ' ' ' '210 Tabelle 4: Schrottmenge, welche sowohl exportiert wie auch importiert wird, bezogen die jeweiligen Länder Hypothesen für diesen Effekt Vergleicht man die Import und Exporte (gemäss EZV) jedoch für die einzelnen Schrottsorten, sind die einzelnen Werte noch höher. Oder anders gesagt: «Alteisen» 23 wird in hohem Mass exportiert und wieder importiert, und dies im Ausmass von mindestens 400'000 Tonnen jährlich. Geschlossene Kreisläufe sehen anders aus; da gibt es offensichtlich «Anreizsysteme», welche den grenzüberschreitenden Export und späteren Import begünstigen. Mögliche Ursachen könnten sein: - Andere Preise: Der Schrottpreis im Ausland ist höher. Es könnte somit in bestimmten Zeitabschnitten interessant sein, den Schrott zu exportieren. Damit steigt der Druck, mehr zu importieren. Dies ist wahrscheinlich nur bedingt der Fall; zumindest Swiss Steel zahlt, trotz «Starkem Franken», ähnliche Preise wie ausländische Abnehmer. - Andere ökonomische «Anreize»: Ein LKW liefert Schrott aus dem Ausland an: bei der Rückfahrt wird der LKW mit CH-Schrott beladen; der LKW fährt über die Grenze, um den Schrott unmittelbar wieder einzuführen. Dieser Effekt ist mit einer höheren Transportvergütung durch das Stahlwerk begründbar: Swiss Steel beispielsweise zahlt einem ausländischen Lieferanten höhere Transportvergütungen, weil dieser längere Distanzen zu fahren hat; dies kann durchaus ca. 15.-CHF/Tonne betragen. Bei einer Anlieferung von 20 Tonnen pro LKW sind dies zusätzliche CHF pro Lieferung. Zudem gibt es höhere Vergütungen für die Anlieferung per LKW, denn die Entladung von LKW s ist deutlich einfacher als diejenige von Eisenbahnwagons; letztere müssen mit Greifkran entladen werden. Somit erhöht sich der Anreiz per LKW anzuliefern. Anmerkung: Dieses kurzfristige Pendeln betrifft primär den LKW-Transport. Ein LKW kann einfach auf der Rückfahrt irgendwo mit Schrott beladen werden; bei einem Eisenbahntransport wird dies deutlich aufwendiger: Der Wagon müsste leer vom Stahlwerk zu einem Schrotthändler transportiert, danach ins Ausland gefahren werden, um dann wieder in die 23 Beispiel : Abfälle und Schrott, aus Eisen oder Stahl [Alteisen]: da werden 2016 beispielsweise 468'140 Tonnen exportiert und 363'140 Tonnen importiert!

41 41 Schweiz transportiert zu werden. Zudem: Schrottanlieferungen z.b. bei Swiss Steel erfolgen zu ca. 50% per LKW; 50% sind Bahntransporte. Umweltbelastungen aus dem Grenz-überschreitenden Transport Diese zusätzliche «Makro-Logistik» (gleichermassen importiertes und wieder exportiertes Material) verursachen insgesamt zusätzliche beachtliche Energieverbräuche und Umweltbelastungen. Die einzelnen Auswirkungen pro Jahr sind in Tabelle 5 dargestellt; Transportvolumen [tkm] CO2 [Tonnen] Energie [MJ] Umwelt [Mrd. UBP] ' ' ' ' ' ' ' ' Tabelle 5: Jährliche Umweltbelastungen für «sinnlos bewegter Material» aus den Exporten und Importen von Schrott 24 Dazu folgende Hinweise zu diesem gleichermassen «Exportieren und Importieren» von Schrott (vgl. Tabelle 5): - Dieser «grenzüberschreitende Schrotttransport» verursacht ein Transportvolumen von ca. 125 Mio. tkm. Pro Tonne Schrott sind dies ca. 100 tkm zusätzlicher Transportaufwand. - Die CO2-Emissionen mit ca Tonnen CO2 sind hoch und entsprechen ca. 0.06% des CO2-Footprints der Schweiz 25. Anmerkung: Bereits eine Reduktion um 15% bewirkt eine Reduktion von 1'000 to CO Mrd. UBP entsprechen ca. 0.01% des Schweizer Umwelt-Footprints 26, oder der gesamten Umweltbelastung von 600 Durchschnitts Schweizern. Fazit: Hoher Logistik-Aufwand Der Aufwand für den Schrotttransport insgesamt ist beachtlich; allein der Transportaufwand für den grenzüberschreitenden Verkehr also exportieren und zeitverzögert wieder importieren, beträgt zusätzliche ca. 100 tkm pro Tonne für den in der Schweiz verarbeiteten Schrott. Dies ist fast das Doppelte als der Transport vom Recyclinghof zum Stahlwerk. 24 Für deren Abschätzung wurden folgende Annahmen getroffen: 40% auf der Schiene / Zug; 60% auf der Strasse / LKW; Schiff für Asien; Rücktransport (Container et al.) bei Zug und LKW ohne Beladung; Transportdistanzen für D, F, Ö je 150km; Rest Transportdistanzen zu den jeweiligen Stahlwerken im betreffenden Land respektive; bei mehreren Stahlwerken wurde die durchschnittliche Transportdistanz verwendet; bei Schiffstransporten die Distanz zu grösseren Häfen. Verwendet wurden ausschliesslich die Öko-Inventare von Mobitool; diese basieren auf Ecoinvent. 25 Annahme: CO2-Footprint der Schweiz: 50 Mio. Tonnen CO2 pro Jahr 26 Annahme: UBP-Footprint der Schweiz: 160'000'000'000'000 UBP, respektive 20 Mio. UBP pro Person und Jahr

42 Einflüsse auf die Recycling-Effizienz durch gezielte Produktund Prozessgestaltung Kosten und Umweltbelastungen werden geplant Bei der Entwicklung von neuen Produkten oder bei der Planung von Herstellungsprozessen werden unterschiedlichste Entscheide gefällt; diese haben einen grossen Einfluss auf die später anfallenden Kosten und Umweltbelastungen, welche später in der Herstellung, in der Nutzung oder dann im Recycling anfallen. In Abb. 9 sind die Einflüsse der Produktentwicklung auf die verschiedenen Produktlebensphasen dargestellt. Einflüsse auf die Recyclingfähigkeit Abb. 9: Einflussnahme der Produktentwicklung auf die einzelnen Produktlebensphasen Einige dieser Entscheide haben einen direkten oder indirekten Einfluss auf die Recyclingfähigkeit. Im Folgenden werden vier typische Planungssituationen beschrieben, welche im Hinblick auf die vorliegenden Fragen relevant sind. 1 Hebelwirkungen Materialwahl Im Rahmen der Produktentwicklung wird u.a. das Material festgelegt. Da geht es u.a. um die Frage, ob Neustahl und Recyclingstahl eingesetzt werden soll; dazu die folgenden Berechnungen. Wie bereits ausgeführt, braucht es für die Herstellung von recyclingstahl weniger Energie bei gleichzeitig geringerer Umweltbelastung. Die konkreten Werte sind in Tabelle 6 festgehalten: VDI 4600 (2013) mit Strommix Stahlwerk KBOB Ökobilanzdaten v für 1 kg [MJ eq/ kg] [kg CO2eq/kg] [MJ eq/ kg] [kgco2eq/kg] Neustahl Elektrostahl in CH Elektrostahl in D Tabelle 6: Öko-Faktoren für Neustahl sowie Elektrostahl mit Strommix CH und D 27 Annahme: 0.15 kg CO2 / kwh 28 Annahme: 0.6 kg CO2 / kwh

43 43 Recyclingstahl ist umweltfreundlich Durch eine entsprechende Materialwahl kann hier der folgende «Reduktionsfaktor» realisiert werden (Tabelle 7): Einsparungen durch Elektrostahl anstatt Neustahl; Basis kg bei Verwendung von Elektrostahl [1 000 kg] aus CH bei Verwendung von Elektrostahl [1 000 kg] aus D VDI 4600 (2013) [MJ eq] [kg CO2 eq] Tabelle 7: Reduktionsfaktoren bei Verwendung von kg Recyclingstahl versus kg Neustahl Nachfrage erhöhen Oder anders gesagt: Wird bewusst Recyclingstahl aus der Schweiz eingesetzt, reduzieren sich die Umweltbelastungen bei einem Einsatz von 1'000 kg Recyclingstahl um 1'310 kg CO2 im Vergleich zu Neustahl. In der Schweiz könnte direkt mehr Recyclingstahl hergestellt werden. Zum einen gäbe es dazu genügend «eigenen» Schrott; aktuell beträgt der Exportüberschuss ca. 200'000 Tonnen jährlich. Zum anderen wäre die Kapazität bei den Stahlwerken vorhanden. Wenn noch mehr Schrott direkt in der Schweiz aufgearbeitet wird, reduziert sich zumindest der bisherige Transportaufwand von der Schweiz in ein ausländischen Stahlwerk. Bei ca. 65'000 Tonnen Schrott entspricht einer um 5% höherer Kapazität sind dies immerhin ca. 5'000 Tonnen CO2, welche zusätzlich eingespart werden könnten. Können davon 10'000 Tonnen Schrott, entspricht ca. 15% der gesamten Zusatzmenge, zusätzlich mit einem CH-Strom-Mix hergestellt werden, gäbe es einen weitere Umweltbeitrag von ca. 10'000 Tonnen CO2. Diese Annahme ist 2 Hebelwirkung Leichtbau Leichtbau ist insbesondere bei bewegten Objekten (Autos, Eisenbahn, ) eine wirkungsvolle Design-Massnahme zur Reduktion der Umweltbelastungen in der Nutzung: - zum einen wird das Objekt leichter und verbraucht somit weniger Energie in der Nutzung, - zum anderen muss zur Herstellung weniger Material beschafft und bearbeitet werden. Nachfolgend werden die Wirkungen von folgendem Beispiel aufgezeigt: - Ein Auto wird 100kg leichter gebaut. - Der durchschnittliche Treibstoffverbrauch auf 100km wird dadurch um ca. 0.4 Liter reduziert - Das Auto hat eine Fahrleistung von total 104'000 km (nach BFE, BFS)

44 44 Die Einsparungen sind in Tabelle 8 festgehalten. Leichtbau: Auto, 100 kg leichter (0.4 Liter weniger auf 100 km; 104'000 km) Reduktion Treibstoff Reduktion CO2eq 416 Liter Treibstoff kg CO2 eq Tabelle 8: Reduktionsfaktoren bei Leichtbau (100 kg leichteres Auto, Laufleistung von m)) Im obigen Beispiel müssen zudem 100 kg weniger Stahl verarbeitet werden. Leichtbau ist und bleibt eine sehr wirksame Strategie, um bei mobilen Objekten insgesamt die Umweltbelastungen zu reduzieren. Eine Gewichtsreduktion von 100 kg bei einem einzelnen Auto bewirken über die Nutzungsphase in etwa dieselbe Einsparung, wie wenn eine Firma neu 1'000 kg Recyclingstahl einsetzt anstatt Neustahl. 3 Hebelwirkung Recyclinggerechte Konstruktion Im Rahmen der Produktentwicklung wird auch die «Recycling-Fähigkeit» des obsoleten Produktes festgelegt. Je nach Wahl der Verbindungselemente (geklebt, geschweisst, geschraubt, ), der Materialien für die einzelnen Teile und Baugruppen, dem Aufbau des Produkts, wird ein späteres Recycling (Demontage / Shredder, ) einfacher, oder anders gesagt: es geht weniger Material «verloren». Aus Abb. 4 wird ersichtlich, dass mit abnehmender Schrottqualität der Energieaufwand zu- und der Yield abnimmt: Nimmt der Yield um 1% ab, nimmt der Energiebedarf (Strom) pro kg Stahl um 7 kwh respektive 74.2 MJ eq 29 sowie 3.1 kg CO2 eq zu. Nachfolgend werden die Wirkungen von folgendem Beispiel aufgezeigt: - Es liegen kg Schrott aus dem «obsoleten Produkt» vor. - Im Idealfall, also bei sehr guter Schrottqualität, kann ein Yield von 97% erreicht werden; 30 kg würden so «verloren» gehen und müssten durch Neustahl ersetzt werden. - Aus dem vorliegenden Produkt kann nur ein Yield von 96% erzielt werden, denn das Produkt respektive der vorliegende Schrott ist nicht ganz sortenrein. Hier gehen 40 kg «verloren» und müssen durch Neustahl deshalb ersetzt werden. Die zusätzlichen Verluste durch «nicht recyclinggerechte Konstruktion» sind in Tabelle 9 dargestellt kwh Strom hat einen kumulativen Energieaufwand von 10.6 MJ-eq, (also fast 3 kwh!)

45 45 Einsparungen durch bessere Schrottqualität; Basis: kg «Produkt» Grösserer Energiebedarf, weil Yield 1% geringer 74.2 MJ eq 3.1 kg CO2 eq 30 Zusätzlich 10 kg Roheisen, weil Yield 1% geringer 329 MJ eq (VDI 4600) 16.7 kg CO2 eq (KBOB) Total MJ eq 19.8 kg CO2 eq Tabelle 9: Reduktionsfaktoren bei besserer Schrottqualität (Basis: kg) Ein um 1% höherer Yield im Stahlwerk bewirkt eine Reduktion von 20 kg CO2 auf 1'000 kg Schrott. Zusätzlich verbessert sich auch die Wirtschaftlichkeit. 4 Hebelwirkung durch sortenreines Sammeln der Späne Vermischungen vermeiden In der Produktion von Teilen entstehen bei zerspanenden Fertigungsprozessen Späne. Je nach Rohmaterial (z.b. Zerspanen ab Stange (aus dem Vollen) oder Schlichten von einem gegossenen oder geschmiedetem Teil, ) resultiert ein unterschiedliches Zerspanungsvolumen. Wird aus dem Vollen zerspant, kann das Zerspanungsvolumen schnell mehr als 50% betragen. Bei schlichtenden Prozessen jedoch sind es einige wenige Prozente. In der Industrie wird insbesondere bei hohen Stückzahlen das Zerspanungsvolumen gezielt durch optimierte Rohling-Geometrie minimiert; Fertigungskosten und Bearbeitungszeiten sollen dadurch reduziert werden. Die Späne liegen bisher in einem Material-Gemisch vor; damit reduziert sich der Erlös und der Einschmelzvorgang wird aufwändiger. Weil die Späne nicht sortenrein vorliegen, reduziert sich der Yield auf 82% (vgl. Abb. 4). Neu werden die Späne konsequent sortenrein (an der Quelle) gesammelt und dem Recycling zugeführt. Der Yield wird mit neu 94% angenommen, also 2% geringer als bei (sortenreinen) Blechen. Die entsprechenden Einsparungen sind in der Tabelle 10 dargestellt. Einsparungen durch bessere «Späne-Qualität» Basis: kg «sortenreine Späne» Grösserer Energiebedarf, weil Yield 12% geringer 890 MJ eq 37.2 kg CO2 eq 31 Zusätzlich 12 kg Roheisen, weil Yield 12% geringer Total 3948 MJ eq (VDI 4600) 4838 MJ eq (VDI 4600) 200 kg CO2 eq (KBOB) 237 kg CO2 eq (KBOB) Tabelle 10: Reduktionsfaktoren bei sortenreinen Spänen (Basis: kg Späne und Yield plus 13%) 30 1 kwh = 0.15 kg CO2 (aufgrund Strommix) 31 1 kwh = 0.15 kg CO2 (aufgrund Strommix)

46 46 Sortenreines Sammeln von Spänen zahlt sich aus. Ein um 12% höherer Yield würde eine Verbesserung von ca. 240 kg CO2 pro Tonne Späne bewirken bei zusätzlicher Erhöhung der Wirtschaftlichkeit. Foto 4: Schrottaufbereitung Sortier- und Trennvorgang; Quelle: Loacker