Chemikalien. Stefanie Hellweg. 20. Diskussionsforum Ökobilanzen, 19. September 2003 ETH Zürich / Session Chemikalien & Kunststoffe

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1 20. Diskussionsforum Ökobilanzen, 19. September 2003 ETH Zürich / Session Chemikalien & Kunststoffe Chemikalien Stefanie Hellweg Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ) Institut für Chemie und Bioingenieurwesen,Zürich hellweg@tech.chem.ethz.ch Folie 2

2 Statistik: Chemikalien in ecoinvent 4% 5% Organika Anorganika Rest 91% Weitere Chemikalien sind in anderen Rubriken enthalten: Waschmittel, Kunststoffe, etc. Folie 3 Chemikalien in ecoinvent Lösungsmittel (Aceton, Methanol) Anorganische Basen (Ammoniak) Anorganische Säuren (Schwefelsäure, Salpetersäure, Fluorwasserstoff, HCl, Borsäure,Chromsäureanhydrid) Organische Säuren (Essigsäure, Maleinsäure) Organische Basen (Triethanolamine) Anorganische Gase (Cl, Ar, Krypton, Xe, O2) Anorganische Reaktivchemikalien (Alylchrolid, Natriumchlorat, Wasserstoffperoxid) Organische Reaktivchemikalien (Phosphortrichlorid, Epichlorhydrin, Ethylenoxid, Phosgen) Salze (NaCl, Natriumsulfat) Organische Naturstoffe (Soyaöl, Palmöl) Etc. Folie 4

3 Beispiel Lösungsmittel Aceton Essigsäure Formaldehyd Isopropanol Methanol Methylenchlorid Toluol Xylol Anilin Benzol Cumene Methylendichlorid Methylethylketon Methyl tertbutyl ether Nitrobenzol Tetrachloretylen Folie 5 Methanol: Beschreibung Chemische Formel: CH 3 OH Weltweiter jährlicher Verbrauch: 28.2 Mio t Verwendung vor allem in chemischen Synthesen (Formaldehyde, MTBE, Essigsäure) sowie als Lösungs und Reinigungsmittel Methanol wird auf der ganzen Welt hergestellt; zunehmend an Orten mit Erdgasressourcen Mehr als 90% des Methanols wird weltweit aus Erdagas produziert (nur diese Herstellungsweise in ecoinvent bilanziert) Folie 6

4 Methanol: Abbildung in ecoinvent Drei Module: 1. Methanolfabrik, GLO Infrastruktur (pro Anlage) 2. Methanol, ab Werk, GLO Durchschnittliche Produktion von 1 reinem Methanol 3. Methanol, ab Regionallager, CH Herstellung und Transport von 1 Methanol in die Schweiz Folie 7 Methanolfabrik (GLO) Referenz: 1 Sibirische Analge 2700 t/tag 91% Auslastung 30 Jahre Lebensdauer 37.2*10 12 Einheiten pro Methanol Folie 8

5 Methanolfabrik (GLO) Concrete, sole plate and foundation, at plant, CH Steel, lowalloyed, at plant, RER Steel, electric, at plant, RER Chromium steel 18/8, at plant, RER Materials Energy diesel, burned in building machine, GLO Electricity, medium voltage, production UCTE, at grid, RER Zinc for coating, at plant, RER Copper, at plant, RER Waste process Disposal, concrete, 5% water, to inert material landfill, CH Nickel, at enrichment, RER Transport, transoceanic freight ship, OCE Transport, freight, rail, RER Transport, lorry 32t, RER Methanol plant, GLO Transports Land use Occupation: industrial area, built up, vegetated construction site Transformation: from unknown to industrial area, built up from unknown to industrial area, vegetated Folie 9 Methanolfabrik (GLO): Rohdaten electricity, medium voltage, production UCTE, at grid, UCTE 5.66E+6 kwh diesel, burned in building machine, GLO zinc for coating, at regional storage, RER nickel, 99.5%, at plant, GLO steel, electric, un and lowalloyed, at plant, RER steel, lowalloyed, at plant, RER 4.75E E E E E+6 MJ chromium steel 18/8, at plant, RER 1.72E+6 copper, at regional storage, RER 4.30E+5 concrete, sole plate and foundation, at plant, CH 4.89E+2 m3 disposal, concrete, 5% water, to inert material landfill, CH 1.13E+6 transport, lorry 32t, RER 7.38E+6 Technosphere transport, transoceanic freight ship, OCE transport, freight, rail, RER 5.41E E+6 Occupation, construction site 4.30E+6 m2a Occupation, industrial area, built up 9.69E+6 m2a Occupation, industrial area, vegetation 3.21E+6 m2a Transformation, from unknown 4.30E+5 m2 Transformation, to industrial area, built up 3.23E+5 m2 Ressources Transformation, to industrial area, vegetation 1.07E+5 m2 Emissionen Folie 10 Heat, waste, air, low population density 1.54E+7 MJ

6 Methanolproduktion Process fuel Electricity (0.074 kwh) Cooling water (8 ) Catalysts: CoMo, NiMo, ZnO, CuO, Al2O3 Purge gas Process water (0.85 ) Natural gas (33 MJ) Process fuel Steam production Steamreforming Heat recovery Synthesis gas Methanol synthesis Hydrogen Raw methanol Light ends Methanol purification Methanol, at plant Sulphur from desulphurisation Emission to air CO, CO2, NOx, VOC Spent catalysts Waste heat Waste water Folie 11 Methanol, ab Werk, GLO natural gas, high pressure, at consumer, RER natural gas, at production onshore, DZ Energy Resources Water, cooling, unspecified natural origin natural gas, burned in industrial furnace lownox >100kW, RER Electricity, medium voltage, production UCTE, at grid, RER Deionised water, at plant, CH Aluminium oxide, at plant, RER Methanol, at plant, GLO Emissions Emissions, to air (CO 2, SOx, NOx, CH 4, CH 3 OH, waste heat) Emissions, to water, unspecified, (CH 2 O, CH 3 OH, C 6 H 6, Cl, P, and sum parameters) Copper oxide, at plant, RER Nickel, at enrichment, RER Zinc for coating, at plant, RER Materials Infrastructure Methanol plant, GLO Molybdenum, at enrichment, RER Folie 12

7 Methanol: Beispiel Luftemissionen Substance Methanol plant process Steam reforming Combined reforming Autothermal reforming Values for this inventory Included in furnace process Additional emissions CO 2 NOx * *10 3, 0.2 * *10 3, 0.1 * * *10 3 SOx 4.2 * *10 6 CH * *10 3 CH 3 OH 0.53 * *10 3 Folie 13 Methanol, ab Regionallager (CH) Methanol, at plant, GLO Transport, transoceanic tanker, OCE Transport, barge tanker, RER Material methanol, at regional storage, CH Emissions Emissions, to air CH 3 OH Transport, freight, rail, RER Transport, lorry 28t, CH Infrastructure Transports liquid storage tank, chemicals, organics, RER Folie 14

8 Methanol, ab Regionallager (CH) Location of Plant / Vehicle Share for CH Overseas ship Inland ship Rail Lorry % Continental European production Norwegian production Overseas production Average distance Folie Diskussionsforum Ökobilanzen, 19. September 2003 ETH Zürich / Session Kunststoffe / Chemikalien Chemikalien Beispiel 2 Propylenglycol Roland Hischier Eidgenössische Materialprüfungs und forschungsanstalt (EMPA) Abteilung Nachhaltige Informationstechnologie, St. Gallen roland.hischier@empa.ch Folie 16

9 Beispiel 2 Propylenglykol (RER) HOCH 2 CH(CH 3 )OH, CASNo Klare, farblose Flüssigkeit bei Raumtemperatur Vorstufe für ungesättigte Polyesterharze Einsatz in Automobilbau, FiberglasBoote, Baubereich Produktion durch direkte Hydrolyse von Propylenoxid mit Wasser mit anschliessender Destillation Datenquelle: Ullmann s Enzyklopädie, Well s Handbuch, Umwelterklärung Chemiepark (D) Folie 17 Erstellen Eingabedaten 1. Reaktionsgleichung gem. Ullmann s Enzyklopädie: CH 2 OC(CH 3 )H + H 2 O HOCH 2 CH(CH 3 )OH 2. Annahmen für Input / Output Daten: Energie & Wasserverbrauch: Angaben Chemiepark (D) Rohstoffe: Stöchiometrie & Ausbeute = 95% Emissionen: Annahme (Luft) rsp. Massenbilanz (Wasser) Abwasserreinigung: Effizienz & Verteilung gem. ESU 96 Infrastruktur / Transport: StandardVorgehen gem. QR Abfälle: vernachlässigt Folie 18

10 Eingabedaten [per propylene glycol] Re m ark INPUTS propylene oxide stoechiometric calc., 95% yield Water, unspecified m3 2.49E04 stoechiometric calc., 95% yield Electricity, medium voltage kwh estimation Natural gas, burned in industrial furnace >100kW MJ 2 estimation Water, cooling, unspecified m3 2.40E02 estimation Transport, by train 4.82E01 standard distances & means Transport, by lorry 8.03E02 standard distances & means chemical plant, organics unit 4.00E10 approximation for infrastructure OUTPUTS waste heat, to air MJ 1.20E+00 calculated from electricity input propylene oxide, to air 1.60E03 estimated as 0.2% of input carbon dioxide, fossil, to air 7.88E02 from waste water treatment propylene oxide, to water 3.85E03 calculated from mass balance COD, BOD 5.91E02 calculated from water emissions TOC, DOC 1.85E02 calculated from water emissions Folie 19 Kumulierte Daten (Inventar) Name propylene glycol, liquid, at plant propylene oxide, liquid, at plant Location RER RER Unit Unit Infrastructure 0 0 LCIA results cumulative energy demand nonrenewable energy resources, fossil MJEq 7.6E+1 8.8E+1 cumulative energy demand nonrenewable energy resources, nuclear MJEq 2.3E+1 2.6E+1 cumulative energy demand renewable energy resources, water MJEq 3.5E+0 3.9E+0 cumulative energy demand renewable energy resources, wind, solar, geothermal MJEq 5.8E1 6.6E1 cumulative energy demand renewable energy resources, biomass MJEq 4.5E1 5.0E1 LCI results resource Land occupation total m2a 8.0E2 8.6E2 air Carbon dioxide, fossil total 3.5E+0 3.8E+0 air NMVOC total 4.6E3 3.5E3 air Nitrogen oxides total 8.8E3 1.0E2 air Sulphur dioxide total 1.2E2 1.4E2 air Particulates, < 2.5 um total 8.9E4 1.0E3 water BOD total 1.6E1 1.2E1 soil Cadmium total 3.9E9 4.1E9 Folie 20

11 Fazit (bezogen auf 2. Beispiel!) Chemikalien sind als Einheitsprozess abgebildet Grösste Genauigkeit bei RohstoffVerknüpfungen, da auf den Reaktionsgleichungen aufbauend Grosse Vorbehalte nötig betreffend den Angaben im Bereich Energie, Emissionen (Luft / Wasser), Abfall Daten können nur verwendet werden, wenn Datensatz nicht zentrales Element der Untersuchung darstellt Folie 21