Grundzüge Ökologische Systemanalyse

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1 Übung 2 (Einführung): Grundzüge Ökologische Systemanalyse FALLSTUDIE: Abfallösungsmittelmanagement, Teil 2 Sachbilanz 1

2 Ziel Ökologischer Vergleich der stofflichen und thermischen Verwertung von Lösungsmitteln. Die funktionelle Einheit ist die Entsorgung von 1 t Lösungsmittel. Berechnung der stofflichen und thermischen Verwertung eines Gemisches aus Toluol, Karbonsäure, Methanol und Wasser mit einem unteren Heizwert von 40 MJ/kg. Bei der stofflichen Verwertung mittels Destillation wird 840 kg Toluol wiedergewonnen. Die thermischen Verwertung werden zum einen spezielle Lösungsmittelverbrennungsöfen und zum anderen die Mitverbrennung im Zementwerk berücksichtigt. Im Zementwerk würde das Lösungsmittel schweres Heizöl (unterer Heizwert 40 MJ/kg) ersetzen. 2

3 Fragen Sachbilanz 1. Zeichnen Sie mit Hilfe von Tabellen 1-3 analog zu Übungsblatt 1 ein Flussdiagramm für alle drei Verfahren (Destillation, Verbrennung in Spezialöfen, Mitverbrennung im Zementwerk). 2. Mit welchen zwei Allokationsverfahren können Sie erreichen, dass die Verfahren Destillation und Verbrennung in Spezialöfen jeweils nur die Dienstleistung "Entsorgung von 1 t Abfallösungsmittel" bereit stellen? 3. Berechnen Sie stellvertretend für die kumulierten Inventardaten (=Sachbilanzergebnisse) die kumulierten CO 2 -Emissionen für die Allokationsansätze aus Frage 2 (nur Destillation und Spezialofen ALM). 4. Welches der Allokationsverfahren ziehen Sie persönlich vor? Warum? 3

4 Fragen 5. Gibt es noch eine weitere Alternative zu den obigen Allokationsverfahren? 6. Wie können Sie erreichen, dass Sie bei der Mitverbrennung in Zementwerken die Dienstleistung "Entsorgung von 1 t Abfallösungsmittel" bilanzieren können? Berechnen Sie die kumulierten Sachbilanzdaten für diesen Prozess. 7. Nehmen Sie an, Sie hätten die grau schattierten Angaben über die Emissionen des Zementofens für ALM-Mitverbrennung nicht. Fällt Ihnen eine Möglichkeit ein, wie diese Emissionen abgeschätzt werden könnten (auch für andere Lösungsmittelgemische)? 4

5 Frage 1 Zeichnen Sie analog zu Übungsblatt 1 ein Flussdiagramm für alle drei Verfahren (Destillation, Verbrennung in Spezialöfen, Mitverbrennung im Zementwerk). System Destillation 1 t ALM Dampf* Strom* Stickstoff* Ressourcen (Erdöl, Erdgas, Steinkohle, H 2 0) Destillationsprozess Emissionen (CO 2, NOx, SOx, Cd, Partikel) Verbrennung 10 kwh Elektrizität 840 kg Toluol Behandlung 1 t ALM *Herstellung von 5

6 Frage 1 Zeichnen Sie analog zu Übungsblatt 1 ein Flussdiagramm für alle drei Verfahren. System Spezialofen ALM 1 t ALM Ressourcen (Erdöl, Erdgas, Steinkohle, H 2 0) Verbrennung Emissionen (CO 2, NOx, SOx, Cd, Partikel) Behandlung 1 t ALM 10 t Prozessdampf 300 kwh Elektrizität 6

7 Frage 1 Zeichnen Sie analog zu Übungsblatt 1 ein Flussdiagramm für alle drei Verfahren. System Klinkerherstellung mit ALM 1 t ALM Ressourcen (Erdöl, Erdgas, Kohle, H 2 O, Kalkstein, Sand, Ton) Aufbereitung Kalkstein Strom* Klinkerofenprozess Emissionen (CO 2, NOx, SOx, Cd, Partikel) Behandlung 1 t ALM Herstellung 37 t Klinker *Erzeugung von 7

8 Frage 2 Mit welchen zwei Allokationsverfahren können Sie erreichen, dass die Verfahren Destillation und Verbrennung in Spezialöfen jeweils nur die Dienstleistung "Entsorgung von 1 t Abfallösungsmittel" bereit stellen Destillation I ( Gutschriften oder avoided burden ) Stickstoffherstellung Destillationsprozess Produktion 840 kg Toluol Produktion 10 kwh Elektrizität Verbrennung Dienstleistung Behandlung 1 t ALM 8

9 Frage 2 Mit welchen zwei Allokationsverfahren können Sie erreichen, dass die Verfahren Destillation und Verbrennung in Spezialöfen jeweils nur die Dienstleistung "Entsorgung von 1 t Abfallösungsmittel" bereit stellen Spezialofen ALM I ( Gutschriften ) Verbrennung Produktion 10 t Prozessdampf Produktion 300 kwh Elektrizität Dienstleistung Behandlung 1 t ALM 9

10 Frage 2 Mit welchen zwei Allokationsverfahren können Sie erreichen, dass die Verfahren Destillation und Verbrennung in Spezialöfen jeweils nur die Dienstleistung "Entsorgung von 1 t Abfallösungsmittel" bereit stellen Destillation II: ökonomische Allokation Ertrag Entsorgung (Tab.4) 500 Fr System Destillation Ertrag Toluol und Strom (Tab.4) (0,84 t *600 Fr/t+10 kwh*0,1 Fr/kWh) (0,84 t*600 Fr/t +10 kwh*0,1 Fr/kWh+500 Fr) 0.5 System Destillation (0,84 t*600 Fr/t +10 kwh*0,1 Fr/kWh+500 Fr) 0.5 System Destillation Behandlung Dienstleistung 1 t ALM 840 kg Toluol 10 kwh Elektrizität 10

11 Frage 2 Mit welchen zwei Allokationsverfahren können Sie erreichen, dass die Verfahren Destillation und Verbrennung in Spezialöfen jeweils nur die Dienstleistung "Entsorgung von 1 t Abfallösungsmittel" bereit stellen Spezialofen ALM II: ökonomische Allokation 500 Fr (10 t*30 Fr/t kwh*0,1 Fr/kWh +500 Fr) 0.6 System ALM Spezialofen (10 t*30 Fr/t kwh*0,1 Fr/kWh) (10 t*30 Fr/t kwh*0,1 Fr/kWh +500 Fr) 0.4 System ALM Spezialofen Behandlung Dienstleistung 1 t ALM System ALM Spezialofen 10 t Prozessdampf 300 kwh Elektrizität 11

12 Frage 3 Berechnen Sie stellvertretend für die kumulierten Inventardaten (=Sachbilanzergebnisse) die kumulierten CO 2 -Emissionen für die Allokationsansätze aus Frage 2. Destillation I ( Gutschriften ) Kumulierte CO 2 Emissionen pro t ALM: 490 kg + 2 t*370 kg/t 10 kwh*0,03 kg/kwh 0,84 t*1500 kg/t = - 30 kg Direkte Emission Verbrennung Destillationsrückstände Stickstoffherstellung Stromerzeugung Toluolherstellung 12

13 Frage 3 Berechnen Sie stellvertretend für die kumulierten Inventardaten (=Sachbilanzergebnisse) die kumulierten CO 2 -Emissionen für die Allokationsansätze aus Frage 2. Destillation II: ökonomische Allokation Kumulierte CO 2 Emissionen pro t ALM: 0.5 * (490 kg + 2 t * 370 kg/t) = 612 kg Direkte Emission Verbrennung Destillationsrückstände Stickstoffherstellung 13

14 Frage 3 3. Berechnen Sie stellvertretend für die kumulierten Inventardaten (=Sachbilanzergebnisse) die kumulierten CO 2 -Emissionen für die Allokationsansätze aus Frage 2. Spezialofen ALM I ( Gutschriften ) Kumulierte CO 2 Emissionen pro t ALM: 3300 kg 10 t*220 kg/t 300 kwh * 0,03 kg/kwh = 1091 kg Direkte Emission Verbrennung Dampferzeugung Stromerzeugung 14

15 Frage 3 3. Berechnen Sie stellvertretend für die kumulierten Inventardaten (=Sachbilanzergebnisse) die kumulierten CO 2 -Emissionen für die Allokationsansätze aus Frage 2. Spezialofen ALM II (ökonomische Allokation) Kumulierte CO 2 Emissionen pro t ALM: 3300 kg * 0,6 = 1980 kg Direkte Emission Verbrennung 15

16 Frage 4 Welches der Allokationsverfahren ziehen Sie persönlich vor? Warum? Kumulierte CO 2 Emissionen pro t ALM: 1. Allokationsverfahren: Gutschriften Destillation: - 30 kg Verbrennung: 1091 kg 2. Allokationsverfahren: ökonomische Allokation Destillation: 612 kg Verbrennung: 1980 kg Auswahl des Allokationsverfahrens kann gegebenenfalls die Ergebnisse beeinflussen (Spielraum für Manipulation?) 16

17 Frage 5 Gibt es noch eine weitere Alternative zu den obigen Allokationsverfahren? Destillation III (Systemerweiterung, Warenkorb ) Stickstoffherstellung Destillationsprozess + Produktion 10 t Prozessdampf + Produktion 290 kwh Elektrizität Verbrennung Dienstleistung Behandlung 1 t ALM Produktion 840 kg Toluol Produktion 10 t Dampf Produktion 300 kwh Elektrizität 17

18 Frage 5 Gibt es noch eine weitere Alternative zu den obigen Allokationsverfahren? Spezialofen ALM III (Systemerweiterung, Warenkorb ) Verbrennung + Produktion 840 kg Toluol Dienstleistung Behandlung 1 t ALM Produktion 840 kg Toluol Produktion 10 t Dampf Produktion 300 kwh Strom 18

19 Frage 6 Wie können Sie erreichen, dass Sie bei der Mitverbrennung in Zementwerken die Dienstleistung "Entsorgung von 1 t Abfallösungsmittel" bilanzieren können? Kalkstein* Strom* Dienstleistung Behandlung 1 t ALM Zementwerk Herstellung 37 t Klinker Oel* Kalkstein* Strom* Zementwerk Herstellung 37 t Klinker *Herstellungsprozess 19

20 Frage 6 Berechnen Sie die kumulierten Sachbilanzdaten für diesen Prozess. Sachbilanz: Mitverbrennung in Zementwerken, "Entsorgung von 1 t ALM" Emissionen Klinker, Klinker, Bereitstel- Summe ALM Öl lung Öl CO2 (kg) NOx (kg) Ressourcen SOx (kg) Erdöl (t) -1 Cd (mg) Partikel (g) Kohle (t) Erdgas (m3) -0,

21 Frage 7 Nehmen Sie an, Sie hätten die grau schattierten Angaben über die Emissionen des Zementofens für ALM-Mitverbrennung nicht. Fällt Ihnen eine Möglichkeit ein, wie diese Emissionen abgeschätzt werden könnten (auch für andere Lösungsmittelgemische)? Inputabhängige Modellierung tc i,flue gas Element i Kiln Flue gas Atmosphere Clinker tc i,clinker Industry Flow of elements 21

22 Sachbilanz Übung (Gutschriftenverfahren) Ressourcen Sand Ton Kalkspat Einheit t t t Destillation Spezialofen ALM Erdöl t Steinkohle t Erdgas m Emissionen CO2 kg NOx kg -4-1 SOx kg -1-3 Cd mg Partikel g Entscheidung? 22

23 Files zum Herunterladen Folien mit Lösungen Excelfiles mit Daten dieser Übung 23