Table Of ContentUmwelt und Ökonomie 2
Karl Heinz Gruber
Zur methodischen
Auswahl von Emissions-
minderungsmaßnahmen
Dargestellt für den Anlagenpark
kleiner und mittlerer Feuerungen in
Baden-Württemberg
Zur methodischen Auswahl von
Emissionsminderungsmaßnahmen
Umwelt und Ökonomie Band2
Band 1: Michael Sehröder
Die volkswirtschaftlichen Kosten
von Umweltpolitik
1991. 224 Seiten. Brosch. DM 69,
ISBN 978-3-7908-0547-5
Karl Heinz Grober
Zur methodischen
Auswahl von
Emissions
minderungs
maßnahmen
Dargestellt für den Anlagenpark
kleiner und mittlerer Feuerungen
in Baden-Württemberg
Mit 44 Abbildungen
Springer-V erlag Berlin Beideiberg GmbH
Reihenherausgeber
W emer A. Müller
Peter Schuster
Autor
Dr. Kar! Heinz Gruber
Dr. Schauerstraße 8 A
A-4600 Wels, Österreich
ISBN 978-3-7908-0547-5
CIP·Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Gruber, Karl-Heinz
Zur methodischen Auswahl von
Emissionsminderungsmaßnahmen: dargestellt flir den
Anlagenpark kleiner und mittlerer Feuerungen in Baden
Württemberg I Karl-Heinz Gruber.
(Umwelt und Ökonomie; 2)
ISBN 978-3-7908-0547-5 ISBN 978-3-662-13477-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-13477-1
NE:GT
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sätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urhe
berrechtsgesetzes.
© Springer-V erlag Berlin Heidelberg 1991
Ursprünglich erschienen bei Physica-Verlag Heidelberg 1991
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Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen
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daher von jedermann benutzt werden dürften.
712017130-543210
Vorwort
Mit der Umsetzung des Umweltprogramms der Bundesregierung begannen
bedeutende Aktivitäten auf den Gebieten Forschung und Entwicklung von
Umweltschutzmaßnahmen. Zu Beginn standen vor allem Fragen der Luft
reinhaltung im Vordergrund. Fragen zum Verbleib der aus diesen Anlagen
resultierenden festen und flüssigen Reststoffe rückten erst in letzter Zeit in
den Mittelpunkt des Interesses.
Für kleine und mittlere Feuerungsanlagen mit fossilen Brennstoffen treten
Emissionsbegrenzungen aufgrund von Fristen überwiegend erst im Frühjahr
1994 in Kraft. Die Durchführung von Minderungsmaßnahmen ist dabei durch
neue gesetzliche Vorgaben ausnahmslos an ökologisch günstige Lösungen der
Reststoffentsorgungsproblematik gebunden.
Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung von Strategien, die es
ermöglichen, für kleine und mittlere Feuerungsanlagen technisch-ökologisch
geeignete, langfristig sichere und darüber hinaus wirtschaftliche Minderungs
alternativen herauszufinden. Neben der Konzeption und Bewertung rele
vanter Emissionsminderungsmaßnahmen und Reststoffentsorgungsoptionen
erfolgte erstmals die Generierung einer operationalisierten entscheidungs
unterstützenden Methode für die Auswahl von Luftreinhaltemaßnahmen.
Die praktische Umsetzung der Methode wurde am Beispiel der TA Luft
Feuerungen von Baden-Württemberg vorgenommen.
Aufgebaut wurde auf einem umfangreichen Forschungsprojekt, das im Auf
trag des Umweltministeriums Baden-Württemberg am Institut für Industrie
betriebslehre und Industrielle Produktion der Universität Karlsruhe (TH) in
den Jahren 1987 bis 1990 durchgeführt wurde.
Mein besonderer Dank gilt dabei Herrn Professor Dr. 0. Rentz für die
Ermöglichung diser Forschungsarbeiten, die vielfältigen Anregungen und
nicht zuletzt für die Übernahme des Hauptreferats. Ebenso danke ich den
Herrn Professoren Dr. H. G. Gemünden und Dr. A. Hackl für die Über
nahme der Korreferate. Besonders verbunden bin ich meinen beiden Kollegen
Dr. R. Hammerschmid und Dipl.-Min. R. Winkler für die gute Zusammen
arbeit im Forschungsprojekt sowie für die vielen konstruktiven Diskussionen
und die stetige Hilfsbereitschaft. Hilfreichwirketen auch meine Kollegen am
Institut und zahlreiche Firmen, Verbände und Institutionen. Nicht zuletzt
gilt mein besonderer Dank meiner langjährigen Freundin Monika Schack,
die während der ganzen Zeit stets verständnisvoll die Entbehrungen auf sich
nahm. Schließlich möchte ich mich für die innige persönliche Unterstützung
meiner Eltern bedanken; ihnen sei auch diese Arbeit gewidmet.
Karlsruhe, im Januar 1991 Karl Heinz Gruber
Inhaltsverzeichnis
1 GEGENSTAND UND AUFBAU DER UNTERSUCHUNG 1
1.1 Einleitung und Problemstellung 1
1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise 7
2 ANALYSE DES SYSTEMS FEUERUNGSANLAGE 10
2.1 Verbrennungsprozeß als Emissionsquelle . . . . . . . . 10
2.2 Aufbau, Gliederung und Anordnung der Feuerungsanlagenkom
ponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3 RAHMENPARAMETER FÜR DIE IMPLEMENTIERUNG
VON EMISSIONSMINDERUNGSMASSNAHMEN 20
3.1 Gesetzliche Vorgaben und Rechtsgrundlagen . . . . . . . . . . 20
3.1.1 Brennstoffbezogene Gesetze, Verordnungen und Nor-
men . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.2 Bundes-Immissionsschutzgesetz (BimSchG, 1985) 24
3.1.3 Abfallgesetz (AbfG, 1986) . . . . . . 28
3.1.4 .Wasserhaushaltsgesetz (WHG, 1986) 30
3.2 Technik der Emissionsminderung ..... . 33
3.2.1 Definition und Abgrenzung wichtiger Begriffe 33
3.2.2 Konfiguration der Emissionsminderungsmaßnahmen bei
Feuerungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.3 Technisch-stoffliche Beurteilungskriterien der Emis
sionsminderungstechniken . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.4 Überblick und Abgrenzung relevanter Emissionsmin-
derungstechniken . . . 42
3.3 Reststoffentsorgungsstruktur 4 7
3.3.1 Grundlagen der Reststoffentsorgung 47
3.3.2 Anlagenspezifische Reststoffanfallcharakteristik 50
3.3.3 Reststoffaufbereitung, Transport und Lagerung 52
3.3.4 Reststoffverwertung . . . . 54
3.3.5 Reale Entsorgungsstruktur 58
VIII
3.4 Ökonomische Einflußparameter 61
3.4.1 Energieumwandlungskosten 61
3.4.2 Kosten der Emissionsminderungsmaßnahmen 65
4 TECHNISCH-WIRTSCHAFTLICHE CHARAKTERISIERUNG
DER EMISSIONSMINDERUNGSTECHNIKEN UND DER
RESTSTOFFENTSORGUNG 68
4.1 Brennstoffumstellung auf emissionsarme Brennstoffe 69
4.2 Feuerungstechnische Emissionsminderungstechniken 74
4.3 Staubabscheider ......... 77
4.4 Calcium-Trockenadditivverfahren 84
4.5 Alkali-Trockenadditivverfahren 89
4.6 Trockensorptionsverfahren ( Strömungsreaktor) 94
4.7 Trockensorptionsverfahren (Schüttgut-Tiefbett-Reaktor) 100
4.8 Sprühabsorptionsverfahren 104
4.9 Kalk( stein) waschverfahren 109
4.10 Alkaliwaschverfahren ... 116
4.11 Kondensationswaschverfahren 120
4.12 Herdofenkoksentschwefelung 126
4.13 Selektive katalytische Reduktion 131
4.14 Selektive nichtkatalytische Reduktion 134
5 ENTWICKLUNG EINER METHODE ZUR ERMITTLUNG
GÜNSTIGER EMISSIONSMINDERUNGSMASSNAH-
MEN 136
5.1 Struktur des Entscheidungsproblems ...... . 136
5.1.1 Formulierung des Entscheidungsproblems 136
5.1.2 Vergehensweise zur Entscheidungsfindung 138
5.2 Methode zur Ermittlung anlagenspezifisch günstiger Emis-
sionsminderungsmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.2.1 Prüfung der anlagenspezifischen Ausgangssituation 141
5.2.2 Selektion potentieller Minderungsmaßnahmen . . . 144
5.2.3 Bewertung der potentiellen Minderungsmaßnahmen 147
IX
5.2.4 Auswahl der anlagenspezifisch günstigsten Minderungs-
alternative ........................ 165
5.3 Umsetzung der Methode in ein computergestütztes Entschei
dungsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.3.1 Modellstruktur und Aufbau der Systemparametersli-
sten ............................ 167
5.3.2 Quantifizierung der Systemparameter der Emissions-
minderungstechniken . . . . . . . . . . . . 176
5.3.3 Implementierung des Entscheidungsmodells 181
6 ANWENDUNG DES ENTWICKELTEN ENTSCHEIDUNGS
MODELLS AUF TA LUFT-FEUERUNGSANLAGEN
IN BADEN-WÜRTTEMBERG 182
6.1 Ausgangssituation im TA Luft-Bereich in Baden-Württem-
berg ................................ 182
6.2 Rahmenparameter für die Ermittlung anlagenspezifisch günsti-
ger Minderungsmaßnahmen- Szenariendefinition ....... 190
6.3 Emissionsminderungsstruktur bei TA Luft-Feuerungen in Baden
Württemberg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.3.1 Ausgewählte Szenariengruppen . . . . . . . . 193
6.3.2 Minderungsmaßnahmen und Brennstoffeinsatz 196
6.3.3 Emissionen, Reststoffanfall und Entsorgungsstruktur . 200
6.4 Sensitivitätsanalyse der Emissionsminderungsstruktur in Baden-
Württemberg ........................... 208
6.4.1 Regionale Struktur der Energieträgersubstitution und
der Emissionsminderungstechniken (Szenario II) 208
6.4.2 Einfluß der Emissionsgrenzwerte und der Brennstoff-
preise auf die Emissionsminderungsstruktur ...... 212
6.4.3 Einfluß der Reststoffentsorgungsstruktur auf die Emis-
sionsminderungsstruktur . . . . . . . . . . . 219
6.5 Erkenntnisse aus der Modellanwendung und Ausblick . 223
7 ZUSAMMENFASSUNG 226
8 LITERATURVERZEICHNIS 230
9 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS UND ANHANG 251
1 GEGENSTAND UND AUFBAU DER
UNTERSUCHUNG
1.1 Einleitung und Problemstellung
Mit der Entdeckung des Ausmaßes neuartiger Waldschäden zu Beginn der
80er Jahre (FBW, 1986) und dem in der Folgezeit festgestellten Zusam
menhang zwischen steigender Umweltbelastung und Zunahme von Gesund
heitsschäden (BLU, 1984; Schmidt et al., 1987; Schmitt, 1987) hat die Pro
blematik des 'Umweltschutzes' an Aktualität und Bedeutung gewonnen.
Verstärkt dadurch, daß die Auswirkungen der Umweltbeeinträchtigung zu
nehmend auch optisch wahrnehmbar werden, vor allem aber durch die An
fang der 90er Jahre eintretenden weltpolitischen Veränderungen, erlangt der
Schutz der Umwelt einen ständig steigenden Stellenwert in der gesellschaft
lichen und politischen Werteinschätzung.
Als eine Konsequenz wurde bereits im Jahre 1971 im Umweltprogramm der
deutschen Bundesregierung festgelegt, daß eine Sicherung der Umwelt des
Menschen, wie er sie für seine Gesundheit und für ein menschenwürdiges
Dasein braucht, durch entsprechende Maßnahmen zu gewährleisten ist (BR,
1971). Zur Erreichung dieses Zieles tragen Obergrenzen (Grenzwerte) für den
Eintrag umweltbeeinträchtigender Stoffe in den Medien Boden, Wasser und
Luft bei.
Bezüglich der anthropogen freigesetzten Luftschadstoffe konzentrierte sich
die Diskussion zunächst auf die Stoffe Staub als Hauptverursacher der
Schwermetallbelastung der Böden und Träger kanzerogener Stoffe sowie
Schwefeldioxid und Stickoxide als Mitverursacher der Waldschäden. In den
letzten Jahren richtet sich das Augenmerk zusehends auch auf andere Stoffe,
wie flüchtige organische Kohlenwasserstoffe (VOC) oder Kohlendioxid.
Etwa 90 % der Schadstoffbelastung der Atmosphäre in Europa sind auf die
Umwandlung und Nutzung fossiler Energieträger zurückzuführen, wobei al
lein die Verbrennungsprozesse einen Großteil der Emissionen bewirken (UBA,
1989a).
Die neu formulierten Zielsetzungen der Luftreinhaltepolitik konkretisieren
sich in der Bundesrepublik Deutschland im wesentlichen durch eine in Summe
drastische Herabsetzung von Emissionsgrenzwerten (Koch, 1984 ). Für Feue
rungsanlagen, als Hauptemittenten für Staub und Schwefeldioxid und Große
mittent von Stickoxiden, sind das:
