Konzeption und Bewertung technischer Entsorgungswege : Dargestellt am Beispiel von Reststoffen aus der Rauchgasreinigung in Baden-Württemberg

Thema des Buches ist die Entwicklung von Entsorgungskonzepten für Reststoffe aus der Rauchgasreinigung auf regionaler Ebene mit dem Ziel ihrer möglichst quantitativen Rückführung in den Wirtschaftskreislauf. Dazu werden für jeden betrachteten Reststoff technische Entsorgungswege konzipiert, die, da eine direkte Verwertung aufgrund der Reststoffzusammensetzung nicht möglich ist, völlig neuentwickelte Aufbereitungen enthalten. Aus einer für jeden Reststoff sinnvoll begrenzten Anzahl von Entsorgungswegen wird anschließend jeweils ein sinnvoller Weg ausgewählt. Das geschieht mit Hilfe einer Bewertungsmethode, die ökologische, ökonomische und technische Gesichtspunkte der Problematik gleichermaßen berücksichtigt. Neu dabei ist, daß sich diese Bewertung nicht allein auf die Investitions- und Kostenseite beschränkt, sondern erstmals auch die Umweltbelastung durch Aufbereitung und Verwertung der Reststoffe mit Hilfe eines Umweltfaktors für Entsorgungswege einschließt. Dazu werden die Aufbereitungsprozesse simuliert und vollständige Stoffströme berechnet. Angewendet wird diese Methode schließlich auf Baden-Württemberg. Dieses Buch zeigt beispielhaft die fachübergreifende Lösung des Problems der Reststoffentsorgung einer abgegrenzten Region auf, so daß es auch zur Planung von Konzepten zur umweltverträglichen Entsorgung anderer Stoffe anwendbar ist. Die hier vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaft licher Mitarbeiter am Energiewirtschaftlichen Institut an der Universitat Koln. Sie wurde im Juli 1991 von der Wirtschafts- und Sozialwissenschaftlichen Fa kultat der Universitat zu Koln als Dissertation angenommen. Mein besonderer Dank gilt Herm Prof. Dr. Carl Christian von Weizsacker, der als Erstgutachter mit wertvollen Anregungen und konstruktiver Kritik zum Zu standekommen dieser Arbeit beitrug. Ebenso mochte ich Herm Prof. Dr. Dr. h. c. Hans-Karl Schneider fur die Ubemahme des Zweitgutachtens danken. Weiter gilt mein Dank meinen Kollegen am Energiewirtschaftlichen Institut; insbesondere Herm Dr. Heinz Welsch bin ich zur Danksagung verpflichtet. SchlieBlich gilt mein Dank einer jungen Dame, ohne deren ideelle Unterstutzung diese Arbeit nicht moglich gewesen ware. Frank Stahler Koln, im Juli 1991 Inhaltsverzeichnis Seite 1. Einleitung und Einfiihrung in die Problem stellung 1 2. Okonomische Theorie externer Effekte 5 2. 1 Externalit~ten und Umweltpolitik 5 2. 2 Gesamtwirtschaftliche Implikationen externer Effekte 13 2. 3 Management externer Effekte 17 2. 4 Okonomische Theorie der Umweltpolitik 26 2. 4. 1 Die Problematik der Bestimmung einer Schadensfunktion 27 2. 4. 2 Instrumente der Umweltpolitik 32 2. 5 Externalitaten, gesamtwirtschaftliche Risiken und Optionswerte 42 3. Okonomische Analyse kollektiver Umweltnutzungs entscheidungen 57 3. 1 Entscheidungskriterien kollektiver Umweltnutzungen 59 3. 2 Verteilungswirkungen und Wohlfahrts kriterium 73 3. 3 Positive Analyse koUektiver Umwelt nutzungsentscheidungen 81 3. 4 Intertemporale Aspekte kollektiver U mwel tnutzungsentscheidungen 93 x Seite 4. Kollektive Umweltnutzungen und anomaliebeeinfl uBtes Verhalten 103 4 Prozesse der industriellen Produktion und der Energieumwandlung basieren auf linearen Stoffstromen, d. h. Rohstoffe werden aus der N atur entnommen, zu Wertstoffen und Reststoffen/ AbfaIlen transformiert und anschlieBend in die Natur zuriickgeflihrt. Vor allem in den letzten 10 Jahren hat der Wissenszu wachs iiber derartige Immissionen und ihre Wirkungen in Boden und Wasser jedoch verdeutlicht, daB die Erde nur ein begrenztes Aufnahme- und Abbaupo tentia! fUr Reststoffe/ AbfaIle hat. Zur LOsung dieses Problems wurde dabei lange iibersehen, daB die N atur selbst die besten Beispiele vorgibt. Dazu geho ren u. a. Stoftkreislaufe mit geochemischen Prozessen der Stoffumwandlung und -differenzierung wie z. B. der Kohlendioxid-, Stickstoff- oder Schwefel kreislauf. Die Ubertragung des Prinzips geschlossener Materialstrome auf Reststoffe/ Ab faIle, umschreibbar mit den bekannten Worten Recycling und Verwertung, ist jedoch nicht ohne weiteres moglich. Notwendige Konzepte und fortschrittliche Techniken miissen in den meisten Hillen erst noch entwickelt werden. Dariiber hinaus sind auch wirtschaftliche und politische Schwierigkeiten beachtlich und die Akzeptanz ist in groBen Teilen der Offentlichkeit noch gering. In der vorliegenden Arbeit wird eine optimierte LOsung zu dieser Problematik aufgezeigt, speziell flir eine Reststoffgruppe. Dabei handelt es sich um feste Riickstiinde aus der Rauchgasreinigung industrieller und offentlicher Feuerun gen, die fossile Energietrager einsetzen. Fiir diese Materialien werden neuartige Entsorgungswege mit verwertungsorientierten Autbereitungen auf regionaler Ebene konzipiert und unter technischen, okologischen und okonomischen Ge sichtspunkten bewertet 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 CO2-Emissionen lassen sich ohne Verzicht auf Energiedienstleistungen durch rationelle Energieverwendung, Energieträgersubstitution und CO2-Entsorgung reduzieren. An der Universität Würzburg wurden zwei computer-gestützte Verfahrensmodelle entwickelt, die eine optimale Kombination von Techniken der Wärmerückgewinnung und Techniken der CO2-Rückhaltung in Großfeuerungsanlagen ermitteln. Mit ihrer Hilfe werden Energiesparpotentiale, Emissionsminderungsmöglichkeiten und Kosten für regionale und nationale Energiesysteme berechnet. Die Modelle berücksichtigen Wärmetauschernetzwerke, Wärmepumpen und Kraft-Wärme-Kopplung, sowie das Ausfrieren von CO2 unter Druck. Sie verfolgen und minimieren die Qualitätsverluste der Energie beim Durchlaufen von Prozeßketten, die der Versorgung von vorgegebenen Energiebedarfsprofilen dienen. Das stochastische Optimierungsmodell ECCO beschreibt die Versorgung einzelner industrieller und privater Prozesse in einer Region, die einen zeitlich schwankenden Energiebedarf aufweisen. Das statische Modell LEO II dient der Abschätzung von Obergrenzen der Einsparpotentiale auf nationaler Ebene. Es greift dazu auf hochaggregierte Bedarfsprofile zurück. Für eine Modellstadt wurde mit ECCO eine Reduzierung des Primärenergieeinsatzes um 25% durch Wärmerückgewinnung ermittelt. Die CO2-Emissionen gehen gleichzeitig um 30% zurück. Die mit LEO II ermittelte Obergrenze für das CO2-Minderungspotential, das die genannten Maßnahmen erwarten lassen, liegt in der (alten) Bundesrepublik bei 70% Es wird zunächst ein Überblick über Modelle gegeben, die zur Bewertung sektoraler und gesamtwirtschaftlicher Kosten von Umweltpolitik eingesetzt werden. Dabei handelt es sich vor allem um Input-Output-Modelle und deren Weiterentwicklungen. Es zeigt sich, daß diese Modelle nicht geeignet sind, volkswirtschaftliche Kosten von Umweltpolitik zu erfassen, da wesentliche Rückwirkungen über Preise, Substitutionsvorgänge und Veränderungen von Einkommen nicht berücksichtigt werden. Im Anschluß daran wird die Methodik der Angewandten Gleichgewichtsanalyse dargestellt, die eine Kombination von verallgemeinerten I/O-Modellen und allgemeinen Gleichgewichtsmodellen ist. Es wird ein eigenes CGE-Modell entwickelt und ausführlich beschrieben. Dieses Modell (ENEAS) wird zur Bewertung konkreter umweltpolitischer Maßnahmen verwandt. Beispiele sind: Vergleich von Emissionsstandards versus effiziente umweltpolitische Maßnahmen (Emissionssteuern), Subventionen auf beseitigte Schadstoffe, Verfahren zur Reduktion von CO2-Emissionen u.a Front Matter....Pages I-X Zusammenfassung....Pages 1-3 Gegenstand und Aufbau der Untersuchungen....Pages 4-14 Grundlagen der Reststoffentsorgung....Pages 15-22 Konzeption Technischer Entsorgungswege für Reststoffe aus der Rauchgasreinigung....Pages 23-67 Stoffbilanzen und Aggregate zur Aufbereitung....Pages 68-119 Bewertung und Auswahl Technischer Entsorgungswege....Pages 120-180 Einbindung der Ausgewählten Technischen Entsorgungswege in ein Verwertungskonzept unter Kostenaspekten....Pages 181-199 Durchführung der Aufbereitung und Verwertung sowie Mögliche Standorte der Aufbereitungen in Baden-Württemberg....Pages 200-215 Schlussfolgerungen und Ausblick....Pages 216-218 Literaturverzeichnis....Pages 219-234 Abkürzungsverzeichnis und Anhang....Pages 235-244 Helmuth-m. Groscurth. Originally Presented As The Author's Thesis (doctoral--universität Würzburg) Under The Title: Energieoptimierung Und Rationelle Energieverwendung Durch Wärmerückgewinnung. Includes Bibliographical References (p. [177]-183). Michael Schröder. Originally Presented As The Author's Thesis (doctoral)--universität Mannheim, 1990. Includes Bibliographical References (p. [211]-224). Frank Stähler. Originally Presented As The Author's Thesis (doctoral)--universität Zu Köln, 1991. Includes Bibliographical References (p. [165]-178).