Die Erstellung vergleichender Energiebilanzen von Holzwerkstoffen für den Einsatz im Passivholzhausbau auf Grundlage von Herstellerinformationen

Diplomarbeit von Tobias Luthe

Einleitung:

Am Anfang dieser Arbeit stand die Aufgabe, in einem Zeitraum von sechs Monaten zu 21 verschiedenen Werkstoffen und Bauteilen Vergleiche mit ökologischer Aussage zu erstellen. Auftraggeber ist Holzfachhandel Wickert in Landau, Pfalz, an dessen Standort die zu betrachtenden Produkte im Passivholzhausbau eingesetzt werden sollen.

Nach ausgiebiger Literaturrecherche wurde deutlich, dass diese Aufgabe nur basierend auf Sekundärinformationen zu bewältigen war. Entsprechende Arbeiten zu diesem Thema hatten maximal ein einzelnes Produkt bilanziert, sodass ein Vergleich nach unterschiedlichen Gesichtspunkten nicht möglich gewesen wäre. Vergleichende Studien existierten lediglich zu Datenmittelwerten von OSB, MDF und Spanplatte. Mögliche Einschränkungen des Untersuchungsrahmens wurden überlegt und geprüft, was schliesslich zu einer Fokussierung auf Energiebilanzen führte.

Gang der Untersuchung:

Der methodische Ansatz dieser Arbeit beruht auf der Recherche nach Sekundärinformationen, die hauptsächlich durch Versenden einer detaillierten Matrix an die Herstellerfirmen erhoben wurden. Diese Datenrecherche gestaltete sich als sehr zäh und zeitaufwendig. Hauptgründe für die schwierige Datenrecherche waren die mangelnde Motivation der Hersteller, interne Daten zu veröffentlichen sowie die noch zu verbessernde Kooperation innerhalb einiger Firmen, einen verantwortlichen und kompetenten Ansprechpartner zu benennen und Daten zu erarbeiten. Die Datenquantität und –qualität wurden hierdurch gemindert, sind insgesamt jedoch ausreichend, um der Aufgabenstellung des ökologischen Vergleiches mehrerer Holzwerkstoffe zu entsprechen. Der methodische Ansatz wurde somit passend gewählt, da letztendlich fünf Produkte bilanziert werden konnten, für die nach viermonatiger Informationsrecherche Daten von den Firmen bereitgestellt wurden. Der Untersuchungsrahmen wurde den zur Verfügung gestellten Daten angepasst, daher wurden keine Hilfs- und Zusatzstoffe, insbesondere Leime und Kleber, berücksichtigt.

Der Vergleich der untersuchten Holzwerkstoffe nach ökologischen Gesichtspunkten ist vielschichtig und das Resultat abhängig von der Sichtweise, aus der ein Produkt betrachtet wird. Der Gesamtvergleich der Energiebilanzen ist konkret relevant für den Einsatz am Standort Wickert. Dennoch sind die Ergebnisse geeignet, allgemeine Ausagen beim Vergleich der Module Produktion und Vorketten, beim Vergleich der Speicherkapazität von Kohlendioxid sowie zum Vergleich der Gesamtenergiebilanzen zu treffen - wie in Kapitel 5.2.3 erläutert, würde die Rangfolge der Bilanzen auch bei Betrachtung abgeschnittener Submodule unverändert bleiben. Wie die einzelnen Vergleiche letztendlich gewichtet werden ist eher sekundär, wenn ökologische Untersuchungen nach nachvollziehbaren Richtlinien überhaupt und vermehrt gerade von Produktherstellern angestrengt werden, wodurch deren Qualität weiter verbessert werden kann. Wie eingangs beschrieben stehen wir mit unseren finanziellen und technischen Möglichkeiten in der Verantwortung für minder bemittelte Länder und uns selbst, besondere Anstrengungen bei der Lösung ökologischer Problemfelder sowohl durch eigene Bemühungen der Produzenten als auch durch ein bewussteres Nachfrageverhalten der Konsumenten zu unternehmen.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 4.2.4.1, Modul ‚Vorketten’:

Laut IKP 1998 fällt bei der Herstellung von 1 KJ Strom unter anderem durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern 3,208E-6 kg Gips aus Rauchgasentschwefelungsanlagen an. Dieser Gips ist ein Rest- oder Abfallstoff, weswegen er keinen ‚ökologischen Rucksack’ trägt (siehe Kapitel 2). Ausgehend von 35% REA-Gips Anteil werden 327,096 kg/m³ REA – Gips benötigt. Diese Menge Gips fällt bei einer Produktion von 101,9625935 GJ elektrischer Energie an.

Für die Kalzinierung von einer Tonne REA-Gips werden 0,280 MJ (MORSCHEID 2001) elektrische Energie aufgewendet. Bezogen auf einen Kubikmeter Fermacell ergeben sich 0,09158688 MJ bzw. 0,3042753488 MJ[Äq] Primärenergie.

Transportdaten standen zu diesem Submodul nicht zur Verfügung, weshalb von einer beispielhaften Entfernung von 100 km und einem LKW mit zulässigem Gesamtgewicht von 38 t bei einer Auslastung von 50 % (Hinweg 100%, Rückweg leer) ausgegangen wurde. Die benötigte Primärenergie ist in Tabelle 39 aufgeführt.

Submodul ‚Gipsabbau’:

Der Primärenergieaufwand zur Bereitstellung von 1 kg Naturgips ohne biologische und geologische Produktion beträgt 3,312 MJ [Äq] (KEA Datenbank, siehe Anhang 4). Entsprechend einem Naturgipsanteil von 65 % (607,464 kg) werden für einen Kubikmeter Fermacell 2011,920768 MJ [Äq] Primärenergie benötigt. Im kumulierten Energieaufwand sind Transporte als EU-Mittel bereits enthalten.

Submodul ‚Papierherstellung und Altpapierbereitstellung’:

Für die Bereitstellung von 1 kg Altpapier werden 0,432 MJ Primärenergie (KEA Datenbank) benötigt, dies entspricht 100,93248 MJ für 233,64 kg Altpapiereinsatz/m³ Fermacell. Im kumulierten Energieaufwand sind die anteiligen Energieinputs für die Papierherstellung und Transporte als EU-Mittel bereits enthalten.

Kapitel 4.2.4.2, Modul ‚Transporte’:

Die Transporte von Naturgips und Altpapier sind in den KEA Daten als gemittelte Werte für die EU bereits enthalten. Genaue Angaben zu Entfernungen und Transportmittel für die Altpapiersammlung und für den Gipstransport standen nicht zur Verfügung. Die Eingangsdaten für das Submodul ‚Transport der Fermacellplatten von Fels zu Wickert’ wurden mit Hilfe eines Routenplaners aus dem Internet generiert.

Kapitel 4.2.4.3, Modul ‚Produktion’:

Zur Produktion von einem Kubikmeter Fermacell werden 100 KWh oder 360 MJ elektrische Energie eingesetzt. Thermische Energie von 450 KWh wird zu je 50 % aus Erdöl und Erdgas hergestellt. Für die Bereitstellung von entsprechend 810 MJ Energie aus Erdgas werden 994,4046 MJ[Äq] Primärenergie, für 810 MJ Energie aus Erdöl 1016,9793 MJ[Äq] (Tabelle 12) benötigt.

Insgesamt werden für den Produktionsprozess von 1m³ Fermacell 3207,397189 MJ Primärenergie aufgewendet.

Kapitel 4.2.4.4, Modul ‚Verwertung’:

Fermacell besteht zu etwa 80 % aus anorganischem Gips und ist als Platte trotz des zwanzigprozentigen Anteils an aufgeschlossenen Altpapierfasern nicht brennbar. Eine thermische Verwertung scheidet aus diesem Grund aus.

Stattdessen können Gipsplatten grundsätzlich vollständig in den normalen Produktionsprozess rückgeführt werden, vorausgesetzt, es sind keine störenden Kontaminationen vorhanden. Gipsabfälle werden nach dem Abfallartenkatalog der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall bzw. nach der Europäischen Abfallkatalog-Verordnung (EAKV) durch Schlüsselnummern klassifiziert (LAGA):

Bei vielen Bauschuttaufbereitungsunternehmen werden heute bereits die stückigen Gipsplattenreste aussortiert und getrennt behandelt. Zur Rückführung des Materials in den Produktionskreislauf werden die Platten zunächst zerkleinert bzw. aufgemahlen, wobei sich Gips und Karton mechanisch weitestgehend trennen. Der weitere Verwertungsweg hängt von den sortenfremden Verunreinigungen ab.

Beschichtete oder angestrichene Platten bedingen Verunreinigungen vom Anstrich oder dem Beschichtungsmaterial. Hier bietet sich eine Weiterverwendung nach dem Müller-Kühne-Verfahren an (HAASE 1997). Nach Müller und Kühne wird Gips bzw. Calciumsulfat bei Temperaturen oberhalb von 700 0C reduzierend gespalten. Als Produkte entstehen Schwefelsäure und Zement, die bestimmungsgemäss in der chemischen Industrie und der Baustoffindustrie verwendet werden.

Falls die Plattenreste frei von Kontaminationen sind, kann auch direkt eine Wiederverwertung durch die Gipsindustrie erfolgen. Dazu erfolgt zweckmässig eine Trennung von Gips und Karton. Der Karton besteht aus einer zweiseitigen dünnen Schutzbeschichtung der Platten; aufgrund des äusserst geringen Massenanteils an einer Fermacellplatte wird dieser Anteil bei den Überlegungen zu einer möglichen thermischen Verwertung vernachlässigt. Es wird vermutet, dass der Aufwand zur Trennung des Kartons von der Platte nicht durch eine thermische Verwertung wettgemacht würde.

Ausgehend von diesen Informationen kann kein Energieoutput durch eine thermische Verwertung von Fermacell berechnet werden.