Brennstoffe
Die Schweizer Zementindustrie ist ein wichtiger Partner für die Schweizer Abfallwirtschaft. Zementwerke verwerten Abfälle stofflich und thermisch, welche ansonsten auf anderem Wege entsorgt oder sogar als Sonderabfälle in spezialisierten Anlagen behandelt werden müssten. Wenn Zementwerke diese Abfälle nutzen, dann ist das aus gesellschaftlicher und volkswirtschaftlicher Sicht sehr sinnvoll.
Zementwerke verwerten Abfälle
Es macht gesellschaftlich und volkswirtschaftlich Sinn, Abfälle möglichst effizient zu verwerten. Zementwerke, die hohe Temperaturen für die Herstellung von Zement benötigen, können Abfälle sehr effizient verbrennen. Weil die Temperaturen so hoch sind, bleiben keine Reststoffe übrig, die man aufwändig deponieren muss. Die Materialien werden thermisch und stofflich verwertet – sie werden Teil des Produkts! Diverse ökologische Untersuchungen beschäftigen sich mit diesem Thema und zeigen allesamt, dass die Verbrennung von bestimmten Abfallfraktionen in Zementwerken sehr sinnvoll ist.
Die Schweizer Zementindustrie ist deshalb ein idealer Partner für die hiesige Abfallwirtschaft. Ökonomisch und ökologisch ist der Einbezug der Schweizer Zementwerke in die Entsorgungsplanung ein Gebot der Vernunft. Nicht nur wird die Abfallentsorgung günstiger, sondern es wird gleichzeitig CO2 eingespart. Denn die Abfälle dienen ja als alternative Brennstoffe zu fossilen Energieträgern wie Kohle und Erdöl.
Bereits vor mehr als 30 Jahren hat die Schweizerische Zementindustrie damit begonnen, alternative Brennstoffe zu verwenden und damit möglichst energieeffizient zu produzieren. Ersetzt wurden damit fossile Brennstoffe wie Kohle oder Erdöl. Die Zementindustrie leistet damit seit längerer Zeit proaktiv ihren Beitrag zum Klimaschutz. Entsprechend ist die Zementindustrie eine der führenden Industrien in der CO2-Reduktion.
Genau definierte Abfallfraktionen
Die schweizerische Zementindustrie benötigt grosse Mengen an Brennstoffen, um Zement herzustellen. Die gemahlenen Rohstoffe aus Kalkstein und Mergel werden im Zementwerk gebrannt. Die Hauptfeuerungstemperaturen betragen dabei rund 2’000 Grad Celsius, und im Drehrohrofen wird der Kalkstein und Mergel bei Temperaturen über 1’450 Grad Celsius zu Klinker gebrannt. Anstatt primär fossile Brennstoffe können dazu praktisch zu 100 Prozent alternative Brennstoffe (sprich: Abfälle) verwendet werden.
Es handelt sich dabei um genau definierte Abfallfraktionen, die vielfach aus Industrie- und Gewerbebetrieben stammen. Dazu gehören beispielsweise alte Pneus, verschiedene Kunststoffabfälle, Altöl, Klärschlamm oder Tiermehl. Werden diese Abfälle in Zementwerken thermisch und stofflich genutzt, können erheblich CO2-Emissionen eingespart werden.
Mit Abstand höchste Energieausnützung
Allerdings werden heute sehr viele Abfallfraktionen mit hohem Heizwert in Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA) entsorgt. Ökonomisch und ökologisch – insbesondere auch aus Sicht der Ressourcenschonung – wäre es bei ausgewählten Abfallfraktionen sinnvoller, sie thermisch und stofflich zu verwerten und damit primäre fossile Brennstoffe zu ersetzen.
Untersuchungen zeigen, dass die thermische Verwertung von Kunststoffabfällen in der Zementindustrie die mit Abstand höchste Energieausnützung aufweist.
Im Zementwerk entsteht keine Schlacke, die zulasten späterer Generationen deponiert werden muss. Die entstehende Filterasche wird dem Klinker zugeführt und der Staub dient als Zumahlstoff für den Zement.
Die Unternehmen der schweizerischen Zementindustrie sind also natürliche Verbündete der Schweizer Abfallwirtschaft. Sie schliessen Stoffkreisläufe zum Wohle von Gesellschaft und Umwelt.
Wertstoffe wiederverwerten
Es gibt Abfälle, die stofflich wiederverwertet werden können. Dazu gehört beispielsweise Papier oder PET. Andere Abfälle können thermisch verwertet werden. Und wieder weitere lassen sich in Zementwerken thermisch und stofflich weiterverwerten. Das heisst beispielsweise, dass man die Energie, welche in den Abfällen steckt, für weitere Zwecke nutzt und gleichzeitig die chemischen Bestandteile der Abfallfraktionen für die Herstellung des Endproduktes Zement nutzt. Können Abfälle nicht auf diese Weisen genutzt werden, dann muss man sie deponieren.
Stoffliches Recycling hat zum Ziel, dass Abfälle, wenn immer möglich wieder im selben Produkt verwertet werden. Das heisst: Aus alten PET-Flaschen entstehen beispielsweise neue PET-Flaschen. Andere Abfälle werden zu niederwertigen Produkten als das Ursprungsprodukt verarbeitet – es entsteht ein sogenanntes Downcycling (Beispiel Holzabfälle werden zu Spanplatten). Ist ein rein stoffliches Recycling nicht möglich, dann macht es ökologisch Sinn, die Abfälle thermisch und stofflich zu verwerten. Zementwerke sind geeignete Abnehmer solcher Abfälle – der Heizwert wird für den Brennprozess genutzt und der Wertstoff wird Teil des Zements. Erst in einem nächsten Schritt ist die rein thermische Verwertung einer Deponierung vorzuziehen.
Abfälle können wiederverwertet werden. Menschen, die z.B. PET-Flaschen recyclen, wissen das genau. Während PET-Flaschen stofflich wiederverwertet werden – aus einer alten PET-Flasche wird eine neue – können andere Abfälle thermisch oder stofflich und thermisch genutzt werden. Sind diese drei Verwertungsarten nicht möglich, bleibt die Deponierung. Aus Sicht des Recyclings wird die stoffliche Wiederverwertung angestrebt. Ist diese – z.B. aus Qualitätsgründen – nicht möglich, macht es aus gesellschaftlicher und ökologischer Sicht viel Sinn, die Wertstoffe dort einzusetzen, wo die Wiederverwertungseffizienz am grössten ist.
Diesbezüglich schneidet eine stofflichthermische Verwertung sehr gut ab. Abfallfraktionen wie Altpneus, Altholz, Lösungsmittel oder Trockenklärschlamm lassen sich in Zementwerken optimal thermisch und stofflich wiederverwerten, indem ihr Heizwert zum Heizen des Ofens genutzt, der Wertstoff aber gleichzeitig auch Teil des neuen Produkts wird. Im Beispiel der Altreifen sind das die Eisenverstärkungen, welche Teil des neu entstehenden Klinkers werden. Klinker besteht hauptsächlich aus den Elementen Kalzium, Silizium, Aluminium und Eisen.
Diese stofflich-thermische Verwertung der Abfälle ist aus ökologischer Sicht einer rein thermischen Behandlung vorzuziehen. Letztere nutzt zwar die Heizenergie, führt aber zu Reststoffen, die deponiert werden müssen, was eine Belastung späterer Generationen bedeutet. Die rein thermische Behandlung ist aber wiederum der Deponierung vorzuziehen und aus diesem Grund in der Gesetzgebung vorgeschrieben.
Abfälle, die entsorgt werden müssen, sollten also mit möglichst grossem Wirkungsgrad entsorgt bzw. weiterverwertet werden. In Zementwerken können damit Brenn- und Rohstoffe ersetzt werden. Ein illustratives Beispiel ist Klärschlamm aus Abwasserreinigungsanlagen. Diesem kann während der Nassphase Phosphor entzogen werden – welches wiederum der Landwirtschaft als Dünger dient – und anschliessend getrocknet als Brenn- und Rohstoff in der Zementindustrie eingesetzt werden.
Seit Jahren ersetzen die Zementunternehmen der Schweiz mit Abfallfraktionen fossile Brennstoffe. Damit schonen sie die Rohstoffvorkommen sowie das Klima durch geringere CO2-Emissionen. Und sie produzieren ein hochqualitatives Produkt, ohne das kein verdichtetes Bauen oder dauerhafte Infrastrukturen möglich sind.
Die durch die Zementindustrie verwerteten Abfallmengen sind seit den 90-er Jahren gestiegen. Sie könnten aber noch mehr steigen, sofern die Werke weitere Abfallfraktionen einsetzen dürften. Aufgrund der Rahmenbedingungen hinkt die Schweiz diesbezüglich anderen Ländern hinterher. Die Zementwerke Österreichs haben beispielsweise freien Zugang zu den Kunststoff-Abfallfraktionen und können somit eine sehr hohe durchschnittliche Ersatzbrennstoffrate von über 80 Prozent erreichen. Das wiederum ist sehr vorteilhaft für die Umwelt.
Entsorgungssicherheit
Die Schweizer Zementindustrie ist ein wichtiger und verlässlicher Akteur der Abfallentsorgung in der Schweiz und nimmt ihre wichtige Entsorgungsfunktion auch in Krisen wahr. Während der Corona-Pandemie im Frühjahr 2020 zeigte die Industrie, dass sie sich ihrer Verantwortung äusserst bewusst ist.
Die Zementindustrie verwertet seit rund 20 Jahren Klärschlamm aus den Abwasserreinigungsanlagen und Tiermehl aus der Fleischproduktion in ihren Werken. Sie hat in den letzten 20 Jahren ihre Verwertungskapazität mehr als verdoppelt und unter anderem wesentlich mitgeholfen, die BSE-Krise anfangs der 1990er-Jahren zu bewältigen. Sie entsorgt einen Grossteil der nicht mehr auf der Strasse verwendbaren Altreifen, die Mehrheit der zu entsorgenden und bei der chemischen Industrie anfallenden Lösungsmittel, wesentliche Abfälle aus der Lebensmittelindustrie, sowie einen massgeblichen Teil in Abwasserreinigungsanlagen der Schweiz anfallenden Klärschlamms.
Die Schweizer Zementindustrie ist damit ein wichtiger Akteur in der Abfallentsorgung der Schweiz. Altöle, Lösungsmittel, Holzabfälle oder eben nicht mehr verwendete Altreifen finden eine Weiterverwertung in einem Schweizer Zementwerk. Abfallfraktionen in Zementwerken werden sowohl thermisch wie stofflich verwertet. Es verbleiben keine Rückstände, die zulasten späterer Generationen deponiert werden müssen. Folglich ist dieser Weg der reinen thermischen Verwertung überlegen.
Die Schweizer Zementindustrie nimmt ihre wichtige Entsorgungsfunktion auch in Krisen wahr. Während der Corona-Pandemie im Frühjahr 2020 unterstrich die Industrie mit einem Schreiben an den Bundesrat, dass sie sich ihrer Verantwortung äusserst bewusst ist und alles unternimmt, um die Entsorgungswege stets offen zu halten.
Der Entsorgungsweg diverser Abfallfraktionen über die Zementindustrie ist aus diversen Gründen sehr ökologisch. Die CO2-Emissionen der Schweiz werden durch den Einsatz von alternativen Brennstoffen reduziert. Der Landverbrauch für Deponien und der Schadstoffeintrag in Gewässer wird reduziert, die Schadstoffelimination verbessert – wie die Energiebilanz auch. Die Entsorgung bzw. Verwertung adäquater Abfallfraktionen ist jedoch nicht nur aus ökologischer Sicht äusserst sinnvoll. Die Zementindustrie trägt mit ihrem privatwirtschaftlichen Engagement auch dazu bei, die volkswirtschaftlichen Kosten durch Abgaben und Steuern gering zu halten.
Phosphor-Recycling
Ab 2026 ist in der Schweiz sicherzustellen, dass Phosphor aus dem Abwasserpfad und aus phosphorreichen Abfällen zurückgewonnen wird und man somit den Phosphorkreislauf in der Schweiz schliesst. Die Zementindustrie, die in der Schweiz einen wesentlichen Teil des Klärschlamms energetisch und stofflich verwertet, sieht sich als Teil der Lösung und unterstützt diverse Pilot- und Forschungsprojekte für ein effizientes P-Recycling aus Klärschlamm, bei denen keine zu deponierenden Rückstände anfallen und somit sowohl eine energetische wie auch stoffliche Nutzung des Klärschlamms möglich ist. Im August 2020 hat man sich zusammen mit interessierten Kreisen und Behörden an einem gemeinsamen Anlass über mögliche Verfahren ausgetauscht. Die Anwesenden bekundeten grosses Interesse an weiteren Diskussionen zum Thema.
Am 11. August 2020 trafen sich interessierte Kreise mit Vertretern der Behörden und der Zementindustrie, um sich über Verfahren zum Phosphorrecycling aus nassem Klärschlamm zu informieren. Organisiert wurde der Anlass von cemsuisse, anwesend waren neben dem BAFU, Vertreter diverser Kantone und von ARAs sowie weiterer, interessierter Organisationen.
Nach einer kurzen Begrüssung durch Dr. Stefan Vannoni, Direktor von cemsuisse, führte Dr. Kaarina Schenk die vom BAFU vorgegebenen Rahmenbedingen aus. Ab 2026 ist sicherzustellen, dass Phosphor aus dem Abwasserpfad und aus phosphorreichen Abfällen zurückgewonnen und stofflich verwertet wird. Ziel der Phosphorrückgewinnung ist die Schliessung des Phosphorkreislaufes in der Schweiz. Dazu hat ab 2026 jede Anlage, die Phosphor zurückgewinnt 50% des Phosphors bezogen auf den Prozessinput zurückzugewinnen. Für 2036 ist es das Ziel, dass die Mineraldüngerimporte sowie die Importe an chemischen Phosphorprodukten durch das Phosphorrecycling ersetzt werden können.
Dr. Peter Kuhn, Leiter der Abteilung für Umwelt des Kantons Aargau, stellte diverse Fragen in den Raum, die im Zusammenhang mit Phosphor-Recycling und den verschiedenen Akteuren aus seiner Sicht derzeit offen sind und bekräftigte, dass bei einer Kreislaufwirtschaft alle beteiligten Organisationen ihren Beitrag leisten müssen. Abwarten, dass der nächste etwas tut, geht nicht. Er appellierte entsprechend für eine breite Zusammenarbeit entlang der Stoffflüsse.
Ingo Schoppe, Geschäftsführer der ARA Thunersee, legte dar, dass stets eine ökologische und energetische Gesamtbetrachtung gemacht werden müsse. Transportwege, Stoffflüsse und Energiebedarf sind wichtig. Eine Gesamtbetrachtung der Nachhaltigkeitsfaktoren (sozial, ökonomisch, ökologisch) ist aus seiner Sicht angebracht.
Adrian Schuler, Geschäftsführer der arabern, fasste die Ergebnisse der Versuche, welche auf der arabern durchgeführt wurden, zusammen. Das Fazit war, dass das ursprünglich angestrebte Verfahren so nicht funktionierte. Ein angepasstes Verfahren ist im Labormassstab machbar, hätte aber grosse Prozessanpassungen und unverhältnismässig grossen Bedarf an Betriebsmitteln wie starken Säuren zur Folge. Viele der gewonnenen Erkenntnisse sind übertragbar auf andere Schweizer Kläranlagen. Folglich bräuchte es noch weitere Forschungsanstrengungen, um das Verfahren weiterzuentwickeln und integrierbar für die arabern zu machen.
Die Zementindustrie, die in der Schweiz einen grossen Teil des Klärschlamms energetisch und stofflich verwertet, sieht sich als Teil der Lösung, wie auch Dr. Clemens Wögerbauer, Geschäftsführer von Geocycle Schweiz und Italien, ausführte. Klärschlamm und Tiermehl sind wesentliche Fraktionen alternativer Brennstoffe biogenen Ursprungs, deren Einsatz folglich auch in Bezug auf die CO2-Emissionen der Schweiz sinnvoll ist. Können primär fossile Brennstoffe in der Zementindustrie durch biogene Brennstoffe eingespart werden, dient das generell dem Klima und im konkreten Fall auch der Klimabilanz der Schweiz. Ferner bleiben keine Abfallfraktionen übrig, die deponiert oder anderweitig entsorgt werden müssen. Die Zementindustrie unterstützt diverse Pilot- und Forschungsprojekte für ein effizientes P-Recycling aus Klärschlamm, bei welchen eine energetische sowie stoffliche Nutzung des Klärschlamms möglich ist und somit Rückstände entfallen. Die Schweiz nimmt in diesem Bereich eine Pionierrolle ein, da bereits ab 1. Januar 2026 der Phosphor aus phosphorreichen Abfällen, wie Tiermehl und Klärschlamm zurückgewonnen werden muss.
Seitens cemsuisse zeigte Dr. Martin Tschan, Leiter Umwelt Technik Wissenschaft, einige vorläufige Ergebnisse aus Versuchen mit einem HTC-Verfahren an der ZHAW. Dabei ist es gelungen eine Kohle zu erzeugen, die gut im Zementwerk als Brennstoff verwertet werden kann. Der Phosphor konnte in das Prozesswasser abgetrennt werden, während Schwermetalle in der Kohle sind. Hier bedarf es jedoch noch Forschungen, wie der Prozess in die heutige Entsorgungslandschaft integriert werden kann.
Es herrschte Einigkeit darüber, dass eine Betrachtung aller Stoff- und Energieflüsse wichtig und die Deponierung oder anderweitige Entsorgung von Reststoffen im Grundsatz zu vermeiden ist. Eine gesamtökologische Sicht ist wichtig – es darf nicht nur darum gehen, möglichst viel Phosphor um jeden monetären und ökologischen Preis zurückzugewinnen. Emissionen, wie Luftschadstoffe, CO2 und Lärm, sind ebenfalls wichtige Umwelteffekte, welche es zu berücksichtigen gilt.
Offen ist noch, welche «Phosphorprodukte» hergestellt werden können und ob Abnehmer bzw. Zahlungsbereitschaften existieren. Die Anwesenden bekundeten grosses Interesse an weiteren Diskussionen zum Thema.