Concrete Plant + Precast Technology Betonwerk ... - BFT International

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Energy contents and CO 2 emissions in pipe production –
Comparison of concrete with other materials
Energieinhalte und CO 2 -Emissionen bei der Produktion von Rohren –
Vergleich Beton mit anderen Werkstoff en
Autoren
Prof. Dr.-Ing. Eckehard Specht,
Otto-von-Guericke-Universität
Magdeburg
eckehard.specht@ovgu.de
Geb. 1952; Studium der
Verfahrenstechnik an der TU
Clausthal; seit 1993 Professor
für Thermodynamik und Verbrennung
an der Otto-von-Guericke-Universität
Magdeburg;
Hauptarbeitsgebiete: Hochtemperaturverfahrenstechnik,
Prozesse in Industrieöfen.
Dipl.-Ing. Nadine Lorenz,
Otto-von-Guericke-Universität
Magdeburg
nadine.lorenz@ovgu.de
Geb. 1982; 2002–2007 Studium
der Verfahrenstechnik an
der Otto-von-Guericke-Universität
Magdeburg; seit 2007
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
am Institut für Strömungstechnik
und Thermodynamik
an der Otto-von-Guericke-Universität
Magdeburg.
Introduction
Cumulative balances are used for the assessment of energy
consumption and CO 2 emissions in the production
of pipes with diff erent materials. These balances do not
only comprise the energy consumed in the actual production
process but also the provision of energy sources and
raw materials. They include the extraction, transport and
processing of fossil fuels and raw materials. In addition,
these balances also contain the energy consumption and
CO 2 emissions of purchased products such as cement and
steel, as well as the rubber used for sealing.
Cumulative energy consumption and
CO 2 emissions
The values used in this article represent average data for
the production of pipes manufactured in Germany. For
the cumulative energy consumption of concrete pipes, a
value of 0.69 MJ/kg was determined while CO 2 emissions
amounted to up to 0.095 kg CO2 /kg. In cases of exceptionally
high loads, reinforced concrete pipes are used. These
pipes are produced with an equivalent steel structure,
which is why energy consumption increases by 0.49 MJ/
kg and thus amounts to 1.18 MJ/kg for reinforced
concrete. Correspondingly, the CO 2 emissions go up to
0.136 kg CO2 /kg. The cumulative energy consumption in
the production of vitrifi ed clay pipes amounts to 7.18 MJ/
kg with emissions of 0.419 kg CO2 /kg. For plastic pipes, energy
consumption depends on the specifi c plastic material
used and ranges from 57 to 69 MJ/kg. The associated CO 2
emissions are in the range from 1.72 to 2.49 kg CO2 /kg. In
comparison to the other materials, these values are signifi
cantly higher. Fig. 1 shows the cumulative CO 2 emissions
for the three materials, i.e. concrete, reinforced concrete
and vitrifi ed clay. It becomes apparent that, for
vitrifi ed clay, the CO 2 emissions of the fossil fuels account
for the highest share (76%) whereas, for concrete, 54% of
the CO 2 emissions result from limestone decomposition
during cement production. The additional chemically in-
Fig. 1 Specifi c CO emissions in the production of pipes.
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Abb. 1 Spezifi sche Kohlendioxidemissionen bei der Herstellung
von Rohren.
| Proceedings 54 th BetonTage
Einleitung
Zur Beurteilung von Energieaufwänden und CO 2 -Emissionen
bei der Herstellung von Rohren aus unterschiedlichen
Werkstoff en dienen sog. kumulative Bilanzen. Diese
berücksichtigen zusätzlich zum Energieaufwand des
Herstellungsprozesses die Bereitstellung aller Energieträger
und Materialien. Sie umfassen somit auch den
Bergbau, Transport und die Aufbereitung der Energiestoffe
und Rohstoff e. Außerdem beinhaltet die Bilanz den
Energieaufwand und die Kohlendioxidemissionen zugekaufter
Produkte wie Zement, Stahl und den Gummi für
die Dichtungen.
Kumulativer Energieaufwand und resultierende
CO 2-Emissionen
Die in diesem Beitrag verwendeten Daten repräsentieren
mittlere Werte für die Produktionen und Werke für
Deutschland. Für den kumulativen Energieaufwand wurde
für die Herstellung von Betonrohren ein Wert von
0,69 MJ/kg ermittelt, und es ergeben sich 0,095 kg CO2 /kg.
Für Fälle starker Belastung der Rohre werden meist Stahlbetonrohre
verwendet. Bei diesen Rohren wird bei der
Herstellung ein entsprechendes Stahlgerüst verarbeitet.
Der Energieaufwand erhöht sich somit um 0,49 MJ/kg
und beträgt so für Stahlbeton 1,18 MJ/kg. Ebenso steigen
die CO 2 -Emissionen auf 0,136 kg CO2 /kg. Der kumulative
Energieaufwand bei der Produktion von Steinzeugrohren
beträgt 7,18 MJ/kg. Es entstehen dabei 0,419 kg CO2 /kg. Für
Kunststoff beträgt der Energieverbrauch je nach Kunststoff
zwischen 57 und 69 MJ/kg und die dazugehörigen
CO 2 -Emissionen liegen in einem Bereich von 1,72 und
2,49 kg CO2 /kg. Im Vergleich zu den anderen Materialien
sind die Werte deutlich höher. In der Abb. 1 sind die kumulativen
CO 2 -Emissionen für die drei Werkstoff e Beton,
Stahlbeton und Steinzeug aufgeschlüsselt. Beim Betrachten
der Abb. 1 wird deutlich, dass bei Steinzeug die fossilen
Brennstoff e mit 76 % den größten Anteil an den CO 2 -
Emissionen ausmachen, während es bei Beton mit 54 %
die Kalksteinentsäuerung ist. Die zusätzlichen chemisch
bedingten CO 2 -Emissionen entstehen bei der Herstellung
des Kalks aus Kalkstein (CaCO 3 CaO + CO 2 ) und müssen
bei der Bilanzierung mit berücksichtigt werden. Des Weiteren
ist erkennbar, dass bei der Herstellung der Stahlbetonrohre
die Emissionen durch den verwendeten Stahl
30 % der gesamten CO 2 -Emissionen ausmachen. Kohlendioxidemissionen
aus der Stromerzeugung ergeben sich
bei den Beton- und Stahlbetonrohren zu gleichen Anteilen
aus dem Zement- und dem Herstellungswerk.
Längenbezogener Energieaufwand und
längenbezogene CO 2-Emissionen
Da die unterschiedlichen Materialien hinsichtlich Energieaufwand
und CO 2 -Emissionen nur am speziellen Produkt
verglichen werden können, werden die Energieverbräuche
und Emissionen auf die Rohrlänge bezogen. In
BFT 02/2010