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Energie- und Ressourcen - Management GmbH
Modellbasierte Ergebnisse zum Anfall an (PAK-haltigen) Ausbauasphalt,
zum Reyclingbedarf bis ins Jahr 2035
Dr. Elmar Kuhn, AWEL, Abt. Abfallwirtschaft und Betriebe, Zürich
Modellierung: Dr. Stefan Rubli, Energie- und Ressourcen-Management GmbH
PAK-Ausbauasphalt-ModellierungCercle Déchets, 29. Oktober 2013
SG, TG, ZH, FL
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Inhalte der Präsentation
1. Fragestellung
2. Grundlagen zur Modellierung der Materiallager- und flüsse
3. Resultate
4. Erkenntnisse
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Fragestellung und Grundlagen
1. Welche Mengen an PAK-haltigen Belag befinden sich heute noch in den Strassen?
2. Welche Mengen gelangen bis 2035 jährlich in die Entsorgung.
3. Abschätzen der Kosten für die Beseitigung der PAK-haltigen Beläge, damit Kantone (Budget, Logistik) und Industrie (Planungen, Anlagenbau) sich ein Bild über die Auswirkungen der neuen Vorschriften machen können.
4. Nutzer der Information: Umweltfachstellen, Tiefbau-ämter, Asphalt- und Recyclingbranche, potentielle Ersteller von Behandlungsanlagen für PAK-Beläge.
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Vorgehen
Die Modellrechnungen sollen für jeden Kanton und über die gesamte Region durchgeführt werden. Es soll nach den folgenden „PAK-Klassen“ differenziert werden:
- kleiner 1‘000 ppm (d. h. „unbelasteter“ Belag)
- 1‘000 – 5‘000 ppm
- 5‘000 – 20‘000 ppm
- grösser 20‘000 ppm
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Modellaufbau
Vergleich der PAK-FraktionenLager im Belag, 1000 t
Systemgrenze Region (SG, TG, ZH, FL), Bezugsjahr 2012
1'000 [Tonnen]
17Bindemittel
15Bindemittel
12Bindemittel
312
PAK < 1K
136
PAK 1-5K
84
PAK 5-20K
20PAK > 20K
458
Str.-Aufbr.
4RC-AG
23RC-AG
113
RC-AG
332
RC-AG
4Rest
01K
01-5K
05-20K
0> 20K
0SA
25PAK < 1K
11PAK 1-5K
7PAK 5-20K
20PAK > 20K
22Str.-Aufbr.
287
PAK < 1K
125
PAK 1-5K
77
PAK 5-20K
0PAK > 20K
436
Str.-Aufbr.
0Rest
0K/S
0RC-KS
0RC-KS
0RC-KS
430RC-KS
0Rest
329
K/S323
K/S223
K/S1 128
K/S
350
Belag
361
Belag
348
Belag
1 890
Fundation
STRASSEN
1
Triage
2
Behandlung
3
Deponie / Weitere
4
Aufbereitung AA
5
Aufbereitung K/S
6
Prod. DS
7
Prod. BS
8
Prod. TS
9
Prod. FU
10
Abbau und Aufbereitung 1°-Material
11
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Modellaufbau
Berechnung der in den Strassen gelagerten Asphaltbeläge und Kies/Sand (in Fundation)
Berechnung Aufbau Verkehrs- Längen Breiten Flächen Deck-/Traghöhe Bauvol. Dichte Lager Asphalt Lager Fundation Instandsetzungsintevalle
Materiallager Oberbau lastklassen m m m2 m m3 t/m3 t t Oberbau in Jahren
Nationalstrassen 6-spurig Deckschicht T6 29'700 35 1'039'500 0,04 41'580 2,4 99'792 30(inkl 7-sp.) Binderschicht T6 29'700 35 1'039'500 0,09 93'555 2,4 224'532 40
Tragschicht T6 29'700 35 1'039'500 0,12 124'740 2,4 299'376 60Fundation T6 29'700 35 1'039'500 0,60 623'700 1,6 997'920 80
4-spurig Deckschicht T5 213'466 23 4'909'707 0,04 196'388 2,4 471'332 30Binderschicht T5 213'466 23 4'909'707 0,09 441'874 2,4 1'060'497 40Tragschicht T5 213'466 23 4'909'707 0,12 589'165 2,4 1'413'995 60Fundation T5 213'466 23 4'909'707 0,60 2'945'824 1,6 4'713'318 80
2-spurig Deckschicht T5 20'100 14 281'400 0,04 11'256 2,4 27'014 30(inkl. 3-sp.) Binderschicht T5 20'100 14 281'400 0,09 25'326 2,4 60'782 40
Tragschicht T5 20'100 14 281'400 0,09 25'326 2,4 60'782 60Fundation T5 20'100 14 281'400 0,60 168'840 1,6 270'144 80
Total Nationalstr. 263'266 6'230'607 5'287'574 3'718'103 5'981'382
Kantonsstrassen Deckschicht T5 3'302'000 7 23'114'000 0,04 924'560 2,4 2'218'944 20Binderschicht T5 3'302'000 7 23'114'000 0,09 2'080'260 2,4 4'992'624 40Tragschicht T5 3'302'000 7 23'114'000 0,09 2'080'260 2,4 4'992'624 60Fundation T5 3'302'000 7 23'114'000 0,60 13'868'400 1,6 22'189'440 120
Gemeindestrassen Deckschicht T4 10'212'500 6 61'275'000 0,03 1'838'250 2,4 4'411'800 20Binderschicht T4 10'212'500 6 61'275'000 0,07 4'289'250 2,4 10'294'200 40Tragschicht T4 10'212'500 6 61'275'000 0,07 4'289'250 2,4 10'294'200 60Fundation T4 10'212'500 6 61'275'000 0,50 30'637'500 1,6 49'020'000 100
Geh- und Radwege Deckschicht T1/T2 12'355'500 2,0 24'711'000 0,03 741'330 2,4 1'779'192 20(ohne nicht-asphaltierte Binderschicht T1/T2 12'355'500 2,0 24'711'000 0,00 0 2,4 0 40 Wege) Tragschicht T1/T2 12'355'500 2,0 24'711'000 0,07 1'729'770 2,4 4'151'448 60
Fundation T1/T2 12'355'500 2,0 24'711'000 0,40 9'884'400 1,6 15'815'040 100Total Strassen+Wege 25'870'000 109'100'000 72'363'230 43'135'032 87'024'480
Parkplätze 9'506'300 0,10 950'630 2,4 2'281'512 409'506'300 0,40 3'802'520 1,6 6'084'032 100
Total 26'133'266 115'330'607 82'403'954 2,2 49'134'647 99'089'894
Abschätzung Materiallager
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Modellaufbau
Zeitliche Entwicklung der Materiallager in den Strassen
0
5'000
10'000
15'000
20'000
25'000
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
Str
as
se
nlä
ng
en
in
km
Entwicklung Strassenlängen in km aus Neubauraten
ÜBRIGE STRASSEN
GEMEINDE-STRASSEN
KANTONS-STRASSEN
NATIONAL-STRASSEN
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Modellaufbau: Entwicklung der PAK- Lager
Anteil PAK < 1K
Anteil PAK 1-5K
Anteil PAK 5-20K
Anteil PAK > 20K
Total (muss = 100 sein)
Bindemittel IMPORT (dh NEU)
1960 3,0 42,0 50,0 5,0 100
1970 10,0 50,0 20,0 20,0 100,001980 30,0 55,0 10,0 5,0 100,001990 80,0 19,0 1,0 0,0 100,002010 100,0 0,0 0,0 0,0 100,00
2020 100,0 0,0 0,0 0,0 100,00
2035 100,0 0,0 0,0 0,0 100,00
Entwicklung der PAK-Lager
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Kalibrierung und Validierung
Kalibrierung
Thurgau St. Gallen Zürich FLJahr Input Input Input Total
Input Daten ÜBERREGIO Modell 2007 225'325 404'285Deckschicht 347'669 2008 135'307 595'908Binderschicht 362'262 2009 232'478 710'764Tragschicht 350'000 2010 231'435 851'827Input Belag Total 1'081'462 1'059'931 2011 324'989 806'083
Mittelwert 139'119 229'907 673'773 38'663 1'081'462Input Fundation 1'918'446
ARV-Daten 2010 Output Output Output Output TotalAusbauasphalt
Output Belag Daten ÜBERREGIO Modell <5000 ppm 75'300 82687 220'000 21'442 399'429PAK <1K 290'802 5-20'000ppm 1'000 3280 23'000 27'280PAK 1-5K 399'429 138'371 >20'000ppm 1'600 1064 26'000 262 28'926PAK 5-20K 27'280 84'377 Total 77'900 87031 269000 21704 455'635PAK >20K 28'926 20'126 Total 455'635 533'676
Str-Aufbr. 446'212
TOTAL_out 979'888
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Kalibrierung und Validierung
Validierung mit Auswertung Bohrkernanalysen
Kanton Zürich Kanton ThurgauAuswertung Bohr- Modell Vergleich Auswertung Bohr- Modellkerne (n = 8616) kerne (n = 150)
Verteilung in Prozent in Prozent Verteilung in Prozent in Prozent
PAK <1'000ppm 55,7 PAK <1'000ppm 42,1
PAK 1'000 - 5'000ppm 25,5 PAK 1'000 - 5'000ppm 31,5
Summe PAK 0 - 5000ppm 82,0 81,2 Summe PAK 0 - 5000ppm 63,8 73,6
PAK 5'000 - 20'000ppm 12,4 15,0 PAK 5'000 - 20'000ppm 24,8 21,8
PAK >20'000ppm 5,6 3,8 PAK >20'000ppm 11,4 4,6
FürstentumKanton St. Gallen LiechtensteinVergleich Auswertung Bohr- Modell Vergleich Auswertung Bohr- Modell
kerne (n = 197) kerne (n = 141)
Verteilung in Prozent in Prozent Verteilung Prozent Prozent
PAK <1'000ppm 48,0 PAK <1'000ppm 62,0
PAK 1'000 - 5'000ppm 29,1 PAK 1'000 - 5'000ppm 22,5
Summe PAK 0 - 5000ppm 71,6 77,1 Summe PAK 0 - 5000ppm 82,3 84,5
PAK 5'000 - 20'000ppm 21,3 18,5 PAK 5'000 - 20'000ppm 10,6 12,3
PAK >20'000ppm 7,1 4,4 PAK >20'000ppm 7,1 3,2
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Definition Szenarien
Szenario REFERENZ: Zulässige Zugabeanteile von RC-Granulat gemäss SN 640 431-1-b-NA :Deckschicht: 0 bis 30%; im Referenzszenario 5% für die Jahre 2010 und 2035Binderschicht: bis 30%; im Referenzszenario 30% für die Jahre 2010 und 2035Tragschicht: bis 60%; im Referenzszenario 60% für die Jahre 2010 und 2035Fundation: bis 70%; im Referenzszenario 20% für die Jahre 2010 und 2035 Szenario: PAK>5’000ppm in BehandlungDie Fraktionen mit einem PAK-Gehalt von grösser 5000ppm werden einem thermischen oder chemischen Behandlungsprozess zugeführt.
Szenario: PAK>1’000ppm in BehandlungDie Fraktionen mit einem PAK-Gehalt von grösser 1000ppm werden einem thermischen oder chemischen Behandlungsprozess zugeführt.
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Definition Szenarien
Szenario: MAXIMALES Recycling
In diesem Szenario werden die folgenden RC-Asphaltgranulatanteile für die Jahr 2010 und 2035 eingesetzt:
RC-Anteil Deckschicht: 20%RC-Anteil Binderschicht: 50%RC-Anteil Tragschicht: 80%RC-Anteil Fundation: 80%
Die PAK-belasteten Asphaltfraktionen im Output werden gleich entsorgt wie im Referenzszenario (>20‘000ppm in Deponie, der Rest in die Aufbereitung).
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Resultate
Materialflüsse Szenario REFERENZ, Jahr 2035
Vergleich der PAK-FraktionenLager im Belag, 1000 t
Systemgrenze Region (SG, TG, ZH, FL), Bezugsjahr 2035
1'000 [Tonnen]
14Bindemittel
10Bindemittel
7Bindemittel
471
PAK < 1K
115
PAK 1-5K
73
PAK 5-20K
14PAK > 20K
530
Str.-Aufbr.
10RC-AG
70
RC-AG
115
RC-AG
174
RC-AG
256
Rest
01K
01-5K
05-20K
0> 20K
0SA
24
PAK < 1K
6
PAK 1-5K
4PAK 5-20K
14PAK > 20K
26
Str.-Aufbr.
448
PAK < 1K
109
PAK 1-5K
70
PAK 5-20K
0PAK > 20K
503
Str.-Aufbr.
0Rest
0K/S
0RC-KS
0RC-KS
0RC-KS
502RC-KS
0Rest
258
K/S162
K/S77
K/S194
K/S
282
Belag
242
Belag
198
Belag
871
Fundation
STRASSEN
1
Triage
2
Behandlung
3
Deponie / Weitere
4
Aufbereitung AA
5
Aufbereitung K/S
6
Prod. DS
7
Prod. BS
8
Prod. TS
9
Prod. FU
10
Abbau und Aufbereitun
g 1°-Material
11
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Resultate
Entwicklung Outputflüsse Szenario REFERENZ
0
20'000
40'000
60'000
80'000
100'000
120'000
19
60
19
65
19
70
19
75
19
80
19
85
19
90
19
95
20
00
20
05
20
10
20
15
20
20
20
25
20
30
20
35
To
nn
en
pro
Ja
hr
Outputflüsse Strassen total (PAK 5 -20K; >20K)
PAK 5-20KPAK >20K
0
100'000
200'000
300'000
400'000
500'000
600'000
700'000
800'000
19
60
19
65
19
70
19
75
19
80
19
85
19
90
19
95
20
00
20
05
20
10
20
15
20
20
20
25
20
30
20
35
To
nn
en
pro
Ja
hr
gestapelte Outputflüsse Strassen total (ohne Str. Aufbr.)
PAK >20K
PAK 5-20K
PAK 1-5K
PAK <1K
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Resultate
Materialflüsse in Entsorgungsprozesse im Szenario REFERENZ
0
100'000
200'000
300'000
400'000
500'000
600'000
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
Tonn
en p
ro J
ahr
Verteilung der Outputflüsse auf die Entsorgungsprozesse (ohne Strassenaufbruch)
Behandlung
Total in Deponie
von Aufbereitung in Produktion
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Resultate
Entwicklung der szenarioabhängigen Materialflüsse
0
100'000
200'000
300'000
400'000
500'000
600'000
700'00019
60
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
To
nn
en p
ro J
ahr
Materialflüsse in Aufbereitung bzw. Produktion (ohne Kies/Sand)
Szenario REFERENZ
Szenario >5000ppm in Behandlung
Szenario >1000ppm in Behandlung
Szenario MAXIMALES Recycling
0
50'000
100'000
150'000
200'000
250'000
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
To
nn
en p
ro J
ahr
Materialflüsse in Behandlung (ohne Kies/Sand)
Szenario REFERENZ
Szenario >5000ppm in Behandlung
Szenario >1000ppm in Behandlung
Szenario MAXIMALES Recycling
0
50'000
100'000
150'000
200'000
250'000
300'000
350'000
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
To
nn
en p
ro J
ahr
Materialflüsse in Deponien (ohne Kies/Sand)
Szenario REFERENZ
Szenario >5000ppm in Behandlung
Szenario >1000ppm in Behandlung
Szenario MAXIMALES Recycling
0
50'000
100'000
150'000
200'000
250'000
300'000
350'000
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
To
nn
en p
ro J
ahr
Strassenaufbruch in die Deponie oder weitere Anwendungen
Szenario REFERENZ
Szenario >5000ppm in Behandlung
Szenario >1000ppm in Behandlung
Szenario MAXIMALES Recycling
Handel
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Resultate
Entwicklung der szenarioabhängigen Entsorgungskosten
0
5
10
15
20
25
30
35
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
Ents
orgu
ngsk
oste
n in
Mill
ione
n C
HF
Jahr
Vergleich der Entsorgungkosten der vier Szenarien
Szenario REFERENZ
Szenario >5000ppm in Behandlung
Szenario >1000ppm in Behandlung
Szenario MAXIMALES Recycling
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Erkenntnisse
Modellspezifische Aspekte
• Jeder der am Projekt beteiligten Kantone sowie das Fürstentum Liechtenstein verfügt über ein Modell, welches auf kantons- bzw. landesspezifischen Datengrundlagen basiert.
• Mit den Modellen lässt sich eine Vielzahl von kantons- bzw. landesspezifischen Szenarien rechnen. Die vier Szenarien dienen als Beispiele und wurden entsprechend der Fragestellung in diesem Projekt definiert.
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Erkenntnisse
Erkenntnisse aus den Modellierungen1. Der Rückgang der PAK-belasteten Fraktionen ist aufgrund der tiefen Sanierungsrate und der gewählten Sanierungsstrategie der Tiefbauämter langsam.
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
2030
2035
Ant
eil O
utpu
t in
%
Outputflüsse im Verhältnis zum Lager in %)
PAK <1K
PAK 1-5K
PAK 5-20K
PAK >20K
2. Auch bei der thermischen Behandlung von PAK >1‘000ppm entsteht Überschuss, allerdings erfolgt diese zu einem späteren Zeitpunkt.
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Erkenntnisse
Erkenntnisse aus den Modellierungen
4. Die Entsorgungskosten nehmen unabhängig von den Szenarien weiterhin zu.
Zunehmendes Lager bedeutet zunehmende Outputflüsse.
5. Die Zusatzkosten im Vergleich zum Szenario REFERENZ können erheblich sein, sie reduzieren sich aber in Zukunft.
-20
0
20
40
60
80
100
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An
gab
en in
Pro
zen
t
Jahr
Zunahme der Kosten gegenüber Szenario REFERENZ in Prozent
Szenario >5000ppm in Behandlung
Szenario >1000ppm in Behandlung
Szenario MAXIMALES Recycling
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Diskussion
Massnahmen für ein nachhaltiges Baustoffmanagement-Erhöhung der RC-Anteile in der Mischgutproduktion.
-PAK-haltiger Ausbauasphalt von der Heissmischverfahren fernhalten bzw. thermisch behandeln (zumindest ab 5000ppm):
- von ökonomischen Rahmenbedingungen abhängig oder
- durch TVA vorgeben
- Optionen (ab bestimmter Frist oder sequentiell):
- >20’000 ppm behandeln
- 5-20’000 ppm behandeln
- 1000-5000ppm entsorgen/behandeln
-Aufbereitung des Strassenaufbruch in der Weise, dass dieser auch für die Betonproduktion genutzt werden kann Dies bedingt, dass er nicht mit Asphaltgranulaten durchsetzt ist.
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Besten Dank fürs Zuhören……..
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