Modellbasierte Ergebnisse zum Anfall an (PAK-haltigen) Ausbauasphalt, zum Reyclingbedarf bis ins Jahr 2035 Dr. Elmar Kuhn, AWEL, Abt. Abfallwirtschaft

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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 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




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




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




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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




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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

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60

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1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2015

2020

2025

2030

2035

An

gab

en in

Pro

zen

t

Jahr

Zunahme der Kosten gegenüber Szenario REFERENZ in Prozent




Handel

Forschung

Beratung

Engineering


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……..

Documents

Modellbasierte Ergebnisse zum Anfall an (PAK-haltigen) Ausbauasphalt, zum Reyclingbedarf bis ins Jahr 2035 Dr. Elmar Kuhn, AWEL, Abt. Abfallwirtschaft