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Wolfgang Fratzscher und Karl Stephan (Hrsg.)
Strategien zur Abfallenergieverwertung
Aus dem Programm ___________ __ Umweltwissenschaften
Martin Kaltschmitt/Guido A. Reinhardt Nachwachsende Enerlletracer Grundlagen, Verfahren, okologische Bilanzierung
Andreas Patyk/Guido A. Reinhardt Dunlemlttel - Enerlle- und Stoffstrombilanzen
Mario Schmidt/Ulrich Hopfner 20 Jahre lfeu-Instltut Engagement fUr die Umwelt zwischen Wissenschaft und Politik
Wolfgang Fratzscher und Karl Stephan (Hrsg.) Strategien zur Abfallenergieverwertung Ein Beitrag zur Entropiewirtschaft
Klaus Heinloth Die Enerciefrage Bedarf und Potentiale, Nutzen, Risiken und Kosten
Gunter Fehr (Hrsg.) Nahrstoffbilanzen fur FluBeinzugscebiete Ein Beitrag zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinien
Egbert BoekerjRiek van Grondelle Physik und Umwelt
Jens Borkenj Andreas Patykj Guido A. Reinhardt Basisdaten fur okologische Bilanzierungen Einsatz von Nutzfahrzeugen in Transport, Landwirtschaft undBergbau
vieweg ________________ _
Wolfgang Fratzscher und Karl Stephan (Hrsg.)
Strategien zur Abfallenergieverwertung
Ein Beitrag zur Entropiewirtschaft
~ vleweg
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Ein Titeldatensatz fiir diese Publikation ist bei Der Deutschen Bibliothek erhiiltlich.
Forschungsberichte der interdisziplinaren Arbeitsgruppen der BERLIN-BRANDENBURGISCHEN AKADEMIE DER WISSENSCHAFTEN
Forschungsbericht der interdisziplinaren Arbeitsgruppe "Strategien zur Abfallenergieverwertung - ein Beitrag zur Entropiewirtschaft" an der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften: Prof. Dr. Wolfgang Fratzscher (Sprecher), Martin-Luther-Universitiit Halle-Wittenberg, Halle Prof. Drs. Karl Stephan (stellv. Sprecher), Universitat Stuttgart Prof. Drs. Wolfram Fischer, Freie Universitiit Berlin Prof. Dr. Siegfried GroBmann, Philipps-Universitiit Marburg Prof. Dr. Klaus Hartmann, GESIP Berlin Prof. Dr. Dietrich Hebecker, Martin-Luther-Universitat Halle-Wittenberg, Halle Prof. Dr. Hasso Hofmann, Humboldt-Universitat zu Berlin Prof. Dr. Reinhard F. Hiitt!, Brandenburgische Technische Universitat Cottbus Prof. Dr. Klaus Lucas, RWTH Aachen Prof. Dr. Werner Meng, Universitat des Saarlandes, Saarbrucken Prof. Dr. Dieter Mewes, Universitat Hannover Prof. Dr. Ortwin Renn, Akademie fiir Technikfolgenabschiitzung, Stuttgart Prof. Dr. Martin Weisheimer, Institut fUr Wirtschaftsforschung Halle Dr. Oliver Bens, Brandenburgische Technische Universitiit Cottbus Dr. Monika Bergmeier, Berlin Dr. Klaus Michalek, Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften Dr. Alexander Tokarz, Leipzig
1. Auflage Oktober 2000
Aile Rechte vorbehalten © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 2000 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 2000
Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Fachverlagsgruppe BertelsmannSpringer.
www.vieweg.de
Das Werk einschlieBlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschiitzt. Jede Verwertung auBerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzuliissig und strafbar. Das gilt insbesondere fUr VervielfaJtigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Konzeption und Layout des Umschlags: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de
Gedruckt auf saurefreiem Papier
ISBN 978-3-322-89903-3 ISBN 978-3-322-89902-6 (eBook)
DOl 10.1007/978-3-322-89902-6
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Vorwort
Seit der Neugrundung der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften 1992 werden von ihren Mitgliedem und auswartigen Fachexperten Projekte zu aktuellen Themen interdisziplinar bearbeitet, urn Standpunkte zur Qualifizierung der einschlagigen Diskussion in der Gesellschaft zu unterbreiten. Zweifellos gehOrt der Komplex Energie in vielerlei Hinsicht zu Themen dieser Art. Diesern Themenkreis ist auch das vorliegende Buch ,,Abfallenergieverwertung - ein Beitrag zur Entropiewirtschaft" gewidmet. Es stellt das Ergebnis einer etwa dreijiibrigen Zusammenarbeit und Diskussion innerhalb einer Arbeitsgruppe der Akademie dar.
Die durch die Uberschrift gekennzeichnete Zielstellung soIl deutlich machen, dass in Erweiterung der allgemein ublichen Betrachtungsweisen zur Diskussion von Energieproblemen ein anderer Ansatz verwendet worden ist, der zu weiteren und auch tieferen Einsichten in die energetische Situation der Gesellschaft sowie zu strategisch orientierten Handlungsempfehlungen fUhren kann, die bei Entscheidungen zumindest bedacht sein sollten.
Der hier benutzte Ansatz besteht in der expliziten Einbeziehung der Aussagen des II. Hauptsatzes der Thermodynamik, des Entropiesatzes, sowie der Betrachtung der energetischen, im allgemeinen Sinn technologischen Systeme als offene Systeme, die in einer durch die Umwelt gegebenen Umgebung und den dadurch festgelegten thermodynamischen Zustandsparametem arbeiten. Da fUr die Energie ein Erhaltungssatz gilt, geben die so definierten Systeme die ihnen zugefiihrte Energie in Ganze wieder an die Umgebung ab, wahrend die Entropieabgabe nach dem Entropiesatz mindestens urn den Betrag der nichtumkehrbaren Entropieproduktion groBer sein muss als die Entropiezufuhr. Die Entropieabgabe ist an die Stoff- und Warmeabgabe der Systeme an die Umgebung gebunden. Diese kann im weiteren Sinn als Abfallenergie bezeichnet werden. Ihre Reduzierung vermindert den erforderlichen Energieeinsatz und tragt damit zur rationellen Energieanwendung bei.
Ein solcher Ansatz ermoglicht zunachst einmal, den Begriff Abfallenergie scharfer zu fassen. Er ist nicht nur, wenn auch quantitativ am bedeutendsten, an Abwarme gebunden, sondem umfasst auch stoffliche Anteile, die aus der Tatsache resultieren, dass der jeweilige Abgabezustand des Stoffexportes sich von dem der Umgebung unterscheidet, sodass dadurch bei dem Ubergangsprozess auBere Nichtumkehrbarkeiten erzeugt werden, die fUr das System einen Entropieexport darstellen. Diese Feststellung erfordert es, den Bereich der Abfallstoffwirtschaft mit in den Kreis der Betrachtungen einzubeziehen.
Andererseits kann durch einen solchen Ausgangspunkt, gegeben durch die Einbeziehung der Umgebung, das Bemuhen urn eine Abfallenergieverwertung als ein Beitrag urn die Auseinandersetzung zur nachhaltigen Entwicklung angesehen werden. Das wird allein schon durch die Tatsache unterstrichen, dass die Energietrager den groBten technologischen Massenaustausch der menschlichen Gesellschaft mit ihrer Umgebung darstellen. Bezeichnet man eine solche Betrachtungsweise aus thermodynamischer Sicht als Entropiewirtschaft, so kann deren Zielstellung als ein positiver Beitrag zur Nachhaltigkeit bezeichnet werden.
In dem Buch wird zunachst der Zusammenhang zwischen Abfallenergie und II. Hauptsatz, d. h. der Entropie, aus thermodynamischer Sicht ausfiihrlich dargestellt, urn den zu betrachtenden Gegenstand zu definieren und einen Beitrag zur terminologischen Kllirung zu leisten. AnschlieBend werden, mehr beispielhaft, die technischen Moglichkeiten zur Beeinflussung, d. h. natiirlich zur Verbesserung, der technologischen Systeme aufgezeigt. Entsprechend der
VI Vorwort
Orientierung werden nicht nur die Energieform Wlirme, sondern auch stoffiiche Trllger, wie die Biomasse und der MUll, behandelt.
Zur EinschAtzung der Ergebnisse mOglicher Anwendungen der vorgestellten Beispiele werden vordergr1indig keine durchschnittlichen Angaben gemacht, sondern es wird auf konkrete Objektbereiche, wie Ballungsrllume und llindliche Regionen, Bezug genommen, da deren unterschiedliche energetische Strukturen unterschiedliche technische LOsungen favorisieren.
Die VerbesserungsmOglichkeiten technologischer Systeme sind nicht allein durch ihre energetischen Strukturen gekennzeichnet, sondern in besonderem Malle auch durch die gesellschaftlichen Rahmenbedingungen. Das ist aus der Vergangenheit her bekannt, und es ist deshalb versucht worden, auch deren Einfluss auf zu realisierende Losungen abzuschiitzen. Ais solche gesellschaftlichen Rahmenbedingungen sind die wirtschaftlichen, juristischen und sozialen Gegebenheiten in Bezug auf die mit der Abfallenergieverwertung verbundenen Probleme mit in die Betrachtungen einbezogen worden. Dabei wurden besonders die Verhiiltnisse in Deutschland dargestellt und Handlungsspielriiume, auch im internationalen Vergleich, aufgezeigt. Ergiinzend konnen auch aus der Betrachtung der historischen Entwicklung, hier bezogen auf Deutschland, fordernde und hemmende Faktoren fUr die zur Diskussion stehende Sachverhalte aufgezeigt werden.
Zusammenfassend kann man feststellen, dass die naturwissenschaftlich-technischen Moglichkeiten zur positiven Gestaltung einer Entropiewirtschaft fUr die unterschiedlichsten Gegebenheiten iiuBerst vielfiiltig sind. Damit konnen jeweils wesentliche Beitriige zu einer nachhaltigen Entwicklung erbracht werden. Die derzeit gegebenen gesellschaftlichen Rahmenbedingungen schriinken aber die Moglichkeiten hliufig drastisch ein, da als zulassige Losungen thermodynamisch weniger gute, d. h. mit groBeren Nichtumkehrbarkeiten und Energieeinsiitzen behaftete, realisiert werden. Damit werden bestimmte Seiten des Prinzips der Nachhaltigkeit negativ verletzt. Selbst die Ausnutzung von Gestaltungsriiumen fUr die gesellschaftlichen Rahmenbedingungen wird deshalb nicht den Verzicht auf heuristische Erkenntnisse moglich machen. Hieraufwird im Sinne von Handlungsempfehlungen im abschlieBenden Kapitel eingegangen.
Mit diesem Konzept wendet sich das Buch an aIle diejenigen, die an grundsiitzlichen Zusammenhiingen Uber energetische Probleme interessiert sind. Ais interdisziplinares Projekt wendet es sich an Leser aus den Bereichen der, nach Snow, beiden Kulturen. Die Naturwissenschaftler und Techniker sollen z. B. erkennen, dass eine wirtschaftliche Einschatzung mehr ist, als den Begriff Kosten als Erhaltungs- und BilanzgroBe neben die Ublichen technischen Bilanzen zu stellen. Auch wenn der Jurist helfen soIl, durch Gebote oder Verbote, finanzielle Belastungen oder BegUnstigungen bestimmte technische Entwicklungen durchzusetzen, muss der Techniker seine Forderungen in einer Art und Weise artikulieren, die dem Juristen erst Handlungsmoglichkeiten eroffnet. Die Komplexitat der mit sozialen Problemen verbundenen Einschiitzung, die keinesfalls eindimensional mit Technikfeindlichkeit zu verwechseln ist, zwingt den Techniker seine EntwUrfe gleichfalls nach mehreren Dimensionen zu durchdenken und in allgemeine Zusammenhiinge, wie Sicherheit, Transport und Verkehr, Arbeitsplatzbeschaffungsmoglichkeiten u. v. a. m., einzubetten. SchlieBlich lassen die historischen Betrachtungen den Schluss zu, dass offensichtlich die Uberlegungen zur rationellen Energieverwendung zwingender in der fachlichen und gesellschaftlichen 0ffentlichkeit priisent bleiben, wenn eine gemeinsame Sprache, eine durchsichtige Terminologie verwendet wird. Eine soIche kann aber wohl besser gefunden werden, wenn Begriffe von ihrem Wesen her und nicht so sehr, wie bisher, von ihrer Erscheinung her, bewertet werden. Das ist wieder ein Appell an die Energietechniker und -wirtschaftler.
Strategien zur Abfallenergieverwertung VII
Das Buch wendet sich aber auch an die Geistes- und Sozialwissenschaftler. Diese sollen erkennen, dass zwar fiir die Energie wie auch fiir die Masse ein Erhaltungssatz existiert, das aber damit das Wesen der Energie noch nicht voll erfasst ist. MaBnahmen, die im Bereich der Stoffwirtschaft richtig sind, sind deshalb nicht automatisch auf die Energiewirtschaft ubertragbar. Das war wohl auch der Grund fiir den Physikochemiker Wilhelm Ostwald, also zunlichst einen Mann des "Stoffes", eine Naturphilosophie als Energetik zu formulieren mit dem energetischen Imperativ "Vergeude keine Energie, nutze sie!". Ais er dies vor reichlich 100 Jahren vorschlug, fand er wenig Verstlindnis. Er erkannte richtig, dass das Wesen der Energie auBer durch den Erhaltungssatz noch durch ein weiteres Naturgesetz, den Entropiesatz oder II. Hauptsatz der Thermodynamik, bestimmt wird. Diese Zielstellung wird auch mit den vorliegenden Ausfiihrungen verfolgt. Damit konnen Zusammenhlinge aufgedeckt werden, die im Energiegesetz nicht explizit in Erscheinung treten. Ihre qualitative und quantitative Erfassung ermoglicht die Ableitung von Strategien zur Verbesserung der energetischen Effizienz technologischer Verfahren und ihre Wiedergabe in einer allgemeingultigen "Sprache". Damit ist denen, die nicht in der Energiewirtschaft tlitig sind, die Moglichkeit eines tieferen Verstlindnisses energetischer Zusammenhlinge vermittelbar und vielleicht so auch eine qualifizierte Meinungsbildung oder Entscheidungsfindung.
Mit diesem Anliegen passt sich das Buch gut in eine Buchreihe ein, die yom Verlag Vieweg seit geraumer Zeit in loser Folge herausgegeben wird. Herausgeber und Autoren des vorliegenden Buches sind deshalb dem Verlag dankbar fiir die Aufnahme in diese Reihe. Es diirfte so als ein weiteres Diskussionsangebot zu dem allgemeinen Thema Energie und Umwelt eingeordnet und angesehen werden.
AuBerdem gilt unser Dank Dr.-Ing Klaus Michalek, der als Mitarbeiter im Projekt nicht nur aus seiner Erfahrung heraus an vielen Stellen zur Qualifizierung der zu verfolgenden Gedankenglinge beigetragen hat, sondem insbesondere das "Projektrnanagment" ubemommen hat, das im Ergebnis zu einer gehaltvollen Arbeit fiihrte. Das war nicht zuletzt eine der Voraussetzungen dafiir, dass die Gesamtheit des Textes von allen Mitwirkenden gemeinsam getragen wird. Die Primlirautoren sind deshalb nur im Inhaltsverzeichnis benannt.
SchlieBlich bedanken sich die Autoren als die Mitwirkenden des Projektes ,,Abfallenergieverwertung - ein Beitrag zur Entropiewirtschaft" bei der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften fiir die Bereitstellung der finanziellen Mittel zur Durchfiihrung der erforderlichen Diskussionsveranstaltungen und zur Erarbeitung des Manuskriptes.
Berlin, im Juni 2000 Wolfgang Fratzscher und Karl Stephan
VIII
Inhaltsverzeichnis
1 ProblemsteUuog uod Liisuogsaositze W. Fratzscher, K. Stephan, K. Michalek ............................................................................. .
Literatur ........................................................................................................................... , ... 6
2 AbfaUeoergie Dod Eotropiewirtschaft W. Fratzscher, K. Michalek . ............................ ........... .............. .......... ... ..... ..... .................... 7
2.1 Definition der Abfallenergie und prinzipielle Verwertungsmoglichkeiten ................. 7
2.2 Erfassung und Bewertung der Abfallenergie .......................... ..... .......... .......... ......... 18
2.3 Der Entropiehaushalt technologischer Systeme . ............. ... .......... ...................... ... .... 26
2.4 Abfallenergieverwertung und Entropiewirtschaft ..................................................... 33 Literatur .. ... ...... ....... ............... ............. ......... ....... ..... ... ................ ....................................... 44
3 Technische Moglichkeiten ....................... ..... ........... ............ ....... ........ ....... ..... ........ ..... .... 45 3.1 Regeneration von Wiirme
D. Hebecker .............................................................................................................. 45 3.1.1 Temperaturniveau und Energiekaskade ......................................................... 45
3.1.2 Regeneration und Entropieproduktion ........................................................... 47 3.1.3 Thermodynamische Analyse und Optimierung von Systemen ...................... 49
3.1.4 Beeinflussbarkeit der Temperatumiveaus ...................................................... 53 3.1.5 Integrationsmoglichkeiten von Warmetransformationsanlagen .................... 54 3.1.6 Effektivitat und Bewertung der Regeneration ............................................... 56
3.2 Warmetransformation D. Hebecker .............................................................................................................. 59
3.2.1 Systematik von Warmetransformationsprozessen ......................................... 59
3.2.2 Stand und Entwicklung der Warmetransformationstechnik .......................... 61
3.2.3 Abwarmenutzung mit Hilfe von Warmepumpen ........................................... 65 3.3 Nutzung von Abfallen durch Stoff- und Energiewandlung
D. Mewes, A. Tokarz ................................................................................................. 72
3.3.1 Herkunft und Klassifikation von Abfallen ..................................................... 72
3.3.1.1 Herkunft der Abfalle ........................................................................ 72
3.3.1.2 Klassifikation von Abfallen ............................................................. 73
3.3.2 Stoffliche Umwandlung von Abfallen durch Energiezufuhr ......................... 75
3.3.2.1 Stoffliche Umwandlungen von Abfallen in der Industrie: Der "produktionsintegrierte Umweltschutz" ................................... 75
3.3.2.2 Rohstoffliche Verwertung von Feststoffen am Beispiel von Kunststoffabfallen ............................................................................ 77
3.3.2.3 Riickgewinnung von Abfallen aus Abluftgemischen durch Energieeinsatz .................................................................................. 79
Strategien zur Abfallenergieverwertung IX
3.3.2.4 Ruckgewinnung von Abfallen aus Abwassern durch Energieeinsatz ................................................................................... 82
3.3.3 Energetische Umwandlung von Abfallen ...................................................... 83
3.3.3.1 Thermische Beseitigung fester Abfalle ............................................ 83
3.3.3.2 Verwertungsverfahren ..................................................................... 85
3.3.3.3 Thermische Verwertung von Klarschlammen ................................. 89
3.3.3.4 Biologische Verwertung von AbfaIIen ............................................ 89
3.3.4 Thermodynamische Bewertungsmethoden der Umwandlung von Abfallen . 90
3.3.4.1 Exergiebilanz bei der Umwandlung von Abfallen .......................... 90
3.3.4.2 Wirkungsgrade bei der Umwandlung .............................................. 93
3.4 Bereitstellung von Biomasse O. Bens, R.F. Hiiul ................................................................. .............................. ..... 95
3.4.1 Allgemeine Rahmenbedingungen .................................................................. 96
3.4.2 Biogene Brennstoffe und Moglichkeiten ihrer Bereitstellung ..................... 101
3.4.2.1 Spektrum und Formen biogener Brennstoffe ................................ 101
3.4.2.2 Produktion und Anbau biogener Brennstoffe ................................ 102
3.4.2.3 Qualitatsmerkmale und Moglichkeiten zur Optimierung von Biomasse ........................................................................................ 105
3.4.3 Logistik und Hemrnnisse bei der Biomassebereitstellung ........................... 107
3.4.4 Lagerung und Speicherung von Biomasse ................................................... III
3.5 Nutzung von Biomasse D. Hebecker (3.5.1); O. Bens, R.F. HiiUI (3.5.2 bis 3.5.4) ..................................... 113
3.5.1 Verbrennung und Vergasung von biogenen Energietragern ........................ 113
3.5.2 Anfall von Aschen bei der energetischen Nutzung von Biomasse .............. 120
3.5.3 Eigenschaften von Aschen aus Biomassefeuerungen .................................. 122
3.5.4 Verwertungsmoglichkeiten fUr Aschen aus Biomassefeuerungen ............... 124
3.6 Integration und Kombination technologischer Systeme W Fratzscher, K. Lucas, K. Michalek .................................................................... 127
3.6.1 Klassifikation und prinzipielle Moglichkeiten ............................................. 127
3.6.2 Motorheizkraftwerke ................................................................................... 131
3.6.3 Allgemeine Moglichkeiten, Tendenzen ....................................................... 135
3.7 Versorgungssysteme im regional en Energieverbund K. Lucas .................................................................................................................. 142
3.7.1 Elemente des Systems .................................................................................. 143
3.7.2 Warmequellen .............................................................................................. 148
3.7.3 Netze und Speicher ...................................................................................... 150
3.7.4 Systemeigenschaften und -gestaltung .......................................................... 153
Literatur ........................................................................................................................... 158
x Inhaltsverzeicbnis
4 Regionale Objektbereiche und Entwicklungsstrategien ............................................ 165
4.1 Charakterisierung von Ballungsriiumen K. Lucas .................................................................................................................. 169
4.1.1 VerwaltungsgroBstadt .................................................................................. 170
4.1.2 IndustriegroBstadt ........................................................................................ 175
4.2 Charakterisierung des Hindlichen Raums O. Bens, R.F. Hiiltl .................................................................................................. 188
4.2.1 Siedlungs- und Gewerbestruktur .................................................................. 188
4.2.2 Land- und Forstwirtschaft ............................................................................ 190
4.2.3 Energieversorgung ....................................................................................... 191
4.3 Charakterisierung des Hindlichen Raums mit Ballungszentren (Mischraum) K. Lucas .................................................................................................................. 193
4.3.1 Beschreibung des Untersuchungsgebiets ..................................................... 193
4.3.2 Energiebezug leitungsgebundener Energietriiger ......................................... 194
4.3.3 Niedertemperaturwiirmebedarf der Tariflrunden .: ....................................... 196
4.3.4 Raumwiirmebedarfnach Energietriigem ...................................................... 197
4.4 Beispiele fUr die Anwendung von Abfallenergieverwertungstecbniken D. Hebecker ............................................................................................................ 200
4.4.1 Wiirmetransformation fUr die Abfallenergieverwertung und Energieversorgung im liindlichen Raum ...................................................... 200
4.4.2 Ausgewiihlte Beispiele fUr den Objektbereich "Liindlicher Raum" .. ........... 201
4.4.2.1 Holzhackscbnitzelheizwerk..... ............................................... ....... 202
4.4.2.2 Brauerei .......................................................................................... 206
4.4.2.3 Landfleischerei "Mieste" ............................................................... 209
4.4.3 Wiirmetransformation fUr die Abfallenergieverwertung und Energieversorgung im Ballungsraum ............................................ .............. 212
4.4.4 Ausgewiihlte Beispiele fUr den Objektbereich "Ballungsraum" .... ...... ........ 213
4.4.4.1 Aluminiumwerk ............................................................................. 213
4.4.4.2 Abdampfnutzung in einem Chemiebetrieb .................................... 214
4.4.4.3 Parlaments- und Regierungsviertel im Spreebogen Berlin ............ 217
4.5 Beispiele fUr Versorgungssysteme im Energieverbund K. Lucas .... ....... ............. ......... ................................................................................. 221
4.5.1 Liindlicher Raum mit Ballungszentren ........................................................ 221
4.5.2 Ballungsraum ............................................................................................... 228
4.5.3 Gewerbegebiete mit Industriebetrieben ....................................................... 230
4.6 Modellszenarien und Optimierung von Optionen am Beispiel des Energieversorgungssystems Duisburg-Siid K. Hartmann ............................................................................................................ 254
4.6.1 Zielstellung und Charakteristik der Programmpakete (DSS DECIDE) ....... 254
4.6.2 Beschreibung des Objektbereichs IndustriegroBstadt Duisburg-Siid ........... 258
Strategien zur Abfallenergieverwertung XI
4.6.3 Modellgenerierung und Fonnulierung der Szenarien .................................. 262
4.6.4 Allgemeine Eigenschaften optimaler Versorgungsstrukturen ..................... 269
4.7 Abfallverwertungskonzepte D. Mewes. A. Tokarz ............................................................................................... 271
4.7.1 Status der Abfallbehandlung und Auswahl der Verfahren .......................... 271
4.7.1.1 Energetische Einordnung der Abfallbehandlung ........................... 271
4.7.1.2 Raumliche Einordnung der Abfallbehandlung .............................. 274
4.7.1.3 Standort- und Verfahrensauswahl .................................................. 276
4.7.2 Zukunftige Entwicklung der Abfallbehandlung .......................................... 278
4.7.3 Thennodynamische Bewertung der Verfahrensaltemativen ........................ 280
4.7.3.1 Exergetischer Wirkungsgrad der Rostfeuerung ............................. 280
4.7.3.2 Vergleich der Rostfeuerung mit altemativen thennischen Verfahren .................. ...................................................................... 285
4.7.3.3 Thennodynamische Einschlitzung der mechanisch-biologischen Vorbehandlung .............................................................................. 288
4.7.4 Mogliche Szenarien fUr die regional en Objektbereiche ............................... 289
4.7.4.1 Szenarien fUr den landlichen Raum ............................................... 289
4.7.4.2 Szenarien fUr den Ballungsraum .................................................... 292
Literatur ........................................................................................................................... 294
5 Bewertungsdimensionen - Bestimmtheit und Beeinflussbarkeit, beispielhafte Anwendung ......................................... ........................ ................................................... 297
5.1 Wirtschaftliche Bewertung und beeinflussbare Rahmenbedingungen
M. Weisheimer ........................................................................................................ 298
5.1.1 Die Okonomie im Spannungsfeld von Nachhaltigkeit und II. Hauptsatz .... 298
5.1.2 Die Annaherung der realen (kurzfristigen) Okonomie an langfristige Ziele ............................................................................................................. 302
5.1.3 Zum Zusammenhang von Bewertung und Rahmenbedingungen ................ 303
5.1.4 Zum Grundproblem der Wirtschaftlichkeit von Abfallenergien .................. 307
5.1.5 Das Beispiel Abwanneverwertung - wie kann ihre Wirtschaftlichkeit beurteilt und verbessert werden? ................................................................. 310
5.1.5.1 Ausreichender Markt und Gewinn als Voraussetzung .................. 311
5.1.5.2 N achfrage- und angebotsorientierte Beeinflussung der Wirtschaftlichkeit .......................................................................... 313
5.1.5.3 Die besondere Wirkung der Fixkosten und ihr Senkungspotenzial ......................................................................... 3 15
5.1.5.4 Anlegbarkeit und Spielraume der Wannepreisgestaltung ............. 317
5.1.5.5 Okologische Effekte und ihre Berucksichtigung bei Bewertungen .................................................................................. 318
5.1.5.6 Zur speziellen Abwanneabgabe und ihrer Wirksamkeit ............... 322
5.1.5.7 Zur staatlichen Wirtschaftsforderung ............................................ 324
XII Inhaltsverzeicbnis
5.1.5.8 Zum Einfluss der Finanzierung ...................................................... 327
5.1.6 Das Beispiel Biomasseverwertung - wie kann ihre Wirtschaftlichkeit beurteilt und verbessert werden? ................................................................. 331
5.1.6.1 Der wesentliche Unterschied zur Abwllrmeverwertung ................ 331
5.1.6.2 6konomische Nachteile und VorzQge im Oberblick ..................... 331
5.1.6.3 Zur Bewertung biogener Einsatzstoffe .......................................... 332
5.1.6.4 Zum Auslastungsgrad und zu den Anlagekosten ........................... 334
5.1.6.5 Zur Finanzierung und staatlichen FOrderung ................................. 334
5.2 Rechtliche Rahmenbedingungen und Steuerungsmechanismen W. Meng .................................................................................................................. 337
5.2.1 Funktion des Rechts im Bereich der Abfallenergieverwertung ................... 337
5.2.2 Intemationalrechtliche Rahmenbedingungen .............................................. 340
5.2.2.1 Umweltvolkerrecht ........................................................................ 340
5.2.2.2 Europarecht .................................................................................... 343
5.2.2.3 WTO-Recht .................................................................................... 347
5.2.3 Rahmenbedingungen des deutschen Rechts ................................................ 348
5.2.3.1 Verfassungsrechtliche Regeln ........................................................ 348
5.2.3.2 Regelungen des deutschen Gesetzesrechts .................................... 351
5.2.4 Optimales Normdesign ................................................................................ 351
5.2.5 Bestehende bzw. magliche Steuerungsmechanismen .................................. 356
5.2.5.1 Ordnungsrecht und marktakzessorische Steuerung ....................... 356
5.2.5.2 Planungsvorgaben .......................................................................... 359
5.2.5.3 Abgaben ......................................................................................... 360
5.2.5.4 Genehmigungsvorbehalte .............................................................. 362
5.2.5.5 Einspeisungspflichten .................................................................... 365
5.2.5.6 Tariffestsetzungen .......................................................................... 366
5.2.5.7 Verwertungspflichten ..................................................................... 367
5.2.5.8 Lizenzen ......................................................................................... 368
5.2.5.9 ForderungsmaBnahmen .................................................................. 369
5.3 Soziale Bewertung von Szenarien zur Abfallenergieverwertung O. Renn .................................................................................................................... 371
5.3.1 Grundlagen der sozialen Bewertung ............................................................ 371
5.3.1.1 Aufgabenstellung ........................................................................... 371
5.3.1.2 Akzeptanz oder Akzeptabilitlit? ..................................................... 373
5.3.2 Grundlage und Methodik der empirischen Analyse .................................... 374
5.3.2.1 Die methodischen Werkzeuge ....................................................... 374
5.3.2.2 Methodische Vorgehensweise ....................................................... 375
5.3.3 Die Ergebnisse der diskursiven Bewertung ................................................. 383
5.3.3.1 Beurteilung der Akademie-Szenarien ............................................ 383
Strategien zur Abfallenergieverwertung XIII
5.3.3.2 Quantitative Bewertung der Abfallenergiesysteme ....................... 386
5.3.3.3 Qualitative Bewertung der Abfallenergiesysteme ......................... 390
5.3.4 Erkennbare Grundhaltungen zu Energiesystemen ....................................... 394
5.4 Zur Geschichte der Abfallenergieverwertung in Deutschland seit den 1920er lahren M Bergmeier .......................................................................................................... 396
5.4.1 Techniken der Abfallenergieverwertung im Uberblick ............................... 396
5.4.2 Akteure und Institutionalisierung der Abfallenergieverwertung ................. 401
5.4.2.1 Wirtschaft ...................................................................................... 401
5.4.2.2 Forschung und Entwicklung .......................................................... 407
5.4.2.3 Politik ............................................................................................. 411
5.4.3 Der Einfluss von Okonomie, Okologie und gesellschaftlichen Werthaltungen .............................................................................................. 412
5.4.3.1 Wirtschaftliche Paradigmen ........................................................... 412
5.4.3.2 Okologische Argumente ................................................................ 414
5.4.3.3 Gesellschaftliche Werthaltungen ................................................... 416
5.4.4 Moglichkeiten filr einen Wandel ................................................................. 418
Literatur ........................................................................................................................... 420
6 Schlussfolgerungen aus dem Konzept der Entropiewirtschaft ZusammenJassung von W Fratzscher, K. Stephan, K. Michalek .................................... 425
6.1 Energiewirtschaft - Nachhaltigkeit und Entropieprinzip ........................................ 425
6.2 Entropiewirtschaft ................................................................................................... 427
6.3 Technische Handlungsfelder ................................................................................... 428
6.4 Konsequenzen der gesellschaftlichen Rahrnenbedingungen ................................... 433
6.5 Heuristische Regeln als praktische Handlungsempfehlungen ................................ 440
6.6 Forschung und Entwicklung - Ansiitze und Handlungsempfehlungen ................... 449
Literatur .... ... ........... .............. ..... ............................ ......... .................. ... ......... ..... ........ ...... 451
Energie- und Leistungseinheiten ....................................................................................... 452
Sachwortverzeichnis ........................................................................................................... 453
