PVC und Okobilanz Obersichtsbeitr~ige
PVC und Okobilanz
W. Tftsch, H. Polack
Dr. W. T6tsch, Dr. H. Polack, Hiils AG, Paul-Baumann-Stral~e 1, D-W-4370 Marl
1 Einleitung
Fast jedes Erzeugnis kann aus unterschiedlichen Werkstof- fen hergestellt werden: Fensterrahmen werden aus Holz, PVC oder Aluminium gebaut, als Rohrwerkstoff konkur- rieren Stahl, Ton und verschiedene Kunststoffe. Der Wett- bewerb zwischen den Werkstoffen erfolgt fiber den Materialpreis und die Verarbeitungseigenschaften.
Der Werkstoff beeinflut~t die Fertigteileigenschaften und bestimmt den Aufwand ffir die Pflege des Produktes (Rost- schutz, Holzschutz). Die Frage nach den Umweltauswir- kungen der Erzeugnisse ist erst in den letzten Jahren als Kriterium ffir die Werkstoffwahl hinzugetreten. Die Um- weltauswirkungen eines Werkstoffes k6nnen nur an kon- kreten Produkten und im Vergleich mit Produkten aus technisch geeigneten Konkurrenzwerkstoffen ermittelt wer- den [1].
Pflegeaufwand und Entsorgung k6nnen Umweltbelastun- gen verursachen, die mit der Herstellung vergleichbar sind.
FOr alle Werkstoffalternativen mut~ der gesamte Lebenszy-
Tabelle 1: Emissionen in Luft und Wasser, bedingt dutch PVC-Produktion nach Btrwxl_ [3]
klus betrachtet werden, vonder Gewinnung der Rohstoffe bis zur Entsorgung des nutzlos gewordenen Produktes.
Eine Okobilanz ist eine formalisierte Betrachtungsweise dieser Umweltauswirkungen. PVC wird bier als Beispiel ge- nannt, weil die Umweltauswirkungen yon PVC-Produkten zwar gut beschrieben sind [2, 3], in der PVC-Diskussion aber naturwissenschaftliche Argumente und politische Ziel- setzungen vermischt werden.
2 Umweltbelastungen durch Produktion, Verarbei- tung und Entsorgung yon PVC
2.1 Luftbelastung
Das Cracken yon Erd61 zu Ethylen, die Chlor-/Alkali- Elektrolyse, die Synthese yon 1,2-Dichlorethan und Vi- nylchlorid sowie die Polymerisation zu PVC mit der nach- geschalteten Entmonomerisierung verursachen Luftbela- stungen, die in Tabelle 1 als prozefltypische Emissionen zu- sammengefafgt sind [3] (-' Tabetle 1). Die Quecksilber-
und Verbrennung in Miillverbrennungsanlagen, bezogen auf 1 kg PVC
WJchtungs- Produktion
Faktoren 1 Indirekt 2 Direkt 3
mg/m 3 g g
M(illverbrennungsanlagen
Buwal TA Luft 864 17.BImSchV 4
g g g
Luft
Partikel 0,07 0,449 0,183
CO 8,00 0,816 0,247
CnHrn 15,00 9,147 1,373
N20 0,03 0,634
NOx 0,03 2,242 0,793
SO 2 0,03 5,18 0,782
Aldehyde 0,03 0,004
CI-Organika 0,01 0,169
Sonst. Org. 0,01 0,008 0,50
NH 3 0,50 0,001
HCI 0,10
CI 2 0,02 0,0003
Hg 0,0007 0,0003
Wasser
CI-Organika 0,10 0,015
and. Organika 10,00 0,524
Feststoffe susp. 20,00 0,062
(SJe 20,00 0,155 0,001
Phenole 0,05 0,005
Fluoride 10,00 0,002
Hg 0,01 0,00002
0,02 0,24 0,08
0,40 0,80 0,40
1,60 4,00 1,60
0,36
0,008 0,016 0,08
29,0 29,0 5,80
i Wichtungsfaktoren nach BOWAL [3] zur Errechnung der kritischen Luft- und Wasservolumina 2 lndirekte Prozesse: Erd61gewinnung, Erd61transport, Stromgewinnung, Dampferzeugung etc.
3 Prozet~-typisch: Chemische Umsetzungen wie Elektrolyse, Cracken, Polymerisation etc.
4 MfiUverbrennung (MVA): Jeweils fiir 100 % Verbrennung gerechnet nach dem Modell BUWAL, zus~tzlich mit Grenzwerten der Technischen Anleitung zur Reinhal- tung der Luft (TA Luft 86) bzw. der 17. Verordnung zur Durchf/ihrung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (17. BImSchV)
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9 ecomed-Verlag Landsberg ' Ziirich
Obersichtsbeitr~ige PVC und C)kobilanz
emissionen sind dabei der Chlor-/Alkali-Elektrolyse, die Chlorkohlenwasserstoff-Emissionen der Vinylchlorid-Syn- these und der Entmonomerisierung nach der Polymerisa- tion zuzuordnen [2]. Die SO2- und NOx-Emissionen ent- stehen beim Cracken von Erd61. Wichtigstes Ergebnis der Emissionsanalyse bei der PVC-Erzeugung ist, dan 70 % der Luftbelastung aus indirekten Quellen resultiert; dazu geh6ren Gewinnung und Transport des Erd61s und vor al- lem die Energiebereitstellung (Dampf, elektrische Energie).
Eine Verminderung der dutch die PVC-Produktion verur- sachten Luftbelastung mug daher bei der Energiebereitstel- lung ansetzen.
Die kritische Luftmenge ist ein Man f/Jr die Luftbelastung.
Diese Luftmenge wird dutch Wichtung der Emissionen mit Grenzwerten errechnet [4]. Tabelle 1 zeigt die Emissions- mengen in g/kg PVC und die Wichtungsfaktoren. Durch die Methode der kritischen Luftmengen ist es m6glich, un- terschiedliche Emissionen in die Luft zu vergleichen.
Tabelle 2 zeigt die kritischen Luftbelastungen, die andere Standardkunststoffe verursachen (-, Tabelle 2). Polystyrol (PS); schlagz~ihes Polystyrol (PS-HI) und Polyethylente- rephthalat (PET) werden fiber 1/ingere Synthesewege herge- stellt. Dementsprechend verursacht die Produktion pro Masse etwas h6here direkte und indirekte Luftbelastungen.
Bei der Polyolefinsynthese k6nnen prozefltypische Luftbela- stungen nur aus dem Cracker und der Polymerisation her- rfihren. Die prozegtypischen Luftbelastungen sind daher vergleichsweise gering. Der Verbrauch an Hilfsenergie (Strom + Prozegwfirme) ist bei der Polyolefinproduktion um 30 % niedriger als bei der PVC-Produktion. HABERSAT- TER [3] ermittelt bei Polypropylen ffir die Luftbelastung aus indirekten Prozessen sehr kleine, bei Polyethylen sogar negative kritische Luftmengen, eine zu hinterfragende Kompensationsrechnung [5].
2.2 Wasserbelastung
Die Abwasser-SchadstoffoFrachten sind deutlich geringer als die Abluft-Schadstoff-Frachten: Die Quecksilberfracht des Abwassers betriigt 6 % der Quecksilberfracht der Ab- luft, die Beladung des Abwassers mit organischen Chlorver- bindungen 9 % der Luftbelastung. Die indirekten Prozesse (Erd61gewinnung) verursachen nur sehr geringe Abwasser- belastungen. Tabelle 2 zeigt die kritischen Wassermengen.
Analog zur kritischen Luftmenge werden sie durch Wich- tung der Emissionsmenge mit einem Faktor gebildet.
Da bei der Herstellung der anderen Standardkunststoffe kaum Wasserbelastungen entstehen, ist PVC der Standard- kunststoff mit der relativ h6chsten Wasserbelastung. Deut- lich h6here Abwasserbelastungen pro kg Werkstoff verursacht die Papier- und Kartonproduktion (-~ Tabelle 3).
2.3 Energie- und Rohstoffverbrauch
F/Jr die Produktion von 1 t PVC mug von 0,906 t Erd61 ausgegangen werden, weil der Naphtha-Cracker neben Ethy- len noch eine gr6gere Menge anderer Verbindungen er- zeugt [3]. Dabei entstehen 0,458 t verwertbare Nebenpro- dukte. Kochsalz ist fast unbeschr~inkt verffigbar. Energie wird bei der Werkstofferzeugung fiir den Abbau und den Transport der Rohstoffe, als Prozegw~irme und in Form elektrischer Energie ben6tigt. Naphtha, das als Chemieroh- stoff dient, ist ebenfalls ein Energietr~iger. Bei der Berech- nung des Energiebedarfs fiir die Strombereitstellung mug der Wirkungsgrad der Kraftwerke berficksichtigt werden.
Das Modell UCPTE [6], welches das westeurop/iische Stromverbundsystem beschreibt, geht von einem mittleren Wirkungsgrad von 37,8 % aus. 1 kWh Strom entspricht deshalb 9,524 MJ Primiirenergie. Da der gr6gte Teil der westeuropfiischen Stromerzeugung auf der Verstromung
Tabelle 2: ()kobilanzielle Daten der Standardkunststoffe (bezogen a u f 1 kg) n a c h BUWAL [3]
Einheit PVC PET PS PS-HI PE-LD PE-HD PP
Ressourcen
Energie~.q uivalent MJ 51,1 84,5 75,3 76,6 68,1 67,6 71,0
Thermische Energie MJ 38,4 74,6 71,7 72,7 59,7 62,6 65,6
Elektr. Energie kWh 1,3 1,0 0,4 0,4 0,9 0,5 0,6
Gutschrift MVA MJ 8,6 15,1 19,2 19,2 20,8 20,8 21,1
ErdSleinsatz g 906,3 4 014,4 3 493,9 3 406,6 1 966,4 1 964,2 1 964,2
Nebenausbeuten g 458,2 2 103,2 2 189,0 2 116,5 950,7 945,5 947,0
Kritische Luftmenge
Indirekt 1 1 000 m 3 277 332 323 331 - 21 - 26 79
ProzeB-typisch 2 1 000 m 3 123 217 215 210 101 99 101
Summe Produktion 1 000 m 3 399 549 538 540 80 72 18:1
M011verbrennung 3
BUWAL 1 000 m 3 356 179 173 173 186 186 186
TA-Luft 1 000 m 3 428 478 459 459 497 497 497
17. BlmschV 1 000 m 3 121 195 188 188 203 203 203
Kritische Wassermenge
Indirekt m 3 0,008 0,033 0,029 0,028 0,015 0,015 0,016
ProzeS-typisch m 3 0,307 0,087 0,032 0,012 0,092 0,092 0,107
Summe m 3 0,315 0,120 0,060 0,040 0,107 0,107 0,122
1 Indirekte Prozesse: Erd61gewinnung, Erd61transport, Stromgewinnung, Dampferzeugung etc.
2 Prozeg-typisch: Chemische Umsetzungen wie Elektrolyse, Cracken, Polymerisation etc.
3 Miillverbrennung (MVA): Jeweils ffir 100 % Verbrennung gerechnet nach dem Modell BUWAL, zus/itzlich mit Grenzwerten der Technischen Anleitung zur Reinhal- tung der Luft (TA Luft 86) bzw. der 17. Verordnung zur Durchf/ihrung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (17. BImSchV)
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PVC und C)kobilanz Obersichtsbeitr/ige
Tabelle 3: Okobilanzielle Daten einiger weiterer Werkstoffe und Leistungen nach BUWAL
Leistung Einheit Energie- Kritisches Kritisches
~iquivalent Luft- Wasser- volumen volurnen MJ 1 000 m 3 rn 3 Werkstoff
Papier ungebleicht kg 53,0 656 0,92
Zellstoffkarton kg 42,0 377 1,49
Glas, 56,2 % rec. kg 7,5 293 0,001
Aluminium, 50 %
rec. kg 93,4 2 201 0,32
Wei8blech, 60 %
rec. kg 26,3 513 0,10
Leistung
elektr. Strom kWh 9,524 130 -
LKW-Transport t km 0,85 41 -
Industrielle Feuerung
Steinkohle kg - 29,3 822 -
Heiz61 Extraleicht kg - 42,5 253 -
Heiz61 Schwer kg - 4 1 , 0 1 170 -
Holz kg - 15,0 131 -
fossiler Energietrager beruht, verursacht die Bereitstellung yon 1 kWh Strom eine kritische Luftmenge von 130 000 m 3. PVC erweist sich als der Kunststoff mit dem niedrig- sten Energieverbrauch pro Masse. Die Herstellung von 1 kg PVC ben6tigt 1,34 kWh Strom und 20,14 MJ Prozegwar- me. Der Energieinhalt der verwendeten Rohstoffe betragt 17,24 MJ. Ingesamt ergibt sich ein Prim~irenergiebedarf yon 51,1 MJ/kg ( ~ Tabelle 2). Nur ein kleiner Teil dieses Energiebedarfs (ca. 9 MJ/kg) kann in der Mhllverbren- nung zurfickgewonnen werden. Grund daffir ist der niedri- ge Kesselwirkungsgrad yon Mfillverbrennungsanlagen und vor allem die Tatsache, da~ der Energieaufwand fiir die chemischen Umwandlungen nicht zurfickgewonnen werden kann.
2.4 Verarbeitung
Die Verarbeitung yon 1 kg PVC verbraucht, je nach Ver- fahren, 0,3 bis maximal 1 kWh Strom [7]. Die verarbei- tungstypischen Emissionen moderner Anlagen sind im Vergleich zur Luftbelastung durch die Stromerzeugung ge- ring, Da Wasser nut als Kfihlmedium verwendet wird, tre- ten auch keine erheblichen Wasserbelastungen auf. Zu beachten sind Verarbeitungsverluste an PVC. Diese betra- gen weniger als 1 % bei Produkten mit einfacher Geome- trie, k6nnen aber bei komplizierten Gebilden in Ausnahme- fallen Werte bis 30 % erreichen. Innerbetriebliches Recyc- ling dieser Reststoffe ist Stand der Technik. Der Aufwand ffir das Recycling mug in der Okobilanz berhcksichtigt werden.
2.5 Deponie
Beim Verhalten in der Deponie mut~ zwischen dem Polymer und den Additiven unterschieden werden. PVC selbst ver- halt sich auf der Deponie inert. Es verursacht weder Luft- noch Wasserbelastungen, belegt aber Deponieraum. Vi- nylchlorid, das manchmal im Deponiegas nachgewiesen wird, entsteht durch Abbau chlorierter L6sungsmittel und nicht durch den Abbau yon PVC. Der Schwermetallgehalt des Sickerwassers yon Deponien wird durch die Ablagerung
yon PVC-Produkten nicht megbar verandert, da schwerme- tallhaltige Hilfsstoffe (Stabilisatoren) in der Kunststoffma- trix eingeschlossen sind. Die Okobilanz eines Weich-PVC- Produktes mfigte eine, wenn auch sehr geringe, Weichma- cherbelastung des Sickerwassers berficksichtigen [8].
2.6 Mfillverbrennung
Bei der Verbrennung von 1 kg PVC entstehen 580 g Chlor- wasserstoff. Eine Anlage, welche die Auflagen der TA Luft 1986 erffillt, h/ilt etwa 95 %, eine Anlage nach der 17.
BImSchV 99 % des freigesetzten Chlorwasserstoffes zurfick [9, 10]. Dem PVC werden deshalb 29 bzw. 5,8 g HCI- Emissionen zugeschrieben. Auch Hilfsstoffe k6nnen Emis- sionen verursachen. Rfickhaltequoten ffir Schwefel (ca.
90 %), Cadmium ( 9 8 - 9 9 , 6 %), Blei ( 9 9 - 9 9 , 9 %) oder Zink (bis 99,99 %) wurden verfffentlicht [11, 12]. Diese Elemente sind jedoch nur in einem Teil der PVC-Produkte enthalten [2]. Cadmium- und blei-stabilisierte PVC- Produkte (Fenster, Rohre, Kabel) werden nur in Ausnah- mefallen fiber die Mfillverbrennung entsorgt. Stickoxide, Kohlenmonoxid und Staub sind Begleiterscheinung jeder Verbrennung. Jeder Mfillkomponente wird ein Anteil an diesen Emissionen zugeordnet. Der Anteil ist proportional zur Rauchgasmenge, die bei der Verbrennung der Mfill- komponente entsteht. Bei der Verbrennung yon 1 kg PVC entstehen 8 m 3 Abgas. Multipliziert man diese Abgasmen- ge mit den Konzentrationen an Stickoxiden, an Kohlenmon- oxid bzw. an Partikeln, welche im Reingas der Mfillver- brennungsanlage gemessen werden, ergeben sich die Schad- stoffmengen, welche einem kg PVC zuzuordnen sind. Die PVC-Fracht im Hausmfill beeinflut~t die PCDD/PCDF- Bildung nicht met~bar [13, 14]. Berechnet mit den Grenz- werten der TA Luft 86 und der 17. BImSchV ergeben sich die in Tabelle 1 dargestellten Luftbelastungen. HABERSAT- TER errechnet mit Angaben fiber Schweizer Mfillverbren- nungsaniagen eine kritische Luftmenge yon 356 000 m 3 ;
dies entspricht etwa der Luftbelastung, welche die Verbren- hung yon 0,43 kg Steinkohle (822 000 m3/kg) in einem Kraftwerk nach Schweizer Standard verursacht [3]. Bei der Verbrennung der anderen Standardkunststoffe entsteht kein Chlorwasserstoff. Stickoxide, CO, Partikel und orga- nische Emissionen mfissen auch diesen Werkstoffen anteil- mfif~ig zugeordnet werden. Auf Grund der chemischen Zusammensetzung entsteht bei der Verbrennung dieser Werkstoffe eine Rauchgasmenge zwischen 24 und 26 m3/kg. Abgesehen yon anorganischen Hilfsstoffen ver- brennen diese Stoffe rfickstandsfrei. Bei der Verbrennung von PVC hingegen entsteht Chlorwasserstoff. Dieser wird in den Rauchgasreinigungsanlagen mit hoher Effizienz zu- rfickgehalten, mutg abet entsorgt werden. HC1 kann nach Destillation als 30 %ige Salzsaure oder nach der Neutrali- sation als Natriumchlorid in die Produktion zurfickgeffihrt werden. Meist wird die Wfischerflfissigkeit jedoch mit Kalk- milch neutralisiert. Pro kg PVC mfissen damit 0,88 kg CaC12 als Deponiemenge berficksichtigt werden [15].
2.7 Recycling
In der Bundesrepublik werden weniger als 10 % der PVC- Produktion fiber Mfillverbrennungsanlagen entsorgt. Da- mit dieser Anteil so gering bleibt, mug das Recycling in Zu-
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Ubersichtsbeitrfige PVC und Okobilanz
kunft verstiirkt werden. Die Luftbelastung durch das Recycling wird vorwiegend vonder Energiebereitstellung for das Aufbereiten der Reststoffe bestimmt. Dieser Ener- gieaufwand betr~gt 0 , 0 5 - 0,250 kWh/kg PVC. Mut~ der Kunststoff gewaschen werden, entsteht auch eine Wasser- belastung. Diese mOt~te for das konkrete Problem erfaf~t werden, da Art und Menge der Wasserbelastung von Schmutzanhaftungen am Kunststoff bestimmt wird. Der Aufwand f~r das Sammeln und Abtrennen der Kunststoff- Fraktion kann jedoch sehr erheblich sein.
3 Vergleich an konkreten Produkten 3.1 Kurzlebige Produkte
PVC hat als Verpackungsmaterial nie die mengenmfit~ige Bedeutung yon Polyethylen, Glas oder Papier erreicbt. 9 % aller Kunststoffverpackungen und 1,3 % der gesamten Packmittelmenge werden durch PVC abgedeckt [1, 16].
PVC weist Eigenschaften auf, die es for spezielle Ver- packungsanwendungen pr~idestinieren: Steifheit, Maf~hal- tigkeit, Transparenz, Heii~siegelffihigkeit und vor allem die ausgezeichnete Barriere gegen die Diffusion yon Sauerstoff und Aromastoffen. Alle diese Eigenschaften kOnnen durch grOf~ere Wandstfirken, den Einsatz yon Verbundmateria- lien oder durch den Einsatz neuer Werkstoffe nachgestellt werden. Zwei Werkstoffe werden als Ersatzstoffe beson- ders hfiufig eingesetzt: Polyethylenterephthalat (PET) und Polypropylen (PP). PET ist PVC in vielen Eigenschaften fihnlich. Es ist jedoch in Herstellung und Verarbeitung deutlich aufwendiger, was sich im Preis, aber auch in der Okobilanz yon PET-Produkten niederschlfigt ( ~ Tabel- le 2). PET wore nur dann eine 6kologisch gOnstigere Alter- native, wenn deutlich weniger Material verwendet werden wiirde als for das PVC-Produkt, was der Praxis nicht ent- spricht: THALMANN [17] ermittelte, daf~ die PET- Tiefziehfolie for vergleichbare Blisterverpackungen deut- lich schwerer ist als die PVC-Tiefziehfolie (PET 2,7 g; PVC 1,7 g). Errechnet man die Okobilanz mit Werten aus Ta- belle 2, ergeben sich keine Vorteile for den PET-Blister ( ~ Tabelle 4). Dennoch l~if~t sich die 6kologische Position der Blisterverpackung verbessern: Stellt man die Rtickwand des Blisters aus Recycling-PVC statt aus Karton her, erhfilt man eine homogene Verpackung, welche weiteres Recyc- ling erleichtert.
Tabletten werden sehr h~iufig in einer DurchdrOckver- packung verkauft, welche aus einer tiefgezogenen PVC- Folie mit einer dOnnen AluminiumrOckwand besteht.
DurchdrOckverpackungen aus Polypropyien haben einen kleinen Marktanteil erobert. Da sich der Ausdehnungskoef- fizient yon Aluminium und Polypropylen stark unterschei- det, mut~ eine deutlich stfirkere A1-Folie als ROckwand gew~ihlt werden. Wie sich das in der Okobilanz auswirkt zeigt Tabelle 4.
Einmalartikel aus PVC finden auch in der Intensivmedizin Verwendung. Blutbeutel, Infusionsschl~iuche und andere Weich-PVC-Produkte for die Intensivmedizin eignen sich wenig for eine Okobilanz, da oberstes Kriterium die Sicher- heit des Patienten ist. Wundsekretabsaugflaschen (,,Sta-
Tabelle 4: Okobilanzieller Vergleich einiger kurzlebiger PVC-Pro- dukte mit Alternativprodukten (inklusive Verbrennung in Miillverbrennungsanlagen nach TA Luft 86)
Produkt Werk- Gewicht Energie- Kritisches Kritisches stoff ~quivalent Luft- Wasser- volumen volumen
g MJ 1 000 m 3 m 3
Blisterfolie PVC 1,7 0,087 1,4 0,005
PET 2,7 0,228 2,8 0,003
Tablettenverpack. PVC/AI 1,94/0,31 0,128 2,3 0~007 PP/AI 1,75/0,83 0,195 2,8 0,004 Wundsekretflasche PVC 84 4,3 69,5 0,026
PET 95 8,0 97,5 0,011
tionssysteme") jedoch werden sowohl aus Hart-PVC als auch aus PET hergestellt. Beide Materialien erfOllen alle Anforderungen: Sterilisierbarkeit, Transparenz und Druck- festigkeit. Die zu verarbeitenden Materialmengen unter- scheiden sich wenig: PVC 84 g; PET 95 g (Stationssystem 400 ml, ohne Schlauch [18]). Die C)kobilanz ist leicht posi- tiv for PVC, auch wenn man 100 % Verbrennung in einer Mfillverbrennung nach dem Stand der TA Luft 86 an- nimmt. Die hohen Mehrkosten fOr die PET-Wundsekret- flasche sind nur dann gerechtfertigt, wenn die Flasche in ei- ner krankenhauseigenen Mfillverbrennungsanlage ohne Rauchgasreinigung entsorgt werden muff. Dies ist in der Bundesrepublik die Ausnahme und nicht die Regel.
3.2 Langlebige Produkte
Fenster: PVC ist der Werkstoff f~r langlebige Kunststoff- produkte. Rund 60 % des in Deutschland hergestellten PVC werden zu Produkten for das Baugewerbe verarbeitet.
Fensterrahmen sind bislang das einzige Bauprodukt, wofOr aussagekriiftige Okobilanzen erarbeitet wurden. In einer 6sterreichischen [19], einer niederl~indischen [20] und einer Schweizer [21] Studie wurden die Umweltauswirkungen yon Fensterrahmen aus Holz, Aluminium und PVC vergli- chen. RICHTER [21] untersucht die Umweltauswirkungen yon Fensterrahmen aus PVC, aus Fichtenholz und von Holz-/Aluminium-Kombinationen. Seine Studie berfick- sichtigt die Schweizer Besonderheiten. Abb. 1 und 2 zeigen den Energieverbrauch und die Luftbelastung der Fenster- profilproduktion umgerechnet auf deutsche Verh~iltnisse ( ~ Abb. 1, 2), Ergfinzend zu RICHTERS Daten wurden fol- gende Annahmen ber/icksichtigt:
- Elektrischer Strom wird in der Bundesrepublik vorwie- gend aus fossilen Energietrfigern hergestellt. Daraus re- sultiert ein um den Faktor 1,3 niedrigerer Wirkungsgrad und eine um den Faktor 51 hOhere Luftbelastung als in der Schweiz, die auf den Einsatz fossiler Energietriiger weitgehend verzichtet [22].
-PVC-Fenster werden in der BRD nicht mit einem Aluminium-Wetterschenkel versehen. Ansonsten sind sich die Fensterkonstruktionen sehr ~hnlich.
- Die Transportwege for PVC-Profile und einheimisches Weichholz sind in der BRD ungef~hr gleich.
Einer Anregung von RICHTER [22] folgend, wird der Ener- giegehah des gesamten eingesetzten Holzes abzOglich der bei der Verbrennung der Holzreste zurOckgewonnenen Energie berOcksichtigt. (Die Annahmen in der Originalar-
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PVC und Okobilanz lDbersichtsbeitrfige
Holz
Holz/Alu
PVC/Stahl
PVC/Stahl PVC 60%
Stahl 50%
Recycling
I I I I
1.000 2.000 3.000 4.000
MJ
Abb. 1: Energieverbrauch ffir Produktion und Wartung yon Fensterrahmen (Grunddaten nach RICHTER)
[ ] Holz [ ] AIu [ ] PVC [ ] Stahl [ ] Dichtungen [ ] Fertigung [ ] Oberfl~iche 9 Renovation
Holz
Holz/Alu l
PVC/Stahl
PVC/Stahl PVC 60 %
Stahl 50 o/o Recycling
4
0 5
I I I
10 15 20 25
[]
![] []
'[]
[]
[]
[]
Abb. 2: Luftbelastung dutch Produktion und Wartung verschiedener Fensterrahmen (Wichtungsfaktoren nach RlertTER, Einheit der Luftbelastung Mio m 3)
Holz Alu PVC Stahl Dichtungen Fertigung Oberfltiche Renovation
beit fiihren n~imlich zu einer Verletzung des Energieerhal- tungssatzes.)
Fiir die Herstellung eines zweifl/igeligen Normalfensters aus Vollholzkanteln mit einer Fl~iche von 2,58 m 2 geht man von 115 kg Holz aus. Das Holz mut~ geerntet, getrock- net und zu Kanteln zugeschnitten werden. Dies ben6tigt 500 MJ Energie fiir 40,5 kg Vollholzkanteln, Ausgangs- produkt fiir das Fenster. Das fertige Fenster enthiilt nur mehr 22,9 kg Holz mit einem Energieinhalt yon 340 MJ (nur 12 % des gesamten Energieaufwandes). Die energeti- sche Verwertung der Holzreste verbessert die Energiebi- lanz, verursacht aber eine Erh6hung des kritischen
Luftvolumens. Die eigentliche Fensterfertigung ben6tigt 55,2 kWh elektrische Energie. Dazu kommt noch der Ener- giebedarf f/it die Herstellung yon Dichtungsmaterial und Klebstoffen (zusammen 90 MJ), von Schrauben (1,4 MJ) und yon einem Aluminiumprofil (240 MJ), welches als Wetterschenkel die Lebensdauer des Holzfensters stark er- hOht. Die Lackierung wird mit 125 MJ pro Fenster ber/ick- sichtigt. Pflege und Wartung w/ihrend einer Funktions- periode yon 40 Jahren ben6tigt bei mittlerer Witterungsbe- anspruchung weitere 310 MJ. Insgesamt werden fiir Ferti- gung und Wartung des Holzfenstern fund 2 900 MJ ben6tigt.
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Obersichtsbeitr~ige PVC und ()kobilanz
Der Energieverbrauch des PVC-Fensters wird durch die Be- reitstellung von 31,2 kg PVC-Profile (1 480 MJ inkl. Pro- filextrusion) und der Stahlverst/irkung (650 MJ) bestimmt.
Die Fensterfertigung ben6tigt nur 8 kWh elektrische Ener- gie, da die Profile nur mehr zugeschnkten und verschweit~t werden mfissen. Die Bereitstellung der Dichtungsmateria- lien erfordert 410 MJ. Eine Oberfl/ichenbeschichtung ent- ffillt. Der Wartungsaufwand beschr/inkt sich auf den ge- legentlichen Austausch yon Dichtungen (25 MJ in 40 Jah- ren). Insgesamt werden 2540 MJ Energie ben6tigt.
Holz als Naturprodukt verursacht keine Luftbelastung. Je- doch entsteht Luftbelastung beim Trocknen des Holzes, beim Verbrennen der Holzabf~ille, beim Lackieren, bei der Wartung, dutch die Herstellung der Hilfsstoffe und des Aluminiumprofils und, als weitaus gr6f~ter Einzelposten, durch die Bereitstellung des elektrischen Stroms fiir das Zu- schneiden der Fensterkanteln und die Fensterfertigung.
Beim PVC-Fenster werden die Luftbelastungen zu etwa gleichen Teilen dutch die Bereitstellung der PVC- und der Stahlprofile verursacht. Atle anderen Faktoren sind yon ge- ringerer Bedeutung. Produktion und Wartung eines Holz- fensters verursachen in der Bundesrepublik eine etwas h6here Luftbelastung als die Produktion und Wartung eines PVC-Fensters. Weniger gfinstig scheint der mit Aluminium verblendete Holzrahmen, welcher als PVC-Ersatz propa- giert wurde.
Bei exponiertem Einbau und vor allem bei nachl/issiger Pflege ffillt die Lebenserwartung des Holzfensters von etwa 40 Jahren auf 15 Jahre ab, ein Umstand, der das Ergebnis der Okobilanz stark beeinflut~t. Okologisch sehr gfinstig ist ein PVC-Fenster, das hohe Anteile an Recyclingmaterial enthfilt. Durch Coextrusion hergestellte PVC-Fensterprofi- le mit einem Recyclinganteil um 60 % werden angeboten [23]. Auch das Stahlprofil ist recyclierbar (Annahme fiir das Recyclingfenster" 50 %). Selbstverst~ndlich mut~ der Aufwand for das Recycling, die neuerliche Formgebung der Profile, der AnteiI der Neuware, das Dichtungsmaterial und die neuerliche Fensterfertigung berficksichtigt werden;
dennoch ist der 6kologische Aufwand Rir ein Fenster mit hohen Anteilen an Recyclaten geringer als f~r sfimtliche an- deren Werkstoffvarianten.
4 S c h l u t g f o l g e r u n g e n
Jeder Werkstoff verursacht Umweltauswirkungen, so auch PVC. Wie grot~ die Umweltauswirkungen im Verh/iltnis zu Konkurrenzwerkstoffen sind, hiingt vom Fertigprodukt ab.
Es gibt keinen Werkstoff, der als solcher besonders um- weltfreundlich ist, aber es gibt ffir jeden Werkstoff geeigne- te oder weniger geeignete Anwendungen. PVC hat Werkstoffeigenschaften, die auch 6kologisch relevant sind:
- Die hohe Witterungsbest/indigkeit erlaubt die Herstel- lung langlebiger Produkte.
- Die mechanischen Eigenschaften und die gute Verarbeit- barkeit erlauben materialsparende Konstruktion und abfallarme Produktion.
- Selbst wetterexponierte PVC-Produkte brauchen keine Oberfl/ichenbeschichtung und kaum Pflege.
Bei Anwendungen, welche diese Eigenschaften fordern, wird sich PVC als 6kologisch gfinstiger Werkstoff er- weisen.
5 L i t e r a t u r
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