Roadmap Industrie - klimafonds.gv.at · und über Flotation zu einem Konzentrat mit 25–35 % Kupfergehalt angereichert. Es folgen zwei weitere An-reicherungsstufen, bei denen das

F&E-Fahrplan Energieeffizienz in der energieintensiven Industrie

Energieeffizienz in der Nichteisenmetall-IndustrieDiskussionspapier – April 2014

Lehrstuhl für ThermoprozesstechnikAutoren: Peter Pulm, Harald Raupenstrauch

Wien, November 2014

Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik

Roadmap Industrie

Roadmap Industrie – Diskussionspapier Nichteisenmetall 20142

Die vorliegende F&E-Roadmap ist im Auftrag des Klima- und Energiefonds entstanden. Die Erstellung desBerichts erfolgte durch das Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz in Kooperation mit dem AITAustrian Institute of Technology. Das Institut für Energietechnik und Thermodynamik der Technischen Universität Wien sowie das ClusterlandOberösterreich wurden über Werkverträge beteiligt. Weitere Beiträge wurden vom Lehrstuhl für Thermoprozess-technik der Montanuniversität Leoben beigesteuert.

Die hier dargestellten Inhalte spiegeln nicht notwendigerweise die Meinung des Klima- und Energiefonds wider.Weder der Klima- und Energiefonds noch das Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (bmvit)oder die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) übernehmen Verantwortung für jegliche Verwendung der in dieser Publikation enthaltenen Informationen.

Impressum

Herausgeber Klima- und Energiefonds der österreichischen BundesregierungGumpendorfer Straße 5/22, 1060 WienE-Mail: [email protected], Internet: www.klimafonds.gv.at

Projektbetreuung Elvira Lutter, Programm-Management/Klima- und Energiefonds

Autoren Peter Pulm, Harald Raupenstrauch (Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik)

Grafische Bearbeitung r+k kowanz

Foto © Plansee Group

Herstellungsort Wien, November 2014

http://www.klimafonds.gv.at

mailto:[email protected]

Roadmap Industrie – Diskussionspapier Nichteisenmetall 2014 1

Inhalt

1.0 Vorbemerkungen der Autoren 2

2.0 Stand der Technik 22.1 Aluminiumproduktion 22.2 Kupferproduktion 4

3.0 Produktion von Nichteisenmetallen 63.1 Verarbeitende Betriebe in Österreich 63.2 Entwicklung der Weltproduktion 73.3 Aluminium 83.4 Kupfer 10

4.0 Energieeffizienz bei Nichteisenmetallen 114.1 Energiebedarf der Aluminiumproduktion 124.2 Energiebedarf der Kupferproduktion 13

5.0 Mögliche Maßnahmen 145.1 Übergreifende Maßnahmen 145.2 Erzeugung von Primäraluminium 175.3 Produktion von Aluminium-Walzprodukten 185.4 Erzeugung von Primärkupfer 18

6.0 Literatur 19


1.0 Vorbemerkungen der Autoren

2.0 Stand der Technik

Als wissenschaftliche Methode für die Erstellung desDokumentes wurden ExpertInnengespräche mit maß-geblichen AkteurInnen aus Wissenschaft und Industriegeführt. Die daraus erhaltenen Ergebnisse wurdendurch eine Literaturrecherche ergänzt. Den Verfassern ist bewusst, dass die EuropäischeUnion nunmehr über 28 Mitgliedsstaaten verfügt. Dadas bestehende Datenmaterial diesem Umstand aber

(noch) keine Rechnung trägt, ist im Text für gewöhn-lich von den EU-27 die Rede.Da die detaillierte Behandlung jedes einzelnen Nicht-eisenmetalls den Rahmen dieses Papiers sprengenwürde, wurde bei der Erstellung vor allem Wert daraufgelegt, die Gemeinsamkeiten der Nichteisenmetalleherauszuarbeiten. Beispielhaft wird in der Folge de-taillierter auf Kupfer und Aluminium eingegangen.

2.1 Aluminiumproduktion

Aluminium ist mit einem Anteil von 8 % nach Sauerstoffund Silizium das dritthäufigste chemische Element inder Erdkruste. Aluminium als Werkstoff ist unter denIndustriemetallen verhältnismäßig neu und wird seitden 1970er-Jahren zunehmend eingesetzt. Es wirdheute in unterschiedlichsten Branchen verwendet, z. B.Hoch- und Tiefbau, in der Kraftfahrzeugtechnik, Flug-technik, bei der Papierproduktion, in der Medizintechnik,in der Verpackungsindustrie etc. (siehe Abbildung 1).Die herausragenden Eigenschaften von Aluminium-werkstoffen sind die hohe Festigkeit bei geringerDichte, hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Verform-barkeit und der Oberflächenglanz. Die Herstellung vonAluminium ist ein sehr energieintensives Unterfangen.Die Energiekosten machen bei der Primärerzeugungvon Aluminium ungefähr 40 % der Herstellkosten aus.Für das Betreiben der Elektrolyse wird zumeist Strom

aus Wasser- bzw. Nuklearkraftwerken verwendet. InÖsterreich selbst wird kein Primäraluminium herge-stellt. Dieses muss ausnahmslos importiert werden.Die AMAG Metall AG ist an einem kanadischen Primär-metallproduzenten beteiligt. Der einzige österrei-chische Bauxitbergbau in Unterlaussa, Oberösterreich,wurde 1964 eingestellt. [1–5]

Abbildung 1: Aluminiumverbrauch nach Branchen, Quelle: alueurope.eu

Die Herstellung von Nichteisenmetallen beginnt mitdem Abbau von Erzen aus Lagerstätten. Für eine wirt-schaftliche Produktion ist die Abbauwürdigkeit einesErzes maßgeblich. Dabei sinkt die dafür notwendigeMetallkonzentration mit dem steigenden Preis des Me-talls. In der Folge müssen die Erze zur Weiterverarbei-tung aufbereitet werden. Dieser Prozess gliedert sich indrei Schritte: Zu Beginn wird das Erz für die weitereBehandlung vorbereitet. Danach erfolgt über verschie-

dene Verfahrenswege eine Aufkonzentration des zu ge-winnenden Metalls. Daraufhin wird das Erz weiter zer-kleinert, klassiert und sortiert. Bei der Vorbereitung zurReduktion werden die Ausgangsstoffe zum Ausgleichvon Konzentrationsunterschieden miteinander ver-mischt, agglomeriert und über verschiedenste individu-elle Verfahrenswege reduziert.Im Folgenden werden die Produktionsverfahren für Aluminium und Kupfer beispielhaft besprochen.


Als Ausgangsstoff für die großtechnische Herstellungvon Primäraluminium wird zu über 98 % Bauxit ver-wendet. Das Erz besteht aus einem Gemenge von hydroxidischen Aluminiummineralen, Eisen- und Titan-oxiden sowie Kieselsäure und wird fast ausschließlichim Tagebau gefördert. Bauxitvorkommen sind in Aust-

ralien, Guinea, Jamaika, der Russischen Föderation,Brasilien, den USA, Frankreich, Griechenland, Italien,Spanien und Ungarn zu finden. Gesicherte Reserven anBauxit sind für die nächsten 300 Jahre vorhanden. Dieprimäre Aluminiumgewinnung erfolgt über ein zweistu-figes Verfahren (siehe Abbildung 2). [6]

Das Bayer-Verfahren ist seit seiner Entstehung amEnde des 19. Jahrhunderts im Wesentlichen gleich geblieben. Als Einsatzmaterial wird Bauxit verwendet,welches mit Walzen- oder Kegelbrechern bis auf eineKorngröße von 2–3 cm vorgebrochen wird. Es folgt eineNassmahlung in einer Stab- oder Kugelmühle, welchedas Einsatzgut auf die notwendige Korngröße von <0,1 mm zerkleinert. Daraufhin erfolgt in den meistenAluminiumhütten eine Vorentkieselung, um die Anlage-rung von Natriumaluminiumsilikaten und Rotschlamm-partikeln an den Heizflächen im Autoklaven zu verhindern.Dazu wird die Bauxitsuspension auf ungefähr 90 °C er-hitzt und unter Rühren sechs bis zehn Stunden aufTemperatur gehalten. In diesem Zeitraum kristallisiertdas gelöste Natriumaluminiumsilikat aus. Der eigent -liche Aufschluss erfolgt kontinuierlich im Rohr reaktoroder diskontinuierlich in Autoklaven. Dabei geht dasAl(OH)3 aus dem Bauxit in heißer, konzentrierter NaOHin Lösung und es entsteht Tonerde. Bei der Autoklaven-route beträgt die Aufschlusszeit sechs bis acht Stundenbei einer Temperatur zwischen 140 und 250 °C undeinem Druck von 40 bar. Der Rohrreaktor erlaubt höhereTemperaturen von bis zu 300 °C und ermöglicht eineverminderte NaOH-Konzentration im Aggregat. Auf-grund dieser ist eine anschließende Verdünnung mitWasser im Zuge des Ausrührens nicht notwendig.Damit wird der Prozessschritt des späteren Eindamp-fens zur Wiederaufkonzentration vermieden. Gleichzeitigist die Anlagentechnik des Rohrreaktors im Vergleich zuden Autoklaven weniger aufwendig. In der Folge wirdder Rotschlamm durch Schwerkraftscheidung abge-schieden. Dabei gehen NaOH und Tonerde mit dem

Rotschlamm verloren. Um die Verluste, die bis zu 25 %betragen können, zu minimieren, wird der Rotschlammin nachgelagerten Wascheindickern im Gegenstrom -verfahren gewaschen. Rotschlamm muss aufgrundwasserlöslicher Alkalien in Sonderdeponien gelagertwerden. Mögliche Verwertungspotenziale gäbe es inder Zementindustrie und bei der Ziegelherstellung. Inweiterer Folge wird das entstandene Al(OH)3 ausgefällt.Um die Kinetik dieses Prozessschrittes, der in großenzylindrischen Ausrührtanks durchgeführt wird, zu be-schleunigen, wird zusätzlich mit 200–300 % der aus -zufällenden Tonerdemenge geimpft. Diese hat einekleinere Korngröße als das Ausfällprodukt und kanndaher im Anschluss ausklassiert werden. Das entstan-dene Aluminiumhydroxid wird daraufhin gewaschenund filtriert. Das filterfeuchte Al(OH)3, welches übereine Restfeuchte von 10–16 % verfügt, wird entwedernach einem weiteren Trocknungsvorgang verkauft oderin Drehrohröfen bzw. Wirbelschichtöfen bei hohen Temperaturen zu Al2O3 kalziniert. [6]

Die Herstellung von metallischem Aluminium erfolgt inder nachfolgenden Schmelzflusselektrolyse. Dabei wirdAl2O3 durch Gleichstrom in geschmolzenem Kryolith(Na3AlF6) zu Aluminium und Sauerstoff zerlegt. DasMetall wird an der Kathode schmelzflüssig abgeschie-den. Der an der Anode gebildete Sauerstoff reagiert mitdem Kohlenstoff der Grafitanode exotherm zu einemGemisch von CO und CO2. Die Elektrolyse findet bei Tem-peraturen von 940–980 °C statt. Der Energieverbrauchdes Verfahrens liegt zwischen 12,5 und 15 kWh/kgproduziertem Aluminium. Eine Elektrolysezelle ist in

Abbildung 2: Schematische Darstellung der Aluminium-Primärerzeugung [6]


Abbildung 3 schematisch dargestellt. Das Hall-Héroult-Verfahren kann Aluminium mit einer Reinheit von bis zu99,9 % Aluminium erzeugen. Für die Erzeugung hoch-

reinen Aluminiums wird die Dreischichtelektrolyseverwendet. Auf eine genaue Verfahrensbeschreibungwird an dieser Stelle verzichtet. [6]

Basis für die Produktion von Aluminium über die Se-kundärroute ist Schrott. Dabei muss zwischen Alt- undNeuschrott unterschieden werden. Neuschrott fällt direkt im Zuge der Produktionsprozesse an und ist vonseiner chemischen Zusammensetzung her eindeutigdefiniert, während die Zusammensetzung von Alt-schrotten, die gesammelt werden, oftmals unbekanntist und signifikante Verschmutzungen aufweist. DieVerarbeitung von Aluminiumschrotten beginnt dahermit dem Shreddern. In der Folge werden die einzelnenMaterialien mittels Schwimmscheidung voneinandergetrennt. Je nach Schrottqualität werden zum Auf-schmelzen des Aluminiums verschiedene Ofentechno-logien verwendet. Bei stark verunreinigten Altschrottenerfolgt das Aufschmelzen in Drehtrommelöfen, diesalzbetrieben sind. Für Knetlegierungen werden salzlosbetriebene Herdöfen bevorzugt. Für oxidfreie Schrottekommen vor allem in Gießereien vereinzelt Induktions-öfen zum Einsatz. Je nach Verunreinigungsgrad derSchrotte fallen während des Aufschmelzens 300–500 kgSalzschlacke je Tonne Aluminium an. Aufgrund umwelt -technischer Probleme wird diese Salzschlacke in derRegel nachbehandelt. In einem trockenen Aufberei-tungsschritt wird dabei das metallische Aluminium extrahiert. Es folgt ein nasschemischer Prozessschritt,in welchem das Salz zurückgewonnen wird. [2, 7]

Nach dem Vergießen zu Brammen und Knüppeln erfolgenje nach herzustellender Aluminiumlegierung verschie-dene weitere Verarbeitungsschritte. Vor Verformungs-schritten erfolgt zumeist eine Erwärmung in fossil oderelektrisch befeuerten Öfen. Je nach herzustellendemProdukt sind oftmals mehrere weitere Wärmebehand-lungsschritte nötig.

2.2 Kupferproduktion

Kupfer war eines der ersten Materialien, welches dieMenschheit in ihrer Entwicklung als Werkstoff nutzte.Es wurde bereits von den ältesten bekannten Kulturenvor mehr als 10.000 Jahren verwendet. Neben demKupfer waren auch seine Legierungen Bronze undMessing geschichtlich bedeutend. Die herausragendenEigenschaften des Kupfers sind seine hohe Leitfähig-keit für Wärme und Elektrizität, hohe Korrosions -beständigkeit, gute Umformbarkeit und die guteRecyclingfähigkeit. Seine wesentlichen Anwendungs -bereiche sind elektrische und elektronische Geräte,Kühlschränke, Klimageräte, Heizungen, Wärmetau-scher, Solaranlagen, Braukessel, Kochgeschirr, Löt -kolben. Seine Legierungen werden in der Kunst undSchmuckproduktion, für Maschinenteile, elektrischeWiderstände sowie chirurgische Instrumente und

Abbildung 3: Schema einer Elektrolysezelle [6]


Essbesteck eingesetzt. Abbildung 4 gibt einen Überblicküber die verschiedenen Anwendungsbereiche von Kupfer.Die wichtigsten Förderstätten für kupferhaltige Erzeliegen in Chile, Peru und China, gefolgt von den USA,Indonesien und Australien. Kupfer ist dabei sowohl inprimären sulfidischen als auch in sekundären oxidi-schen Lagerstätten enthalten. Das wichtigste kupfer-haltige Mineral ist Kupferkies. Die Abbauwürdigkeitkupferhaltiger Erze liegt bei etwa 0,4 % Cu. In Öster-reich gibt es keinen aktiven Kupferbergbau. [6]

Abbildung 4: Anwendungsbereiche von Kupfer [6]

Abbildung 5: Wege der Kupfergewinnung [6]

Der Weg der Kupfergewinnung hängt davon ab, welchesErz zur Produktion verwendet wird. Ein Schema derzwei grundsätzlichen Gewinnungswege ist in Abbildung5 dargestellt.

Kupfererz wird in der Nähe des Abbauortes zerkleinertund über Flotation zu einem Konzentrat mit 25–35 %Kupfergehalt angereichert. Es folgen zwei weitere An-reicherungsstufen, bei denen das Konzentrat in einemersten Schritt bei Temperaturen von 1.200 °C zu Kup-ferstein und anschließend in einem Konverter zu Blister(98 % Cu-Gehalt) verarbeitet wird. Für die erste Anrei-cherungsstufe gibt es im Wesentlichen zwei Verfah-renswege: Im weit verbreiteten Badschmelzverfahrenwird das Konzentrat auf Röstöfen vorbehandelt, an-schließend mit Zuschlagstoffen in die Flammöfen ein-gesetzt und geschmolzen. Eine Alternative dazu ist derOutokumpu-Prozess, der Röst- und Schmelzprozessineinander vereint. Dies hat eine Energieeinsparung zurFolge. Zur weiteren Anreicherung von Kupferstein zuBlister wird ein Konverter verwendet. Dort erfolgt in

einem ersten Prozessschritt das Schlackeblasen, umdas gebundene Eisen und den enthaltenen Schwefel zuEisensilikat und SO2 zu oxidieren. In der zweiten Pro-zessstufe wird der vorab entstandene Spurstein (CuS)zu Kupfer reduziert (Kupferblasen). Am weitesten ver-breitet ist hierfür der Pierce-Smith-Konverter, über den80 % der weltweiten Kupferproduktion erfolgen. Es folgen eine schmelzmetallurgische sowie eine elektro-lytische Raffination und danach Umschmelzen und Gießen. [1, 6]

Oxidische Erze zählen zu den kupferarmen Erzen,daher können sie nicht über ein Flotationsverfahren angereichert werden. Vielmehr müssen sie einer Laugungsbehandlung unterzogen werden. Diese wirddirekt in den Minen durchgeführt. Auf diese Weise


können hochwertige Kupferkathoden zu relativ geringenPreisen erzeugt werden. [1, 6]

Seit dem Beginn der industriellen Erzeugung wird Kup-fer auch durch Recyclingprozesse wiederverwendet. Die theoretisch erreichbare Recyclingquote beim Kupferbeträgt 80 %, wobei hierbei der limitierende Faktor dieSammelquote ist, die für gewöhnlich deutlich darunterliegt. Der Recyclingprozess ist abhängig von der Quali-

tät der eingesetzten Schrotte. Dabei werden folgendeGruppen unterschieden: Kupferschrotte mit hoherReinheit, Altkupfer mit einer Reinheit von über 90 %,Verbundmaterialien, Rückstände aus Galvanikschläm-men, Katalysatoren oder Stäuben. [1, 6, 7]

In der Folge kann Kupfer auf vielfältige Art und Weiseweiterverarbeitet werden: Gießen, Ziehen, Pressen,Stanzen etc.

In diesem Abschnitt wird zu Beginn ein Überblick überdie wichtigsten Unternehmen der österreichischenNichteisenmetall-Branche gegeben. Danach werdenProduktionsdaten und Entwicklungen der Metallpro-duktion diskutiert.

3.1 Verarbeitende Betriebe in Österreich

Österreich verfügt über einige produzierende Betriebeim Bereich der Nichteisenmetalle. Diese werden imFolgenden kurz vorgestellt:

Montanwerke Brixlegg AGIn Brixlegg wird seit 500 Jahren Kupfer und Silber erzeugt. Seit etwa 1890 werden vorwiegend Sekundär -materialien hergestellt. Mittlerweile sind die Montan-werke Brixlegg ein 100%iger Recyclingbetrieb. Dabeiwerden kupferhaltige Stäube, Aschen, Krätzen, Shredder-materialien, Schlämme, Rücklaufschlacken und Legie-rungsschrotte verwendet. Die jährliche Produktionbeläuft sich auf 120.000 t Reinstkupfer. [8]

Austria Buntmetall Ges.m.b.H.Die Austria Buntmetall Ges.m.b.H. ist ein Erzeuger vonHalbfabrikaten und Fertigteilen aus Kupfer und Kupfer-legierungen mit Sitz in Amstetten. Es werden Kupfer-rohre, Stangen, Profile und Fertigteile, wie bspw.Gleitlager, Buchsen und Wälzlagerkäfige, hergestellt.Die Jahresproduktion beläuft sich auf 35.000 t. [9]

AMAG Austria Metall AGDie AMAG ist ein Hersteller von Primäraluminium undAluminiumhalbzeugen im österreichischen Ranshofen.

Die Primärmetallproduktion der AMAG-Gruppe erfolgtin Kanada. Die Erzeugung von Recycling-Gusslegierun-gen und Walzprodukten ist in Ranshofen angesiedelt.Im Jahr 2012 belief sich die Produktion der AMAG-Gruppe auf 344.200 t Aluminium. [5]

Salzburger Aluminium AGDie Salzburger Aluminium Gruppe (SAG) ist ein inter -nationaler Zulieferer von Aluminiumkomponenten und -systemen für die Automobil-, Nutzfahrzeug-, Luftfahrt-, Motorrad- und Schienenfahrzeugindustrie. Standortein Österreich befinden sich in Lend und Ranshofen. [10]

Hütte Klein-Reichenbach Ges.m.b.H.Die Hütte Kleinreichenbach ist seit 1960 ein Aluminium-umschmelzwerk. Es werden hauptsächlich Einteilerund Granalien erzeugt, die bei der Stahlerzeugung alsLegierungselemente und zur Desoxidation verwendetwerden. Als Einsatzmaterial werden ausschließlich Aluminiumbleche verwendet. [11]

Neuman Aluminium Ges.m.b.H.Die Neuman Aluminium Ges.m.b.H. mit Sitz in Marktlist ein Erzeuger von Aluminiumbutzen, Strang- undFließpressprodukten. Die Gruppe beschäftigt 1.600 Mit-arbeiter an weltweit neun Standorten. [12]

BMG Metall & Recycling Ges.m.b.H.Die BMG Metall & Recycling Ges.m.b.H. ist ein Fach -betrieb zur Entsorgung und Verhüttung von bleihaltigenReststoffen und Abfällen. Sie betreibt am Standort Arnoldstein eine Sekundär-Bleihütte zum Recycling vonBleiakkumulatoren und bleihaltigen Reststoffen. [13]

3.0 Produktion von Nichteisenmetallen


Plansee AGDie Plansee AG ist ein heimischer Hersteller von Re-fraktärmetallen mit Sitz in Reutte. Es werden Produkteaus Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob und Chrom pul-vermetallurgisch gefertigt. Ein weiterer Schwerpunktdes Unternehmens ist Beschichtungstechnik. [14]

Treibacher AGDie Treibacher AG mit Sitz in Althofen ist ein weltweitführender Hersteller von Hochleistungskeramik, Hart-metallen, seltenen Erden und Legierungselementen

für die Eisen- und Stahlindustrie. Ein weiterer Schwer-punkt des Unternehmens liegt im Recycling vonSekundär rohstoffen, hauptsächlich metallhaltiger Katalysatoren aus Erdölraffinierien. [15]

Wolfram Bergbau und Hütten AGDie Wolfram Bergbau und Hütten AG mit Sitz in St. Mar-tin im Sulmtal betreibt einen eigenen Wolframbergbauam Standort Mittersill, einem der mächtigsten Wolfram-vorkommen Europas. Das Unternehmen beschäftigt sichauch mit dem Recycling wolframhaltiger Reststoffe. [16]

3.2 Entwicklung der Weltproduktion

In den Abbildungen 6 und 7 ist die Entwicklung derWeltproduktion der wichtigsten Nichteisenmetalle dargestellt. Vor allem Aluminium und Kupfer haben

seit den 1990er-Jahren aufgrund der Steigerung derchinesischen Produktionskapazitäten riesige Zuwächseerfahren.

Abbildung 6: Entwicklung der Weltproduktion von Al, Cu, Zn und Pb [6]

Abbildung 7: Entwicklung der Weltproduktion von Ni, Mg und Sn


Den meisten Nichteisenmetallen gemein ist der geringeAnteil der EU-27 an der Weltproduktion (siehe Abbil-dung 8). Damit geht eine starke Importabhängigkeit

einher. Eine nachhaltige Absicherung der Zugänglich-keit zu Rohstoffen ist daher von besonderer Wichtigkeit.

Im Folgenden werden die Trends und Entwicklungen fürAluminium und Kupfer besprochen.

3.3 Aluminium

Die zeitliche Entwicklung der weltweiten Aluminium-produktion gesamt und nach Produktionsroute ist inAbbildung 9 dargestellt. Bis auf wenige kleinere Ein -brüche im Zuge des Ölpreisschocks 1973 und der

Weltwirtschaftskrise 2009 ist die weltweite Aluminium-produktion in den letzten Jahrzehnten stetig angestiegenund konnte sich bereits 2010 wieder auf das Vorkrisen-niveau steigern. Wie bei den meisten Industriemetallenist der große Treiber dieses Trends vor allem der starkeKapazitätsaufbau in China. In den folgenden Jahren istaufgrund vermehrten Schrottaufkommens mit einerstarken Steigerung der Verfügbarkeit von Aluminium-schrotten zu rechnen.

Metalle des Eisens und derStahlveredler:

Anteil der EU(27)-Produktionan der Weltproduktion (2009)

Anteil der restlichen Welt beiden Metallen des Eisens undder Stahlveredler

Anteil der restlichen Welt beiden Nichteisenmetallen

Abbildung 8: Anteile der europäischen Produktion für Stahlveredler und Nichteisenmetalle [17]

Abbildung 9: Entwicklung der Aluminiumproduktion,Quelle: U.S. GeologicalSurvey


Abbildung 10 zeigt den Anteil der Regionen an der Alu-miniumweltproduktion. China ist mit riesigem Abstanddie größte aluminiumproduzierende Nation der Welt,gefolgt von der Gemeinschaft Unabhängiger Staatenund Europa. Die Dynamik des Ausbaus chinesischerProduktionskapazitäten wird deutlich, wenn man den

zeitlichen Verlauf der Aluminiumweltproduktion nachRegionen betrachtet (Abbildung 11). Während China um das Jahr 2000 noch über ähnliche Produktionskapa-zitäten wie Russland verfügte, haben sich diese seithermit jährlichen Zuwachsraten im hohen zweistelligenProzentbereich gesteigert.

Während dieser sehr dyna-mischen chinesischen Entwicklung hat sich die Aluminiumproduktion inEuropa seit dem Jahr 2000nur schleppend entwickelt.Nach einem der Weltwirt-schaftskrise geschuldetenEinbruch im Jahr 2009konnte sich die Produktions-menge der europäischenAluminiumindustrie in derZwischenzeit nur wenig er-holen und bleibt unter demVorkrisenniveau (siehe Ab -bildung 12).

Abbildung 10: Anteil der Aluminium-Primär -produktion nach Regionen 2012, Quelle: alueurope.eu

Abbildung 12: Europäische Aluminiumproduktion, Quelle: alueurope.eu

Abbildung 11: Anteile der Staaten an der Aluminiumweltproduktion,

Quelle: alueurope.eu


Ein Problem der europäischen Aluminiumindustrie istdie hohe Abhängigkeit von Primäraluminiumimporten(siehe Abbildung 13). Aufgrund der hohen Energie-preise und geringen Vorkommen macht die Primär -produktion in den EU-27 nur 14 % des industriellenBedarfs aus. 35 % des produzierten Aluminiums werdenüber die Sekundärroute erzeugt. Zum Ausbau diesesProzentsatzes wird es in der Zukunft wichtig sein,

verbleibende Lücken im Rohstoffkreislauf zu schließenund die innereuropäischen Sammelquoten weiter zusteigern. Gegenwärtig müssen 51 % des in Europa ver-arbeiteten Aluminiums importiert werden. Eine Steige-rung der Produktion von Primäraluminium ist in Europaaufgrund der strukturellen Veränderungen bei derStromversorgung und der hohen Energiepreise nicht zu erwarten.

Während die Rahmenbedingungen in Europa schwierigsind, ist die allgemeine Entwicklung auf den Märktendurchaus erfreulich. Im Jahr 2012 ist der weltweiteVerbrauch an Primäraluminium um 4 % gewachsen.Aktuelle Prognosen der CRU, eines der führendenMarktforschungsinstitute für die Bergbau- und Metall-industrie, gehen für die nächsten Jahre von einem jähr-lichen Wachstum des Primäraluminiumeinsatzes von

6 % aus. Wesentlicher Treiber dieser Entwicklung istder zunehmende Bedarf an Leichtbaulösungen, vorallem im Transportbereich. Die größten Aluminium-verbraucher der Welt sind China (23,2 Mt), gefolgt vomRest des asiatischen Kontinents (10,11 Mt) und der euro-päischen Union (7,2 Mt). Auf Grund der zunehmendenBedeutung der CO2-Thematik gelten vor allem Europaund die USA als attraktive Wachstumsmärkte. [5, 18]

3.4 Kupfer

Mit einer Raffinadeproduktion von19,2 Mt im Jahr 2010 ist Kupfer nachAluminium mengenmäßig das zweit-wichtigste Nichteisenmetall. Die zeit-liche Entwicklung der weltweitenKupferproduktion ist in Abbildung 14dargestellt. Die Entwicklung dermengenmäßigen Verteilung derKupferweltproduktion nach Routefindet sich in Abbildung 15.

Abbildung 13: Importabhängigkeit der europäischen Aluminiumindustrie, Quelle: alueurope.eu

Abbildung 14: Entwicklung der weltweiten

Kupferproduktion, Quelle: U.S. Geological Survey


Die größte Kupferverbrauchende Region der Welt istChina, gefolgt von Restasien, Europa und den USA. Auf-grund der gestiegenen Nachfrage nach Kupferproduk-ten hat sich der Kupferpreis in den letzten zehn Jahren

mehr als verdoppelt. Gegenwärtig werden eine weitersteigende Kupferweltproduktion und eine Erhöhung desAnteils an Sekundärkupfer prognostiziert.

Abbildung 16 zeigt einen Überblick über den Energie-verbrauch bei der Herstellung der verschiedenenNichteisenmetalle. Dabei ist zu beachten, dass die Prozessschritte für die Aufbereitung nicht in der Grafikenthalten sind. Diese ist vor allem bei der pyrometal-lurgischen Herstellung von Kupfer relevant und macht

ca. 60–80 GJ/t aus, was die Kupferproduktion auf einenGesamtenergiebedarf von ungefähr 100 GJ/t kommenlässt. Die Herstellung von Primäraluminium stellt inder Nichteisenmetall-Industrie den energieintensivstenProzess dar.

Abbildung 16: Energieverbrauch bei der Herstellung vonNicht eisenmetallen, Quelle: Institut für Nichteisenmetallurgie,Montanuniversität

Abbildung 15: Entwicklung der Kupferwelt-produktion nach Route [6]

4.0 Energieeffizienz bei Nichteisenmetallen


Charakteristisch für die meisten Herstellungsroutender Nichteisenmetalle sind die großen Energieeinspa-rungspotenziale der Sekundärerzeugungsrouten. Dieserklärt sich daraus, dass beim Einsatz von Schrottendiese bereits einmal aus dem Erz reduziert wurden undim Wesentlichen aufbereitet und neu eingeschmolzenwerden müssen. Die erreichbaren Energieeinsparungs-potenziale sind für einige Nichteisenmetalle in Tabelle 1dargestellt. Davon hat Aluminium nicht nur relativ, sondern aufgrund des hohen Energiebedarfs für diePrimärerzeugung auch absolut das höchste Effizienz-potenzial.

4.1 Energiebedarf der Aluminiumproduktion

In Tabelle 2 ist der Energiebedarf für die einzelnen Prozessschritte der Herstellung von Primäraluminiumaufgeführt. Dabei ist die Schmelzflusselektrolyse mit79,2 % des Anteils an aufzuwendender Energie derenergieintensivste Prozessschritt. Die Herstellung von

Tonerde schlägt im Durchschnitt mit 16,9 % der aufzu-wendenden Energie zu Buche, während die Prozesseder Schmelzereinigung und das Vergießen in energie-technischer Sicht zu vernachlässigen sind. Über dieJahre konnte das Hall-Héroult-Verfahren als einzigesangewandtes Verfahren zur Aluminiumherstellung hin-sichtlich des Strombedarfs ständig verbessert werdenund diesen mehr als halbieren (siehe Abbildung 17).

AlNiFeZnCuPb

91 %81 %60 %54 %39 %39 %

Metall Energieeinsparung

Prozessschritt Menge Gesamt Eprim (MJ) Anteil am Gesamtbedarf in %

Tabelle 1:Energieeinsparungspotenziale beim Metallrecycling, eigene Darstellung

Tabelle 2:Energiebedarf für die Herstellung von Primäraluminium, Quelle: Institut für Nichteisenmetallurgie, Montanuniversität Leoben

Abbildung 17:Entwicklung des Strombedarfs für dieAluminium-Primärerzeugung [19]

TonerdeherstellungSchmelzflusselektrolyseSchmelzereinigungVergießen

Summe (1 t Primäraluminium)

1,941,021,021,00

27.683,6129.617,94.472,71.956,3

163.730,5

16,979,22,71,2

100,0


Tabelle 3 zeigt die anfallenden Energiemengen für dieProduktion von Sekundäraluminium. Dabei macht derEinschmelzprozess im Durchschnitt 46,6 % des Ener-giebedarfs aus. Weitere energieintensive Prozess-schritte sind die Aufbereitung der Salzschlacke und dieSchmelzereinigung sowie die Trocknung des Schrotts,

bevor er in den Ofen eingesetzt wird. Beim Vergleichdes Gesamtenergiebedarfs von Primär- und Sekundär-route wird deutlich, dass nach derzeitigem Stand derTechnik für die Erzeugung von Sekundäraluminium lediglich ein Zehntel des Energiebedarfs für die Primär -route aufgewendet werden muss.

4.2 Energiebedarf der Kupferproduktion

Für die Herstellung von Kupfer aus sulfidischen Erzenbenötigt man ca. 100 GJ/t, wobei ein großer Anteil von70 GJ für die Gewinnung, Mahlung und Flotation imBergbau, ca. 20 GJ für den Transport und nur 10 GJ

für die elektrolytische Reinigung aufgewendet werdenmüssen. Etwa 80 % der weltweiten Kupfererzeugungerfolgen über diese Produktionsroute. Die restlichen 20 % der Primärkupfererzeugung erfolgen auf hydro-metallurgischem Wege. Der Energieaufwand dafür istähnlich hoch. [1, 20]

Tabelle 3:Energiebedarf für die Herstellung von Sekundäraluminium, Quelle: Institut für Nichteisenmetallurgie, Montanuniversität Leoben

Prozessschritt Menge Gesamt Eprim (MJ) Anteil am Gesamtbedarf in %

2.57643176522739671292163

1.134722

1.000

1.013,5247,65,2

190,51.286,821,462,2

1.496,48.503,33.376,22.014,9

18.218,0

5,61,4–

1,17,10,10,38,346,618,511,1

100,0

TransportShreddernMagnetscheidungSchwimm-Sink-TrennungAbschwelen/TrocknenPaketierenKrätzeaufbereitungAbschmelzenEinschmelzen SalzbadofenSalzschlackenaufarbeitungSchmelzereinigung/Gießen

Summe (1 t Primäraluminium)


5.0 Mögliche Maßnahmen

In diesem Kapitel werden mögliche Maßnahmen füreine Erhöhung der Energieeffizienz in der Nichteisen-metall-Industrie besprochen. Dabei wurde darauf Wertgelegt Maßnahmen zu definieren, die für den Großteilder Betriebe der Branche anwendbar sind. In weitererFolge wird auf mögliche Maßnahmen speziell für dieAluminium- und Kupferproduktion eingegangen.

5.1 Übergreifende Maßnahmen

5.1.1 Entwicklung geeigneter Kennzahlensysteme

Die Beurteilung der Energieeffizienz einer Unterneh-mung ist bei eingehender Betrachtung keine trivialeAngelegenheit. In der politischen Debatte um eine Er-höhung der Energieeffizienz wird zumeist der absoluteEnergieverbrauch einer Unternehmung als Messlattezur Beurteilung der Energieeffizienz herangezogen.Auch für die europäischen Zielsetzungen bezüglicheiner Limitierung des Ausstoßes klimaschädlicherGase wurde ein Absolutwert vorgegeben. Bis 2050 solldie als Referenzwert herangezogene Summe an Emis-sionen aus dem Jahr 1990 um 83–87 % reduziert wer-den. Dies ist vor allem im Zusammenhang mit demdemnächst anstehenden Energieeffizienzgesetz einegefährliche Entwicklung. [21]

Durch absolute Limits, sei es im Bereich der Emissio-nen oder des energetischen Endverbrauchs, werden dieösterreichischen Unternehmen der Nichteisenbranchein ihrer Weiterentwicklung behindert: [22]

• Absolute Limits schränken die maximale Produkti-onskapazität ein. Es könnte der Fall eintreten, dasses aufgrund von Zahlungen für Emissionsrechteoder einer Überschreitung des energetischen Ver-brauchslimits für den Betreiber günstiger ist, eineAnlage unter der möglichen Anlagenkapazität zubetreiben und damit auf zusätzliche Beschäftigungund Wertschöpfung zu verzichten.

• Absolute Limits verhindern den Aufbau weitererProduktionskapazitäten. Wenn eine Überschreitungdes jeweiligen Emissions- oder Energieverbrauchs-limits zu hohen Ausgaben für den Ankauf von Emis-sionsrechten oder Strafzahlungen führt, so wärejeder Anreiz verloren, in einen Ausbau des Standorts

zu investieren. Dies verhindert zusätzliche Wert-schöpfung im Inland, die Entstehung weiterer Arbeitsplätze und schadet letztendlich der Umwelt,da die geplanten Investitionen wohl woandersdurchgeführt werden.

• Absolute Limits schaden der technischen Weiter-entwicklung. Die verhinderte Wertschöpfung wirddazu führen, dass technische Innovationen nicht imInland entwickelt und umgesetzt werden, sonderndie Geldmittel dafür benutzt werden, in konventio-nelle Technologien im Ausland zu investieren.

• Absolute Limits könnten letzten Endes dazu führen,dass die europäische Industrie in ihrer Weiterent-wicklung derart behindert wird, dass die Wett -bewerbsfähigkeit verloren geht und es diesentechnisch weit entwickelten Industriezweig inEuropa zukünftig nicht mehr gibt. Mit allen nega -tiven Konsequenzen für die Umwelt durch eine Produktionsverlagerung in Drittstaaten.

Etwas entwicklungsfreundlicher für die österreichischeNichteisenindustrie wären spezifische Verbrauchslimits,wenngleich diese, wie die Diskussion zeigen wird, auchnur ein suboptimales Instrument zur Bewertung derEnergieeffizienz eines Betriebes bilden.

Der spezifische Energiebedarf errechnet sich aus demgesamten Energiebedarf einer Unternehmung, einesProduktionsstandortes oder eines Betriebs, dividiertdurch eine Leistungseinheit, zumeist die Güterproduk-tion in Stück bzw. in Tonnen gefertigtes Produkt. Dasheißt, es wird der Energieverbrauch pro produzierterLeistungseinheit zur Beurteilung der energetischenLeistung eines Produktionsbetriebes herangezogen.Der Vorteil eines spezifischen Energieverbrauchslimitsist, dass dieses Auslastungsschwankungen berücksich-tigt, da bei einer höheren Auslastung der zusätzlicheEnergieverbrauch durch einen höheren Output ausge-glichen wird. Selbstverständlich wäre es auch möglich,spezifische Treibhausgasemissionen zu errechnen. DieBeurteilung der Energieeffizienz oder das Setzen einesEnergieverbrauchslimits anhand des spezifischenEnergieverbrauchs hat allerdings Grenzen.

Eine Schwäche der spezifischen Leistungskennzahlenliegt darin, dass verschiedene Erzeugnisse aus demgleichen Metall über einen unterschiedlichen Energie-bedarf verfügen. Je komplexer die Fertigungskette


eines Metallproduktes, desto höher ist zumeist derenergetische Aufwand zur Herstellung, aber auch diezu erzielende Wertschöpfung steigt mit der Zahl derProduktionsschritte. Gleichzeitig ist die Produktvielfaltin österreichischen Nichteisenmetall-Verarbeitungs -betrieben derartig groß, dass es nur unter größtemAufwand möglich wäre, den genauen Energieverbrauchjedes Einzelproduktes zu messen. Dies müsste abergeschehen, um den spezifischen Energieverbrauch zukorrigieren, da ja eine Tonne höherwertiges Produktmehr energetischen Aufwand bedeutet. Am wahrschein-lichsten ist also, dass diese Korrektur nicht stattfindenkann, sondern der Gesamtoutput in Tonnen herange-zogen wird. Dies könnte jedoch in der Folge zu eigen-tümlichen Ergebnissen führen: [21]

Eine Beurteilung der energetischen Leistung einer Unternehmung anhand des spezifischen Energiever-brauchs könnte verursachen, dass ein produzierendesUnternehmen aufgrund des Zwanges, möglichst vielOutput zu generieren, um den spezifischen Energiever-brauch gering zu halten, sein Produktionsprogrammderart verändert, dass zunehmend auf einfach zu ferti-gende Produkte gesetzt wird. Gleichzeitig könnten etwaige Maluszahlungen den Benefit der Erzeugunghöherwertiger Produkte aufheben und es wirtschaftlichgünstiger werden lassen, auf sogenannte Commoditieszu setzen. Dieser Umstand würde nicht nur der öster-reichischen Wirtschaftsstrategie, die die Positionierungder Republik als Hochlohn- und Hochtechnologiestand-ort vorsieht, zuwiderlaufen, sondern auch der durch die österreichische Nichteisenmetall-Branche in denletzten zwei Jahrzehnten sehr erfolgreich verfolgten Nischenstrategie diametral widersprechen. [21]

Demnach braucht es zur seriösen Beurteilung derEnergieeffizienz produzierender Unternehmen geeigneteInstrumente zur Messung und Kontrolle des Energie-verbrauchs sowie zur Bewertung und Evaluierung von Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz,Kostenoptimierung und zur Setzung etwaiger Verbrauchs -limits durch den Gesetzgeber.

Deutlicher Entwicklungsbedarf besteht also in der Bestimmung von standardisierten Leitkennzahlen aufProzess-, Anlagen- und Unternehmensebene. DieseKennzahlen haben die Aufgabe, die Energieeffizienz zumessen und Ineffizienzen in Verfahren und Prozessenzu identifizieren. Zudem sollen mithilfe von Energy Performance Indicators (EnPIs) Veränderungen derEnergieeffizienz sichtbar gemacht werden. Des Weiterensollte es durch diese Instrumente möglich sein, eineErhöhung des Effizienzniveaus auch monetär zu be wer -ten. Weiters sollte es durch standardisierte, branchen-spezifische Benchmarks möglich werden, die

energetische Leistung von Unternehmungen über -betrieblich zu vergleichen. Hier ist die Aufgabe, eingeeignetes Bewertungssystem für den internen undexternen Vergleich von Prozessen, Betrieben und Un-ternehmen zu ermöglichen. [22]

5.1.2 Energiemanagementsysteme

Aufgrund der hohen Bedeutung des Themas Energie inder verarbeitenden Industrie hat die österreichischeNichteisenindustrie ihre Verantwortung wahrgenommenund viele Betriebe haben bereits kurz nach Publikationder ISO 50001 mit der Implementierung eines normier-ten Energiemanagementsystems begonnen und sindmittlerweile zertifiziert. Die ISO-Norm bietet für dieEinführung eines Energiemanagementsystems einengroben Rahmen. So verlangt sie bspw. von einer Unter-nehmung die Einführung und Überwachung von Ener-gieleistungskennzahlen, lässt den Unternehmen aberdabei jeglichen Freiraum. Der Entwicklungsbedarf indiesem Zusammenhang wurde im letzten Abschnitt bereits eingehend diskutiert. Die Norm ist aber auchbezüglich der Einführung eines Energiemanagement-systems im Betrieb eher vage formuliert und bietet aufder technischen Ebene keinerlei Unterstützung.

Daher ist ein Entwicklungsbedarf bei der Integration vonEnergiemanagementsystemen in bestehende Manage-mentsysteme von Unternehmen gegeben. Die Verknüp-fung der normativen und strategischen Ebene als Teildes ganzheitlichen Energiemanagements ist als Standder Forschung verfügbar, aber die Implementierung imBetrieb fehlt. Eine Lücke im ganzheitlichen Manage-mentsystem stellt die Integration des operativen Feldesdurch geeignete Methoden und Instrumente dar. Dies-bezügliche Anstrengungen sollten jedenfalls unter-stützt werden.

5.1.3 Gewährleistung ausreichender Schrottverfügbarkeit

Tabelle 1 zeigt die prozentuellen Einsparungen imEnergieverbrauch zwischen Primär- und Sekundär-erzeugungsroute. Daher sollte es im Interesse der Republik sein, nach Möglichkeit Schrotte bzw. Schrott-quellen im Inland zu belassen.

Hier gilt es einige Lücken in der Gesetzgebung zuschließen. Bspw. verlässt ein nicht unbeträchtlicherRessourcenstrom an potenziellen Metallschrotten unserLand in Form von Exporten sogenannter Altprodukte.Prominentes Beispiel hierfür ist der Verkauf in Öster-reich nicht mehr verkehrstüchtiger Altfahrzeuge in Ostblockstaaten oder nach Afrika. Ähnliche Problemebestehen im Bereich von Altelektrogeräten, die ebenfalls


ins Ausland exportiert werden. Zwar steht dem Verkaufeine inländische Wertschöpfung gegenüber, jedochwürden die Nichteisenindustrie, der energetische End-verbrauch sowie die heimische Aufbereitungswirtschafteher davon profitieren, wenn diese Altprodukte im Inland verblieben und hier aufbereitet würden.

Mangels Deklarationspflicht liegt für diesen Bereichnur mangelhaftes Datenmaterial vor. In einem erstenSchritt sollten also die Potenziale an nutzbaren Res-sourcen aus diversen Altproduktsegmenten erhobenwerden. In weiterer Folge sollten dann gesetzlicheMaßnahmen dafür sorgen, dass diese Potenziale im Inland verbleiben.

Gerade durch das Recycling von Aluminium wärengroße Energieeinsparungen möglich. Da Aluminium ein beliebtes Verpackungsmaterial darstellt, existiertbereits eine Sammelinfrastruktur. Dennoch liegt dieösterreichische Sammelquote von Aluminium deutlichniedriger als jene von Deutschland, Norwegen, Finn-land und Belgien, die jeweils Quoten von über 90 % aufweisen können. Hier ist durch geeignete abfallwirt-schaftliche Maßnahmenpakete nachzuschärfen.

5.1.4 Verbesserung verfügbarer Schrottqualitäten

Leider weist die Sekundärroute der Aluminiumerzeu-gung gewisse Limitierungen hinsichtlich der herzustel-lenden Materialqualität auf. Neben der Möglichkeit derSchmelzereinigung bzw. der Kompensation negativerMaterialeigenschaften in nachgelagerten Prozess-schritten wäre die geeignetste Lösung zu gewährleisten,dass Schrott in hoher Sortenreinheit und guter Qualitätzur Verfügung steht.

Dies wird lediglich durch eine gemeinsame langfristigeKraftanstrengung von Politik, Industrie und der Abfall-wirtschaft möglich sein. Schließlich bedarf es für einenachhaltige Verbesserung der Qualität verfügbarerSchrotte bereits einer Optimierung im Produktplanungs-prozess. Durch recyclinggerechte Konstruktion vonProdukten können spätere Probleme bei der Aufberei-tung zu großen Teilen kompensiert werden. Nach Ab-lauf der Produktlebensdauer muss gewährleistet sein,dass es zu einer Sammlung kommt und der Aluminium-schrott möglichst gut und sortenrein aufbereitet wer-den kann. Diesbezügliche Initiativen wären überausbegrüßenswert, wobei zu beachten ist, dass der Benefiteiner Optimierung in diesem Bereich erst langfristigWirkung zeigen wird, da die Produkte ja erst nach ihrerLebenszeit wieder in den Rohstoffkreislauf kommen.

5.1.5 Modelle zur Vorhersage der Schrottzusammensetzung

Für die Produktion qualitativ hochwertiger Metall produkteist die genaue Kenntnis über die Zusammensetzung dereingesetzten Schrotte notwendig. Neben der Anstrengung,höherwertige Schrotte zur Verfügung zu stellen, wäre esnotwendig, kommerziell nutzbare Modelle zur Voraussageder Schrottzusammensetzung zu entwickeln. [1, 23]

5.1.6 Autotherme Schmelzen

Verunreinigte Schrotte weisen zumeist eine hohe Kon-tamination an organischen Verbindungen auf (Kunst-stoffe, Beschichtungen etc.). Diese Verunreinigungenkönnten als Energieträger zum Aufschmelzen des Ein-satzmaterials genutzt werden. Dafür ist eine genaueKenntnis der Schrottzusammensetzung nötig. Des Weiteren bedarf es Anpassungen der Ofentechnologie(Atmosphärenkontrolle, Brennertechnologie, Abgas-kontrolle, etc.). Durch Anwendung dieser Technik wärenenorme Effizienzverbesserungen bei gleichzeitiger Erhöhung der Recyclingquote möglich. [24]

5.1.7 Optimierte Wärmebehandlung

Durch eine detaillierte Analyse der Materialverände-rungen über die einzelnen Prozessschritte des Walzensund der Wärmebehandlung wäre es möglich, weitereEinsparpotenziale in diesem Bereich zu identifizieren.So kann ein verbessertes Verständnis der Material -eigenschaften zu einer Erhöhung der Energieeffizienzder Produktion beitragen.

5.1.8 Verringerung des Eigenschrott-anteils

Durch eine verbesserte Prozessführung kann der ent-stehende Eigenschrottanteil weiter vermindert werden.Eine Reduktion des Eigenschrottanteils ist eine direkteEffizienzmaßnahme. Dafür müssten im Einzelfall einegenaue Analyse des Schrottaufkommens und die Defi-nition von Verbesserungsmaßnahmen erfolgen.

5.1.9 Modernisierung bestehender Öfen

Gelingt es, durch geeignete Maßnahmen die Reinheitverfügbarer Schrotte zu verbessern, wäre es möglich,Trommelöfen durch effizientere Aggregate zu substi -tuieren. Trommelöfen finden vor allem deshalb Verwen-dung, weil sie sehr tolerant gegenüber verschiedenenSchrott qualitäten sind. Durch den Einsatz verbesserter Brennertechnologien und moderner Technik zur Prozess-steuerung lassen sich auch bei Beibehaltung der Trommel-ofentechnologie Effizienzverbesserungen erreichen. [25]


5.1.10 Verbesserte Wärmerück-gewinnung bei Öfen

Durch den Einsatz von Rekuperativ- und Regenerativ-brennern können Wärmeverluste im Abgas vermiedenwerden. Durch Optimierung der Brennersteuerung kön-nen weitere Effizienzpotenziale ausgeschöpft werden. [1]

5.1.11 Gleichstrommagnetheizung

Im Vergleich zu brennstoffbetriebenen Öfen können in-duktive Schmelzöfen die Endenergie besser ausnutzen.Leider geht dieser Vorteil aufgrund des Wirkungs -grades der von fossilem Energieeinsatz abhängigenStromversorgung verloren. Durch den Einsatz supra -leitender Spulen für die Erzeugung des Magnetfeldeskann der Wirkungsgrad von Induktionsöfen derartig er-höht werden, dass ein vermehrter Einsatz energietech-nisch sinnvoll wird. Gegenwärtig wird diese Technologiein der Umformtechnik als Wärmevorbehandlung einge-setzt, eine Ausweitung des Anwendungsfeldes erscheintaber sinnvoll und möglich. [1, 26]

5.1.12 Vorwärmen der Einsatz-materialien

Durch Vorwärmung der Einsatzmaterialien vor demAufschmelzen kann eine Steigerung des Wirkungsgra-des der Schmelzaggregate erreicht werden. Problema-tisch in diesem Zusammenhang ist die Entstehungetwaiger Giftstoffe durch Verunreinigungen im Material,die eine Aufbereitung der Abluft erforderlich machenkönnte. Diese Probleme könnte man durch die Ver-fügbarkeit höherer Schrottqualitäten oder eine guteKenntnis der Schrottzusammensetzung bzw. geeigneteReinigung beheben. [1]

5.1.13 Optimierter Betrieb

Durch einen optimierten Betrieb und Verbesserungenin der Produktionsplanung mit einer geeigneten auto-matisierten Prozesssteuerung sind weitere Effizienz -potenziale zu erschließen. Hierbei ist vor allem einvorausschauender Betrieb der Öfen, gepaart mit opti-mierter Chargierung, zu erwähnen. [1]

5.2 Erzeugung von Primäraluminium

Zwar verfügt Österreich über keine Produktionsstättezur Erzeugung von Primäraluminium, der Vollständig-keit halber sollen aber die technischen Möglichkeitenan dieser Stelle mitbehandelt werden.

5.2.1 Inerte Anoden

Seit den 1970er-Jahren wird intensiv an der Entwick-lung sogenannter inerter Anoden geforscht. Ein Pro-blem während der Elektrolyse von Aluminium ist, dassdie verwendeten Grafitanoden während des Prozessesverbraucht werden. Die Lebensdauer einer typischenKohlenstoffanode beträgt bei Vollauslastung der Elek-trolyseeinheit ungefähr einen Monat. Durch Einsatz voninerten Anoden, die nicht mit dem Elektrolyten reagie-ren, könnte die Lebensdauer der Anode um den Faktor25–30 vergrößert werden. Durch Entfall des Anoden-herstellungsprozesses würden Energie und Treibhaus-gasemissionen gespart werden. Dabei liegt die größteHerausforderung der Forschung in der Entwicklungeines Werkstoffes, der die thermischen Verluste mini-miert, über die nötige Korrosionsbeständigkeit verfügtund einen wirtschaftlichen Einsatz ermöglicht, wobeierste Studien die Technologie unmittelbar vor derMarktreife sehen. Durch Anwendung von Inertanodenkönnten zwischen 7 und 27 % des Energiebedarfs fürdie Aluminium-Primärproduktion eingespart werden. [1, 2, 27, 28]

5.2.2 Benetzbare Kathoden

Die aktuell angewendete Kathodentechnologie aufKohlenstoffbasis verfügt nur über eine schlechte Be-netzbarkeit mit Aluminium. Dieser Umstand führt zuelektromagnetischen Wechselwirkungen und Strömun-gen, die eine Verformung verursachen können. Deswe-gen muss in den elektrolytischen Zellen ein relativgroßer Anoden-Kathoden-Abstand gewährleistet sein.Dieser wirkt sich negativ auf den Energieverbrauch aus.Benetzbare Kathoden könnten diesen vermindern.Auch bei dieser Technologie stellt sich vor allem dieProblematik eines geeigneten Werkstoffes, dessen Ein-satz wirtschaftlich ist. Trotz erster Forschungsarbeitenwährend der 1970er-Jahre ist die Technologie nochimmer nicht marktreif. [1]

5.2.3 Carbothermischer Herstellungs-prozess

Ein neues Verfahren zur Aluminiumerzeugung könntebis zu 20 % des Energiebedarfs für die Primärher -stellung von Aluminium einsparen. Beim carbothermi-schen Prozessansatz wäre es möglich, den hohenStromverbrauch für die Aluminiumelektrolyse einzu-sparen. Darüber hinaus wäre diese Prozessarchitekturbesser für die Anwendung von Wärmerückgewinnungs-und CCS-Technologien geeignet. Das Verfahren befin-det sich aber noch in der Entwicklung. [1, 19]


5.2.4 Bipolare Elektrolysezellen

Der Einsatz von Inertanoden und benetzbaren Katho-den gemeinsam innerhalb einer bipolaren Elektrolyse-zelle könnte den Gesamtenergieaufwand für diePrimärerzeugung um 20–25 % reduzieren. Darüberhinaus würde der Aufwand für die Anodenherstellungwegfallen. [1]

5.3 Produktion von Aluminium-Walzprodukten

5.3.1 Modernisierung von Tieföfen

Vor Umformschritten müssen gegossene Aluminium-barren erwärmt werden. Durch die Umstellung der Tieföfen auf direkte Feuerung und den Einsatz moder-ner Brenner und Steuerungstechniken kann der dafüraufzuwendende Energieeinsatz reduziert werden. [1]

5.3.2 Umstellung von Tief- auf Stoßöfen

Stoßöfen sind aufgrund baulicher Unterschiede ener-gieeffizienter zu betreiben als die weit verbreiteten Tieföfen. Dies liegt daran, dass Stoßöfen direkt undkontinuierlich arbeiten. Aus diesem Grund sind dieWärmeverluste bei Stoßöfen geringer. [1]

5.3.3 Betriebsoptimierung

Durch Optimierungen im Bereich der Produktions -planung kann eine optimale Ausnutzung aller Anlagen-teile zum Warm- und Kaltwalzen von Aluminiumerreicht werden. Dies kann zu Effizienzsteigerungenführen. [1]

5.4 Erzeugung von Primärkupfer

Der Vollständigkeit halber seien an dieser Stelle auchzwei Möglichkeiten zur Verbesserung der Kupferpro-duktionsverfahren erwähnt:

Eine Steigerung der Reaktionsraten kann laut aktuellerBREF-Dokumente durch den Wechsel von der Schwe-beschmelz- zur Badschmelztechnik mit abgedichtetenoder halbabgedichteten Öfen erreicht werden.

Eine Weiterentwicklung des hydrometallurgischen Verfahrensweges soll es ermöglichen, oxidische undsulfidische Erze, die über einen geringen Kupfergehaltverfügen, gemeinsam zu laugen.

5.5 Zusammenfassung

Die Nichteisenmetall-Branche bietet vielfältige Opti-mierungsmöglichkeiten. Dabei ist vor allem die Optimierung des Gesamtprozesses über die gesamteWertschöpfungskette von Bedeutung. Diese beginnt beieiner recyclinggerechten Konstruktionsweise und einerenergieeffizienten Produktion. Nach Ende der Produkt -lebensdauer erfolgt die Sammlung, Aufbereitung undeine neuerliche stoffliche Verwertung. Dabei sind Lücken im jetzigen Sammelsystem konsequent zuschließen. Über das Recycling von Nichteisenmetallenkönnen enorme Energieeinsparungspotenziale er-schlossen werden.

Dazu muss eine Optimierung gewisser Einzelsystemeerfolgen: Verbesserung der Ofentechnologie (auto-therme Schmelzprozesse), Brennertechnik, neue Prozesstechniken beim Recycling, simultane Rück -gewinnung von Metallen.

Auch die klassische Materialforschung kann durch dieEntwicklung eines besseren Verständnisses von Wärme-behandlungsprozessen und den damit einhergehendenMaterialveränderungen zu einer Steigerung der Ener-gieeffizienz beitragen.


[1] Hassan, A.: Möglichkeiten, Potenziale, Hemmnisseund Instrumente zur Senkung des Energiever-brauchs und der CO2-Emissionen von industriellenBranchentechnologien durch Prozessoptimierungund Einführung neuer Verfahrenstechniken.Schlussbericht. Karlsruhe 2011.

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[3] Daxbeck, H.; Merl, A.; Ritter, E.; Brunner, P.: Analyse der Flüsse des lizenzierten Aluminiums in Österreich. Wien 2000.

[4] Aiginger, K.; Bayer, K.; Stankovsky, J.; Volk, E.: Die Entwicklung der österreichischen Aluminium-industrie. In: WIFO Monatsberichte (1986) 10, S. 625–646.

[5] AMAG Austria Metall AG: Geschäftsbericht 2012.Ranshofen 2013.

[6] Antrekowitsch, H.: Skriptum zu Metallhütten- kunde II, Skriptum. Leoben 2014.

[7] Antrekowitsch, H.: Sekundärmetallurgie der Nicht-eisenmetalle, Skriptum. Leoben 2014.

[8] Montanwerke Brixlegg AG: Unternehmens -vorstellung. www.montanwerke-brixlegg.comAbrufdatum 29.04.2014.

[9] Austria Buntmetall Ges.m.b.H.: Unternehmensvor-stellung.www.austria-buntmetall.at/internet/de/startseite.jspAbrufdatum 29.04.2014.

[10] Salzburger Aluminium AG: Unternehmens -vorstellung.www.sag.at/de/unternehmen/standorte/alutech-gmbh

[11] Hütte Klein-Reichenbach Ges.m.b.H.: Unterneh-mensvorstellung.www.hkb.atAbrufdatum 29.04.2014.

[12] Neuman Aluminium Ges.m.b.H.: Unternehmens-vorstellung.www.neuman.at

[13] BMG Metall & Recycling Ges.m.b.H.: Unterneh-mensvorstellung.www.bmg-recycling.at

[14] Plansee AG: Unternehmensvorstellung.www.plansee.comAbrufdatum 29.04.2014.

[15] Treibacher AG: Unternehmensvorstellung.www.treibacher.atAbrufdatum 29.04.2014.

[16] Wolfram Bergbau und Hütten AG: Unternehmens-vorstellung.www.wolfram.atAbrufdatum 29.04.2013.

[17] Weber, L.; Zsak, G.; Reichl, C.; Schatz, M.: WorldMining Data 2011.www.bmwfw.gv.at/EnergieUndBergbau/WeltBerg-bauDaten/Documents/Weltbergbaudaten%202011.pdfAbrufdatum 30.04.2014.

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[20] Winnacker; Küchler: Chemische Technik: Prozesseund Produkte. Weinheim 2006.

[21] Pulm, P.: Vorgehenskonzept für die Implementie-rung eines Managementsystems nach ISO 50001,Masterarbeit. Leoben 2014.

[22] Pulm, P.: Energieeffizienz in der österreichischenIndustrie – Rahmenbedingungen und Potentiale,Dissertation. Leoben. Noch nicht veröffentlicht.

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6.0 Literatur

http://www.bmwfw.gv.at/EnergieUndBergbau/WeltBergbauDaten/Documents/Weltbergbaudaten%202011.pdf



http://www.wolfram.at

http://www.treibacher.at

http://www.plansee.com

http://www.bmg-recycling.at

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http://www.hkb.at

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http://www.montanwerke-brixlegg.com


Energietechnologien 2050 – Schwerpunkte für Forschung und Entwicklung. Technologienbericht.Stuttgart 2010.

[24] Schwalbe, M.: Grundlagen und Möglichkeiten derVerarbeitung von höher kontaminierten Aluminium-schrotten. Ranshofen 2010.

[25] Bayrisches Landesamt für Umweltschutz: Effiziente Energieverwendung in der Industrie. In:Bayrisches Landesamt für Umweltschutz (Hrsg.):Effiziente Energienutzung in Nicht-Eisen-Metall-Schmelzbetrieben. Augsburg 2005.

[26] Kellers, J.; Bührer, C.; Hagemann, H.; Ostermeyer,B.; Witte, W.: Magnetic billet heating rivals conven-tional furnaces. In: Heat Processing 7 (2009) 3, S. 205–210.

[27] McMinn, C.; Nora, V.: Inert anodes for aluminiumproduction. In: Aluminium 80 (2004) 3, S. 135–140.

[28] Kvande, H.; Haupin, W.: Inert anodes for Al smel-ters: Energy balances and environmental impact.In: Journal of the Minerals 53 (2001) 5, S. 29–33.


Elementsymbol für Aluminium

Chemische Formel von Aluminiumhydroxid

Chemische Formel von Aluminiumoxid

Best Available Techniques (dt. beste verfügbare Techniken (BVT))

Best Available Techniques Reference Documents (dt. BVT-Merkblätter)

Carbon Capture and Storage (dt. Kohlenstoffabscheidung und -speicherung)

Zentimeter

Chemische Formel von Kohlenmonoxid

Chemische Formel von Kohlendioxid

Elementsymbol für Kupfer

Energy Performance Indicator (dt. Energieleistungskennzahl)

Primärenergie

Europäische Union

Elementsymbol für Eisen

Forschung, Technologie und Innovation

Forschung und Entwicklung

Gigajoule

Internationale Organisation für Normung (vom griechischen Wort „ isos“ = gleich)

Kilogramm

Kilowattstunde

Elementsymbol für Magnesium

Megajoule

Millimeter

Millionen Tonnen

Megawattstunde

Chemische Formel von Natriumoxid

Al

Al(OH)3

Al2O3

BAT

BREF

CCS

cm

CO

CO2

Cu

EnPI

Eprim

EU

Fe

FTI

F&E

GJ

ISO

kg

kWh

Mg

MJ

mm

Mt

MWh

Na2O

Abkürzungsverzeichnis


Chemische Formel von Natriumhydroxid

Elementsymbol für Nickel

Elementsymbol für Blei

Elementsymbol für Zinn

Chemische Formel von Schwefeldioxid

Tonne

Elementsymbol für Zink

NaOH

Ni

Pb

Sn

SO2

t

Zn

Abkürzungsverzeichnis

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In Kooperation mit:

http://www.klimafonds.gv.at