Recycling und Ersatz chlorhaltiger Lösemittel in der Metallindustrie: Potential und Grenzen.

• Gliederung
• 1. Kapitel: CKW, KW und wäßrige Reinigung im Umweltvergleich
  • Weniger Emissionen, aber höherer Energieverbrauch
  • Wie erfolgt die Entlastung?
  • Belastungen beim Umstieg auf wäßrig
  • Bewertung der modernen Reinigungsverfahren
• 2. Kapitel: Die gegenwärtigen Grenzen des CKW-Kreislaufs
  • Außerbetriebliche CKW-Verwendung 1990/91
  • CKW-Regenerierung unter heutigen Bedingungen
  • Zweitemissionen beim Umweltvergleich
  • Zweitemissionen nicht essentiell

1. Kapitel: CKW, KW und wäßrige Reinigung im Umweltvergleich

Die Umstellung der emissionsträchtigen alten CKW-Reinigung auf "moderne" Verfahren der Metallentfettung (geschlossene CKW-Anlagen, wäßrige oder KW-Reinigung) sollte zum 31.12.1994 abgeschlossen sein. Dies sieht die novellierte 2. BImSchV von 1990 vor. Trotz eines beachtlichen Vollzugsdefizits hat die Novellierung der 2. BImSchV in der Metalloberflächenreinigung in breitem Maße zum Ersatz von CKW-Lösemitteln durch wäßrige Reiniger bzw. Kohlenwasserstoff(KW)-Lösemittel geführt. Eine neue Studie des Umweltbundesamtes (UBA) untersucht, inwieweit es zu einer ökologischen Belastungsverlagerung vom Luft- zum Wasserpfad oder zu einer Verlagerung bei der Luftbelastung von CKW- zu KW-Emissionen kommt.

Die von 1992 bis 1994 durchgeführte Untersuchung ist als empirischer Vergleich für 38 Fälle der industriellen Metalloberflächenreinigung (alle relevanten Branchen, alle Betriebsgrößen) angelegt, bei denen CKW durch wäßrige (2/3) oder KW-Reinigung (1/3) ersetzt wurden. Die Anlagenumstellung erfolgte in den untersuchten Betrieben im wesentlichen zwischen 1990 und 1992. Beim Verfahrensvergleich werden die Stoff- und Energieverbräuche, die Emissionen und Abfälle sowie die Kosten für die alte CKW-Reinigung und für die neuen Substitutionsverfahren bei identischen Reinigungsaufgaben (gleiches Reinigungsgut, gleiche Ölbeladung) erfaßt. Neben dem Anlagenbetrieb wird auch die Abfallentsorgung (Lösemittelrecycling und -kreislauf; Abwasserbehandlung; Rückstandsverwertung u.a.) berücksichtigt. In 27 der 38 Fälle hätten statt wäßriger oder KW-Reinigung auch moderne, geschlossene CKW-Anlagen entspr. novellierter 2. BImSchV eingesetzt werden können; in 11 Fällen war dies angesichts der verschärften Emissionsbestimmungen aus technischen Gründen nicht mehr möglich. Bei diesen 27 Fällen werden neben den vor Ort erhobenen Angaben zum modernen wäßrigen bzw. KW-Betrieb auch Verbrauchs-, Emissions- und Abfalldaten für den modernen CKW-Anlagenbetrieb gegeben; diese Daten wurden in Zusammenarbeit mit Anlagenherstellern berechnet.

Als Hauptergebnis der UBA-Studie zeigt sich eine bedeutende Umweltentlastung durch die modernen Reinigungsverfahren. Die früher sehr hohen Lösemittelemissionen werden durch mengenmäßig stark reduzierte und - bei den Substitutionsverfahren wäßrig, KW - stofflich weniger problematische Emissionen und Abfälle ersetzt. Diese Umweltentlastung, die im Fall der wäßrigen Reinigung eine Belastungsverlagerung in den Abwasserbereich darstellt, bedingt allerdings einen erhöhten Energieverbrauch. Entgegen vielfach geäußerter Vermutung sind die Substitutionsverfahren gegenüber der modernen CKW-Reinigung im Schnitt kostengünstiger. Die Umstellung auf wäßrige Reinigung stellt den Hauptweg der CKW-Substitution dar; KW-Lösemittel gewinnen jedoch an Bedeutung. Derzeit besteht ein beachtliches Vollzugsdefizit bei der nov. 2. BImSchV. Deren Übergangsregelungen liefen Ende 1994 aus, die Anlagenumstellung erfolgt jedoch nur schleppend.

Weniger Emissionen, aber höherer Energieverbrauch

Beim Umweltvergleich wird die Belastung durch die modernen Reinigungsverfahren (wäßrig, KW, CKW entspr. nov. 2. BImSchV) verglichen. Maßstab ist die Umweltbelastung durch das alte, ersetzte CKW-Verfahren (jeweils = 100 % gesetzt). Es wird unterschieden nach "Reinigeremissiojnen" (Abfälle, Abwasserfracht, Luftemission) und "Prozeßemissionen" (CO2 aus Verbrennungsvorgängen für die Energie zum Anlagenbetrieb und aus der Abfallaufarbeitung bzw.- verbrennung). Die Angaben beruhen auf 27 sehr unterschiedlichen Umstellungsfällen, bei denen die CKW-Altanlage durch wäßrige oder KW-Reinigung ersetzt wurde und eine moderne CKW-Anlage alternativ dazu hätte eingesetzt werden können.

Im Bild 1 wird von den stofflichen Eigenschaften der Reiniger bewußt abgesehen. Es zeigt, daß die vom wäßrigen und vom KW-System erzeugten, reinigerbedingten Umwelteinträge mengenmäßig um ein Vielfaches unter jenen des alten CKW-Systems liegen. Das nur noch beschränkt anwendbare neue CKW-System reduziert sie, wo der Vergleich möglich ist, seinerseits annähernd auf ein Hundertstel der Alt-Einträge - allerdings nur dann, wenn von den Zweitemissionen abgesehen wird. Dabei handelt es sich um CKW-Emissionen, die sich daraus ergeben, daß der CKW-Kreislauf nicht geschlossen ist bzw. Regenerat nicht wieder in Neuanlagen, sondern für mindere Zwecke eingesetzt wird und dabei emittiert. Die reinigerbedingten Emissionen aus der wäßrigen und KW-Reinigung sind, wie eine Bewertung unter ökotoxikologischen und arbeitsökologischen Gesichtspunkten zeigt, stofflich weit unproblematischer als die verbleibenden CKW-Emissionen aus dem Anlagenbetrieb.

Bild 1: Vergleich wäßrig, KW und CKW-neu gegenüber CKW-alt nach ihren Beiträgen zu einzelnen Umweltbelastungen. Die Werte für CKW-alt (schwarz) sind jeweils als 100 Prozent gesetzt. Bei den Reiniger-Emissionen weisen die drei Substitutionssysteme einen drastischen Rückgang der Belastungswerte auf. Bei den sonstigen prozeßbedingten Umweltbelastungen - im CO2-Ausstoß zusammengefaßt - werden die alten CKW-Werte dagegen von den Substitutionssystemen deutlich überschritten. Die Unterschiede zwischen CKW-neu, KW und wäßrig sind dagegen nur geringfügig.

Wie erfolgt die Entlastung?

Etwas idealisiert haben wir es bei der Anlagenumstellung gegenüber CKW-alt mit drei Typen ökologischer Innovation zu tun:

• CKW-neu kann als Verfahrensoptimierung interpretiert werden: Umweltentlastung erfolgt durch extreme Abdichtung der Anlage und high-tech-Filterung bei Beibehaltung des problematischen Stoffs und bei - zumindest angestrebter - Schließung des Stoffkreislaufs durch Regeneration und Wiederverwendung zum gleichen Zweck (also kein "Downcycling").
• Das KW-Verfahren stellt in erster Linie eine Stoffsubstitution dar: Die Umweltentlastung wird durch Einsatz eines unproblematischeren Stoffes bewirkt, der z.T. in alten, z.T. in emissionsgeminderten Anlagen eingesetzt wird; auch hier wird Schliessung des Stoffkreislaufs durch Regeneration zumindest angestrebt.
• Der Übergang zu wäßriger Oberflächenreinigung setzt auch ein anderes Reinigungsverfahren voraus und kann insofern als Verfahrenssubstitution interpretiert werden: Umweltentlastung durch eine andere Reinigungsmethode in anderen Anlagen und mit anderen Stoffen.

Die Mittel, mit denen bei allen drei Verfahren die Umweltentlastung erkauft wird, sind einmal der Mehraufwand beim Anlagenbau - er zeigt sich in den durchgängig höheren Investitionskosten, die besonders beim wäßrigen Verfahren zu Buche schlagen, - und zweitens der größere Energieaufwand, der einen steigenden Treibhauseffekt bewirkt. Bei den Substitutionsverfahren sind als dritter, umweltentlastender Faktor die jeweils umwelt- und arbeitsverträglicheren Stoffeigenschaften der KW- bzw. wäßrigen Reiniger zu nennen.

Auf jeden Fall gilt, wie sich im Vergleich der Anlagen- und Betriebskosten zeigt, daß der Ersatz des alten umweltbelastenden Verfahrens durch umweltschonendere Verfahren höhere Investitions- (nicht: Betriebs-) Kosten mit sich bringt. Hierin offenbart sich, daß mit dem alten CKW-System auf Kosten natürlicher Reproduktionsvermögen (Wasser-, Boden-, Luft- und Gesundheitszerstörung) gearbeitet wurde, deren Schutz erhöhte Aufwendungen notwendig macht. Dabei erweist sich, soweit dies aus den vorliegenden Daten gefolgert werden kann, die Stoff- bzw. Verfahrenssubstitution (Umstieg auf wäßrige Reinigung) gegenüber der Optimierung des alten Verfahrens als der finanziell gerechnet kostengünstigere Weg.

Belastungen beim Umstieg auf wäßrig

Das Hauptaugenmerk der Untersuchung liegt auf der wäßrigen CKW-Substitution als dem auch praktisch vorherrschenden Weg bei der Anlagenumstellung. Da hier die Belastungsverlagerung vom Luft- zum Wasserpfad auftritt, soll zur Beurteilung der mengenmäßigen Umweltbelastung durch die wäßrige Substitution ein fiktiver Vergleich angestellt werden. Dem Vergleich liegt die Kenntnis der bei der wäßrigen Reinigung verwendeten Reinigerformulierungen und -mengen sowie die Kenntnis ihrer Austragswege (Austrag der einzelnen Reinigerinhaltsstoffe als Abfall mit Öl bei Badpflege und Abwasserbehandlung oder als Abwasserfracht) zugrunde. Brauchbarer Maßstab der Abwasserbelastung ist der Chemische Sauerstoffbedarf (CSB). Die 27 wäßrig substituierten CKW-Altanlagen der UBA-Studie verbrauchten 1991 rd. 679 Tonnen CKW, annähernd 1 Prozent der damals in der Metalloberflächenreinigung zugeführten CKW-Menge von 66 000 Tonnen. Für eine überschlägige Rechnung kann der Abfall der 27 wäßrigen Reinigungsanlagen ebenfalls als 1 Prozent des Gesamtabfalls aus der Metalloberflächenreinigung für den Fall angenommen werden, daß sie nur wäßrig betrieben würde. Bei vollständiger CKW-Substitution durch wäßrige Reinigung hätte das hieraus resultierende Abfallaufkommen dann folgende Größenordnung (s. Tabelle 1):

Diese hier nur hinsichtlich ihrer Größenordnung interessierende Jahresfracht entspräche nicht dem gesamten Abfallaufkommen aus der wäßrigen Metalloberflächenreinigung, die ja zu weiten Teilen traditionell wäßrig betrieben wird, sondern nur dem Anfall aus der vollständigen CKW-Substitution. Bei diesem fiktiven Vergleich wird außerdem davon abgesehen, daß nur ein begrenzter Teil der CKW-Metalloberflächenreinigung wäßrig substituiert werden kann.

Wie ist diese - fiktive - Fracht zu beurteilen? Zum Vergleich mögen die CSB-Frachten der Abwässer der Stadt Frankfurt und ihres größten Industriebetriebes dienen.

Frankfurt/M. hatte 1992 bei 650 000 Einwohnern und einem jährlichen Schmutzwasser-Abwasservolumen von rd. 60 Mio m3 sowie einem durchschnittlichen CSB des Schmutzwassers von 650 mg/l eine CSB-Jahresfracht vor Kläranlage von rd. 39 000 Tonnen (aus häuslichen, gewerblichen und industriellen Abwässern). Bei Umstellung der gesamten CKW-Metalloberflächenreinigung der Bundesrepublik auf wäßrige Reinigung käme der hieraus resultierende CSB also auf etwa 3 Prozent dieser kommunalen CSB-Fracht, oder er entspräche umgerechnet dem einer Kleinstadt mit 20 000 Einwohnern. Im Ablauf der kommunalen Kläranlagen Frankfurts lag der CSB bei insgesamt 3 700 Tonnen, was einer Reduktion um über 90 Prozent entspricht. Nimmt man einen etwa gleich großen Rest-CSB nach Kläranlage für die aus der Metalloberflächenreinigung kommenden Abwässer an, ergäbe das für die fiktive Gesamtfracht einen Wert von etwa 113 Tonnen.

Beim Werk Höchst der Hoechst AG (27 000 Beschäftigte) liegt die Reduktion des CSB in der gleichen Größenordnung (88-90 Prozent). Die Restbelastung der Abwässer durch CSB liegt bei diesem Werk nach Kläranlage bei einer Tagesfracht von rd. 12 Tonnen. Die vollständige Umstellung der CKW-Metalloberflächenreinigung von 1991 auf wäßrige Verfahren würde also überschlagsmäßig eine CSB-Gewässer-belastung mit sich bringen, die der 10-Tage-Fracht eines großen Chemiewerks entspricht.

Bewertung der modernen Reinigungsverfahren

Unter Einbeziehung der ökotoxikologischen und arbeitsökologischen Gesichtspunkte kann zusammenfassend zum Verfahrensvergleich folgendes bemerkt werden:

• Erstens: Die wäßrigen Reiniger bedeuten gegenüber dem alten und auch dem modernen CKW-System und, betrachtet man den heutigen Stand der Technik der KW-Anwendung, auch gegenüber KW qualitativ und quantitativ eine beachtliche Umweltentlastung. Dies ist auf den inzwischen erreichten Grad der biologisch-chemischen Abbaubarkeit der Reinigerinhaltsstoffe und auf die Substitution einer Reihe von Problemstoffen zurückzuführen. Von wesentlicher Bedeutung ist, daß bei der wäßrigen Reinigung große Teile (etwa 60 Prozent) der den Bädern zugeführten Wirkstoffmenge nicht ins Abwasser gelangen, sondern bei der Badpflege und der Abwasserbehandlung mit dem abgereinigten Öl ausgetragen und der Abfallbehandlung zugeführt werden. Dies kann auch dann gesagt werden, wenn die jeweiligen spezifischen Umweltbelastungen der unterschiedlichen Verfahren nicht direkt verglichen werden können. Beim modernen CKW-System stützt sich die Untersuchung allerdings auf (empirisch durchaus abgesicherte) Rechendaten. Die Erfahrungen mit modernen CKW-Anlagen sind noch begrenzt. Hier wären empirische Überprüfungen auf breiterer Grundlage angezeigt.
• Zweitens: Während bei modernen CKW-Anlagen inzwischen ein hochentwickelter Stand der Technik erreicht ist, der in bestimmten Anwendungsbereichen auch problemlos auf KW-Anlagen übertragen werden kann, bieten sich bei wäßriger Reinigung Möglichkeiten der Anlagenoptimierung im Sinne nachhaltiger Technologieentwicklung und Verfahrensführung an, mit denen dem Minimierungsgebot bei den Stoffeinträgen Rechnung getragen werden kann. Hauptansatzpunkte für die Optimierung wäßriger Reinigung müssen heute die Reduzierung der Stoff-verbräuche und damit auch der Abwasserfrachten sowie des Energieverbrauchs sein. Als dritter Ansatzpunkt kommt verbesserte Wassernutzung infrage.
• Drittens: Metalloberflächenreinigung mit (entaromatisierten und hexanarmen) Kohlenwasserstoffen ist vom Stoff her betrachtet sehr viel umwelt- und gesundheitsverträglicher als CKW-Reinigung. Unter verfahrens- und anlagen-technischen Gesichtspunkten besteht hinsichtlich des Emissionsschutzes (Umwelt- und Arbeitsschutz) vielfach noch großer Nachholbedarf. Das betrifft besonders den Trocknungsbereich. Die Emissionen sind bei einzelnen Anlagentypen sehr hoch und wegen der VOC-Problematik kritisch zu beurteilen. Technische Möglichkeiten der Emissionsminderung sind gegeben. Die emissionsrechtliche Regelung ist unbefriedigend. Brennbarkeit und Explosibilität der KW sind verfahrenstechnisch gut zu beherrschen, stellen aber einen nicht zu vernachlässigenden Risikofaktor dar.
• Viertens: Bei beiden Lösemittelsystemen (CKW-modern und KW) ist der Stoffkreislauf nicht geschlossen. Dem Kreislaufgebot wird insofern nicht genügend Rechnung getragen, obwohl dies möglich wäre. Obwohl der verschmutzte CKW weitgehend regeneriert wird, fließt dieses Regenerat zu großen Teilen nicht wieder in den Kreislauf zu gleichem Verwendungszweck in geschlossenen Anlagen zurück, sondern es wird in in mindere Anwendungsformen gedrängt (Export) und emittiert dabei ("Zweitemission"). Die Schwachstelle des modernen CKW-Verfahrens beim heutigen Stand ist nicht der Anlagenbetrieb, sondern seine Lösemittelversorgung. Sie erfolgt nach wie vor im wesentlichen durch fabrikneue Frischware (siehe folgendes Kapitel).
• Fünftens: Angesichts der ökologischen und arbeitsökologischen Vorzüge von wäßriger und KW-Reinigung sowie geschlossenen CKW-Anlagen ist der nach wie vor anzutreffende weitere Betrieb offener und halboffener CKW-Reinigung (Vollzugs-defizit der nov. 2. BImSchV) nicht zu verantworten.
• Sechstens: Unabhängig von der Belastungsreduzierung stellt die Belastungs-verlagerung angesichts genereller Übersteigerung des Umweltverbrauchs ein Problem dar, dem nur durch Verringerung der Stoff- und Energiedurchsätze begegnet werden kann.

2. Kapitel: Die gegenwärtigen Grenzen des CKW-Kreislaufs

Außerbetriebliche CKW-Verwendung 1990/91

Außer den betrieblichen Emissionen war das außerbetriebliche CKW-Handling die zweite Schwachstelle des alten Systems. Der Stoffstrom bei den 22 Altanlagen (Bild 2) zeigt nicht nur 46,3 Prozent der CKW-Zufuhr als Anwenderemissionen an, sondern auch, daß weitere 2,1 Prozent als Altware am Recycling vorbei direkt in die Verbrennung gingen, so daß nur die Hälfte der ursprünglichen Zufuhr regenereriert wurde. Der Springpunkt ist die Verwendungsstruktur dieses Regenerats: Es gelangte zu maximal 20 Prozent (entspricht 10 Prozent der ursprünglichen Zufuhrmenge) wieder in den inländischen Kreislauf zurück - und zwar auf der unteren Qualitätsstufe.

Bild 3: Stoffstrom CKW und Öl bei den CKW-Neuanlagen. Angaben in Volumenprozent, bezogen auf 
213 649 Liter Zufuhr. Schwarz: Öl; weiß: Lösemittel.

Die Zweitemissionen sind ein besonderes Problem, das beim Umweltbelastungsvergleich der verschiedenen Reinigungsverfahren nicht ignoriert werden kann. Die Tab. 2 und das dazugehörige Bild 4 stellen die Erst- und die Zweitemissionen des alten und des neuen CKW-Systems einander gegenüber. Dabei wird deutlich, daß es sich bei den mit dem neuen CKW-System verbundenen Sekundäremissionen um beträchtliche Größenordnungen handelt.

Es entspricht ebensowenig dem Sinn der Immissionsschutzgesetzgebung der jüngeren Zeit wie dem Selbstanspruch des modernen CKW-Versorgungssystems auf geschlossene Lösemittelkreisläufe, wenn die in modernen CKW-Anlagen gebrauchten Lösemittel nach ihrer Wiederaufarbeitung nicht mehr dorthin zurückfließen, sondern bei Anwendungen emittieren, für welche den strengen Auflagen der nov. 2. BImSchV vergleichbare Grenzwerte entweder nicht existieren oder nicht beachtet werden. In dem Maße, wie CKW-Neuanlagen mit Fabrikware befüllt werden, werden die Regenerate, die aufgrund der gesetzlichen Rücknahmepflicht einen Platz innerhalb der CKW-Versorgung einnehmen müssen, in weniger emissionsgeminderte Anwendungen gedrängt. Die Frischware-Befüllung der emissionsarmen Neuanlagen ist offenkundig darauf angewiesen, daß es für die Regenerate Abnehmer mit emissionsstarken Lösemittelanwendungen gibt.

zwangsläufig dazugehören, ist indessen u.E. zu verneinen.

Erstens sind es nicht technische Gründe, die die Befüllung der neuen CKW-Anlagen mit Fabrikware erzwingen, sondern - das ist die These - primär wirtschaftliche Herstellermotive - von eingefahrenen Gewohnheiten der Anwender abgesehen. Daß sich hier mittelfristig Änderungen vollziehen können, ist keineswegs ausgeschlossen und kann durch politische Eingriffe beschleunigt werden.

Zweitens: Daß es die nur mäßig emissionsgeschützten Anwendungen im In- und Ausland mit einer entsprechenden Lösemittelnachfrage überhaupt gibt, ist zwar eine Voraussetzung für die Fabrikwarenbefüllung neuer CKW-Anlagen mit anschließendem Regeneratabfluß, aber keine logische Folge davon. Die modernen CKW-Anlagen sind auch mit Regenerat funktionsfähig. Der Regeneratabfluß für mindere Einsatzzwecke ist demgegenüber Ausdruck der ungenügenden Durchsetzung des Geistes der gesetzlichen Bestimmungen nach bzw. analog der nov. 2. BImSchV im Anwendungsbereich der Regenerate. Das zeigt sich auch am nach wie vor großen inländischen Altanlagenbestand.