Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Im dritten Projektjahr konnten die Arbeiten in beinahe allen Teilbereichen des Projekts abgeschlossen werden. Die Resultate werden gegenwärtig in Form wissenschaftlicher Publikationen verfasst. Dabei wurde eine Publikation über das Inventarmodell der Destillation kürzlich in einer Fachzeitschrift veröffentlicht. Drei weitere Publikationen sind nun in Arbeit: Eine Publikation über das Abfall-Lösungsmittelmanagement in der Schweizerischen chemischen Industrie, eine Publikation über den Aufbau und die Anwendung der in diesem Projekt erarbeiteten Software „ecosolvent“ und eine Publikation über allgemeingültige Schlussfolgerungen und Daumenregeln, die in der chemischen Industrie auf einfache Art und Weise Entscheidungen im Abfall-Lösungsmittelmanagement von der ökologischen Perspektive her unterstützen sollen. Neben den Publikationen wurde auch die ecosolvent-Software weiterentwickelt. Wichtigste Neuerungen sind, dass für die ökologische Beurteilung nun auch eine Energie- und CO2-Bilanz herangezogen werden kann. Zudem ist nun auch die Bewertung eines potentiellen Abfall-Lösungsmittel Transportes in der Software miteinbezogen.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Gruppe für Umwelt- und Sicherheitstechnologie, ETH Zürich
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Capello,Christian
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die Schweizerische chemische Industrie ist bestrebt, ihre Abfall-Lösungsmittel (ALM) ökologisch nachhaltig zu behandeln. Bis zum jetzigen Zeitpunkt wurden aber noch keinerlei Instrumente oder Computerprogramme entwickelt, welche die Umweltauswirkungen der ALM-Behandlungstechnologien (Verbrennung, Lösungsmittelregeneration mittels Destillation, Kanalisierung in Abwasserreinigungsanlagen (ARA)) quantitativ erfassen können. Deshalb war es das Ziel dieses Projektes, basierend auf der Methode der Ökobilanz ein Verfahren zu entwickeln, mit der Umweltwirkungen quantifiziert und diese als ökologische Kriterien in die Entscheidungsfindung im ALM-Mangement aufgenommen werden können. Die Umweltwirkung einer ALM-Behandlungstechnologie hängt stark von den physikalisch-chemischen Eigenschaften des ALM und von den verfahrenstechnischen Eigenschaften ab. Daher werden Modelle benötigt, um fallspezifische Umweltwirkungen zu berechnen. In dieser Arbeit wurde ein solches Modell für die Destillation von ALM entwickelt. Es basiert auf generischen Wertebereichen, die durch eine umfassende statistische Analyse von 150 industriellen ALM-Destillationen berechnet wurden. Diese generischen Wertebereiche werden als Näherung verwendet, falls keine Primärdaten für einen Destillationsprozess zur Verfügung stehen. Um die Umweltwirkungen der ALM-Behandlung für spezifische ALM-Gemische zu vergleichen, wurde das neu entwickelte Modell der Destillation mit bestehenden Modellen der ALM-Verbrennung und ARA in einem Softwaretool namens "ecosolvent" vereint. Um verlässliche Resultate zu erhalten, werden darin Parameterunsicherheiten quantitativ erfasst. Dies geschieht mittels stochastischer Modellierung (Monte Carlo Analyse). Dabei nimmt die Unsicherheit der Resultate ab, je mehr Information über eine Behandlungstechnologie zur Verfügung steht. In einem letzen Schritt wurde die Destillation systematisch mit der Verbrennung verglichen. Dazu wurde das ecosolvent Tool benutzt, um die Umweltwirkungen beider Technologien für verschiedene ALM-Gemische und unter unterschiedlichen Prozessbedingungen zu berechnen. Es zeigte sich, dass keine Technologie grundsätzlich umweltfreundlicher ist, aber dass je nach ALM-Gemisch und Prozessbedingungen eine Technologie signifikant unterschiedliche Umweltwirkungen aufweisen kann. Auf Grund dieser Analyse konnten allgemeingültige Daumenregeln abgeleitet werden, die helfen, je nach ALM-Eigenschaften die ökologisch bessere Technologie zu identifizieren. Zusätzlich wurde für die 45 wichtigsten Lösungsmittel, die in der Schweizerischen chemischen Industrie eingesetzt werden, eine Übersichtstabelle erarbeitet. Diese zeigt spezifisch für alle Lösungsmittel, unter welchen Prozessbedingungen die Destillation die umweltfreundlichere Technologie ist gegenüber der Verbrennung. Basierend auf den Daumenregeln, der Übersichtstabelle und dem ecosolvent Tool wurde ein Verfahren entwickelt, das die Entscheidungsfindung im ALM-Management unterstützt, indem ökologische Kriterien während unterschiedlicher Stufen der Prozessentwicklung bereitgestellt werden. Das entwickelte Verfahren ist auch für Nicht-Umweltexperten einfach anwendbar. Zudem ist es sehr flexibel betreffend der benötigten Eingabeinformationen. Daher kann dieses Verfahren vielseitig eingesetzt werden. Zum einen kann es angewendet werden, um bestehende Prozesse ökologisch zu bewerten. Eine solche retrospektive Bewertung hat oft den Vorteil, dass genaue (Mess-) Daten zur Verfügung stehen und somit die Resultate mit sehr kleinen Unsicherheiten behaftet sind. Andererseits können aber auch Umweltwirkungen von Prozessen abgeschätzt werden, die noch in der Planungsphase sind, weil fehlende Informationen mittels der generischen Wertebereiche und allgemeingültigen Daumenregeln näherungsweise bestimmt werden. Der Vorteil der Prozessbewertung während der frühen Planungsphasen ist, dass eine Änderung der ALMBehandlungstechnologie einfacher durchführbar ist, als bei bereits bestehenden Prozessen. Schliesslich kann dieses Verfahren wegen der hohen Flexibilität auch bei strategischen Investitionsentscheiden im Zusammenhang mit der Entwicklung neuer Produktionsprozesse oder mit einem vergrösserten Produktionsvolumen und damit benötigter neuer ALM-Behandlungskapazität angewendet werden.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Gruppe für Umwelt- und Sicherheitstechnologie, ETH Zürich
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Capello,Christian
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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The Swiss chemical industry is striving to achieve sustainable treatment of their waste solvents. But so far no instruments or tools have been developed that allow for a quantitative environmental assessment of waste-solvent treatment technologies, such as incineration, solvent regeneration, and treatment in wastewater treatment plants. Therefore, it is the goal of this project to provide a framework based on the life-cycle assessment (LCA) methodology that facilitates decision support for the environmental improvement of waste-solvent treatment in chemical industry To this end, a model for waste-solvent distillation is developed. The model allows for the estimation of energy and ancillary use as well as of the amounts of emissions as a function of only a few input parameters that are typically available to decision makers in the chemical industry. Generic data ranges for this purpose were calculated based on a comprehensive statistical analysis of 150 industrial waste-solvent distillation processes. These data ranges can be used as generic values when primary data of distillation processes are missing. Moreover, distribution functions were fitted to the empirical data. In order to compare environmental impacts of treatment technologies for specific, user-defined wastesolvent mixtures, the new model of distillation has been combined with existing models of incineration and a wastewater treatment plant in a software tool named ecosolvent. The tool is designed with a tiered structure to allow for a high degree of flexibility regarding information needs. Uncertainties of the model outputs are calculated quantitatively using stochastic modeling (Monte Carlo analysis). Generally, the more complete the user information is, the lower the uncertainties in the model outputs. Finally, a systematic comparison of distillation and incineration was made to derive general recommendations for the environmental optimal choice of treatment technology. To this end, the ecosolvent tool was used to calculate systematically the environmental impact considering a large range of process conditions and waste-solvent mixtures. The results showed that none of the treatment technologies is generally environmentally superior to another, but that the optimal option depends on the waste-solvent mixture and process conditions. Rules of thumb were derived that help to identify the environmentally favorable treatment technology depending on the waste-solvent properties. Additionally, a result table is presented for the 45 most important solvents used in Swiss chemical industry showing under which process conditions distillation is generally environmentally superior to incineration. For six solvents, distillation was the environmentally optimal treatment technology, even at low solvent recoveries in the distillation process. Based on the general recommendations and the ecosolvent tool a framework for decision support in waste-solvent management was developed. This framework is easily applicable and can therefore be used by non-environmental experts. It is very flexible in terms of information needs. Thus, it can be used to assess the environmental impact of waste-solvent treatment processes in retrospect. Retrospective assessments often have the advantage of accurate data being available that leads to results with small uncertainty ranges. It can also be used in the early phase of process development, making use of the reliable generic data ranges and generally applicable rules of thumb. In the early phase of process development, changes in the waste-solvent treatment technology as a consequence of environmental considerations is more practicable than in established processes. Finally, the proposed framework may also be used to promote strategic investment decisions when new production processes are developed or production volume is increased and, as a consequence, new waste-solvent treatment capacity is needed.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Gruppe für Umwelt- und Sicherheitstechnologie, ETH Zürich
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Capello,Christian
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