Die Kohlenstoffkosten des Ersatzes
Nachhaltigkeitsbewertungen von Industrieanlagen konzentrieren sich häufig auf die betriebliche Energieeffizienz. Dadurch wird der während der Nutzung emittierte Kohlenstoff erfasst, der Kohlenstoff, der bei der Herstellung, dem Transport und der Entsorgung des Geräts selbst entsteht, bleibt jedoch außer Acht. Bei häufig ausgetauschten Geräten kann der verkörperte Kohlenstoff aus der Herstellung die betrieblichen Kohlenstoffeinsparungen durch inkrementelle Effizienzgewinne übersteigen.
Ein Edelstahl-Wärmetauscher hält im Einsatz mit korrosiven Chemikalien 2–4 Jahre. Im Laufe einer 15-jährigen Anlagenlebensdauer werden 4–7 Ersatzeinheiten hergestellt, versendet, installiert und entsorgt. Jede Einheit trägt verkörperten Kohlenstoff aus der Stahlproduktion, -herstellung und dem Transport.
Ein PTFE-Wärmetauscher hält im gleichen Betrieb 15+ Jahre. Eine Einheit wird hergestellt, versendet und installiert. Eine Einheit wird schließlich entsorgt. Der verkörperte Kohlenstoff einer einzelnen PTFE-Einheit kann höher sein als der einer einzelnen Stahleinheit -Fluorpolymerproduktion ist energieintensiv-intensiv-, wird aber mit dem kumulierten verkörperten Kohlenstoff von 4–7 Stahleinheiten plus ihrer Ersatzlogistik verglichen.
Verkörperte Kohlenstoffquellen
Bei der Edelstahlproduktion werden je kg Stahl etwa 2,0-3,0 kg CO₂ emittiert, je nach Recyclinganteil und Produktionsweg. Eine 50-kg-Tauchspule trägt 100-150 kg CO₂ im Material. Die Fertigung – Schneiden, Biegen, Schweißen – erhöht den Materialbedarf um 20–40 %. Der Transport vom Hersteller zum Standort erhöht die Emissionen proportional zu Gewicht und Entfernung.
Bei der Herstellung von PTFE werden etwa 8-12 kg CO₂ pro kg Fluorpolymer emittiert. Dies ist 3-5-mal höher als bei Edelstahl pro Kilogramm. Allerdings wiegt ein PTFE-Wärmetauscher für die gleiche Leistung typischerweise weniger -vielleicht 20 kg für eine Tauchspule gegenüber 50 kg für ein Stahläquivalent-, da die Rohre dünnwandig und die Stützstruktur leichter sind. Der Gesamtkohlenstoffgehalt einer einzelnen PTFE-Einheit ist 160–240 kg CO₂ höher als der einer einzelnen Stahleinheit, liegt jedoch in der gleichen Größenordnung.
Der Kohlenstoffvorteil von PTFE ergibt sich nicht aus der Effizienz pro -Einheit, sondern aus der Eliminierung mehrerer Ersatzeinheiten.
Tabelle 1: 15-Jahres-Lebenszyklus-CO2-Fußabdruck-Vergleich (50-kW-Betrieb, korrosiver Betrieb)
| Kohlenstoffquelle | Edelstahl (2,5 Jahre Lebensdauer) | PTFE (Lebensdauer 15 Jahre) |
|---|---|---|
| Einheiten, die über 15 Jahre hergestellt wurden | 6 | 1 |
| Verkörperter Kohlenstoff pro Einheit (kg CO₂) | 140-200 | 180-260 |
| Gesamter Herstellungskohlenstoff (kg CO₂) | 840-1,200 | 180-260 |
| Transport pro Ersatz (kg CO₂) | 15-25 | 20-30 (einmalig) |
| Gesamter Transportkohlenstoff (kg CO₂) | 90-150 | 20-30 |
| Installations-/Demontageenergie pro Ereignis | Geringfügig (hauptsächlich Handarbeit) | Geringfügig (einmal-mal) |
| Entsorgung pro Einheit (kg CO₂) | 30-50 (Verarbeitung gefährlicher Abfälle) | 10-15 (ungefährliche Deponie) |
| Gesamtentsorgungskohlenstoff (kg CO₂) | 180-300 | 10-15 |
| Gesamter CO2-Fußabdruck über 15 Jahre (kg CO₂) | 1,110-1,650 | 210-305 |
| Kohlenstoff-Fußabdruck-Verhältnis (Stahl : PTFE) | 4-6 : 1 |
Schätzungen des verkörperten Kohlenstoffs basierend auf veröffentlichten Lebenszyklusinventardaten für die Edelstahl- und PTFE-Produktion. Der Transport geht von 1.000 km per LKW aus. Die Entsorgung setzt die Behandlung gefährlicher Abfälle für Metall und die ungefährliche Deponierung von PTFE voraus.
Der betriebliche Kohlenstoff aus der Dampferzeugung hängt von der Effizienz des Wärmetauschers ab. Wie in entsprechenden Analysen erläutert, verlieren Metallspulen im Laufe der Zeit aufgrund von Ablagerungen und Korrosion an Effizienz, sodass bei gleicher Wärmeleistung mehr Dampf benötigt wird. Der zusätzliche Kraftstoffverbrauch über die sich verschlechternde Lebensdauer der Spule erhöht den betriebsbedingten Kohlenstoff.
PTFE-Spulen behalten eine stabile Effizienz bei und verbrauchen während ihrer gesamten Lebensdauer gleichmäßig Dampf. Der betriebsbedingte Kohlenstoffunterschied begünstigt PTFE, obwohl das Ausmaß geringer ist als der Kohlenstoffunterschied durch vermiedene Ersatzstoffe.
Der vermiedene Ersatzkohlenstoff dominiert
Der größte Kohlenstoffvorteil von PTFE in diesem Vergleich ist der Wegfall von fünf Ersatzeinheiten und der damit verbundenen Herstellungs-, Transport- und Entsorgungsemissionen. Dies ist ein struktureller Vorteil langlebiger Ausrüstung, mit dem keine schrittweise Verbesserung der Effizienz der Stahlherstellung mithalten kann.
Die Analyse stellt die Annahme in Frage, dass Metallgeräte aus ökologischer Sicht vorzuziehen seien, da Metalle recycelbar seien. Während Stahl recycelbar ist, ist der Recyclingprozess selbst energieintensiv, und die Korrosionsverschmutzung an chemischen Servicespulen verhindert oft ein Recycling und erfordert stattdessen die Entsorgung gefährlicher Abfälle.
Zusammenfassung
Eine Analyse des CO2-Fußabdrucks über den Lebenszyklus über einen Zeitraum von 15-Jahren zeigt, dass ein einzelner langlebiger PTFE-Wärmetauscher im Einsatz mit korrosiven Chemikalien 75–85 % weniger Kohlenstoff produziert als mehrere Ersatzeinheiten aus Stahl. Der Vorteil des verkörperten Kohlenstoffs ergibt sich aus der Eliminierung der Herstellungs-, Transport- und Entsorgungsemissionen von fünf Ersatzgeräten.
Der Nachhaltigkeitsaspekt für PTFE in aggressiven chemischen Umgebungen basiert auf einer Langlebigkeit, die den Materialdurchsatz verringert. Die höhere Kohlenstoffintensität pro-Kilogramm der Fluorpolymerproduktion wird durch die Eliminierung wiederholter Herstellungszyklen, die bei Metallalternativen mit kürzerer{2}}Lebensdauer erforderlich sind, mehr als ausgeglichen.
Eine technische Analyse für den Kohlenstoff-Lebenszyklusvergleich in bestimmten Anwendungen ist verfügbar, wenn die aktuelle Häufigkeit des Geräteaustauschs, Materialspezifikationen, Transportentfernungen und die Kohlenstoffintensität der Energiequelle übermittelt werden.
