Univ., Diss.--Freiburg (Breisgau), 1998. / Literaturverz. S. 447 - 460.

Zugl.: Köln, Univ., Diss., 2005

Univ., Diss.--Köln, 2005. / Literaturverz. S. 399 - 413.

Univ., Diss.--Freiburg (Schweiz), 1993.

Bei der Zementherstellung wird ein wesentlicher Teil thermischer Energie für das Brennen des Zementklinkers im Drehrohrofen aufgewendet. Heutzutage werden parallel zu den fossilen Brennstoffen Ersatzbrennstoffe (EBS) eingesetzt, die erstere substituieren. Die Zementhersteller streben eine Erhöhung des EBS-Anteils an, um ihre Wettbewerbssituation zu sichern bzw. zu verbessern. Neben wirtschaftlichen sind insbesondere auch ökologische Vorteile zu nennen. So kann der Einsatz von EBS etwa zur Verminderung klimarelevanter CO₂-Emissionen beitragen. Ziel des Forschungsprojektes war es, diejenigen Brennstoffpartikel im EBS zu identifizieren, die nicht vollständig in der Flamme verbrennen, im Klinkerbett umgesetzt werden und dabei potenziell die Ausbildung der Klinkerphasen beeinträchtigen können, z.B. durch lokal reduzierende Brennbedingungen. Dabei sollten deren Wechselwirkungen mit dem Klinker genauer untersucht werden. Basierend darauf sollten Empfehlungen zur EBS-Qualität und Erhöhung des EBS-Einsatzes erarbeitet werden. Im Projekt wurde ein repräsentatives Bild der in Deutschland eingesetzten EBS erstellt und mittels CFD-Simulation die Auftreffschwerpunkte und Eigenschaften von EBS-Partikeln in einer typischen Ofenanlage ermittelt. Erstmals wurde eine Methode entwickelt, mit der der Umsatz von Brennstoffpartikeln im Klinkerbett in einem Laborofen simuliert werden kann. Mittels eines ausführlichen Laborprogramms wurde das Verständnis der Abläufe und Zusammenhänge deutlich erweitert. Als ungünstig einzustufende Brennstoffpartikel und Sinterzeiten wurden anhand einer Bewertung der Klinker-Qualitätsparameter identifiziert. Bei einem Werksversuch und begleitenden CFD-Simulationen wurde dies weitgehend bestätigt. Es wurde ein Tool entwickelt und bereitgestellt, mit dem sich die Flugweite von EBS-Partikeln berechnen lässt, um gezielt Optimierungen durchführen zu können. Betreiber von Zementwerken werden dadurch Erkenntnisse und ein Werkzeug an die Hand gegeben, um den EBS-Einsatz ohne negative Auswirkungen auf die Produktqualität weiter erhöhen zu können.

Gereinigte Abwässer aus kommunalen Kläranlagen in Sachsen tragen mit einem hohen Anteil zur Belastung der Gewässer mit Phosphor bei. Vor allem die etwa 200 größeren Kläranlagen ab 2.000 Einwohnerwerte (EW) Anschlusskapazität können ihren Phosphoreintrag vermindern, wenn die Fällungsanlagen optimiert oder neugebaut werden. In dem Projekt „Minderung von Phosphoreinträgen“ wurde für jede dieser Klärlagen der Handlungsbedarf ermittelt. Das Konzept soll die Tätigkeit der Wasserbehörden im Bereich der Phosphoreliminierung unterstützen. Es soll helfen, den guten ökologischen Zustand in den sächsischen Gewässern zu erreichen. Redaktionsschluss: 31.07.2023

This study examines the ecological impact of exemplary processes for the feedstock recycling of waste fractions. It is shown that the material process efficiency of gasification and pyrolysis has a low impact on the greenhouse gas balance in the short term, but that high product yields are necessary in the long term to avoid an increasing climate impact. In a systemic context, different process routes of syngas and pyrolysis oil utilization are compared, and their efficiency and quantitative potential for greenhouse gas reduction compared to electricity-based alternatives of process direct heating of conventional processes and electrolysis-based process chains are classified. It is shown that direct utilization options with few process steps are ecologically more efficient. Feedstock recycling shows a similar reduction potential to direct heating, while the use of electrolysis-based process chains is inefficient but necessary to achieve systemic climate neutrality.:1. Introduction and outline 1 2. Life cycle assessment methodology 5 2.1. Previous LCA investigation on feedstock recycling 7 2.2. Assessment scope 9 2.3. Attributional vs. consequential LCI modelling 11 2.4. Inventory modelling consistency 12 2.5. Prospective technology assessment 13 2.6. Conclusions for the applied methodology 14 3. Process description and modelling 16 3.1. Feedstock recycling technologies 18 3.1.1. Gasification 18 3.1.2. Syngas conditioning and purification 23 3.1.3. Pyrolysis 29 3.1.4. Pyrolysis oil hydroprocessing 32 3.2. Chemical production technologies 34 3.2.1. Steam cracking 35 3.2.2. Catalytic reforming 37 3.2.3. Olefin and BTX recovery 38 3.2.4. Conventional syngas production 41 3.2.5. Methanol and methanol-based synthesis 43 3.2.6. Ammonia synthesis 48 3.3. Electric power integration options 49 3.4. Conventional waste treatment processes 53 3.4.1. Mechanical biological treatment and material recovery 54 3.4.2. Waste incineration 57 3.5. Utility processes and process chain balancing 59 3.6. Electricity and heat supply modelling 65 4. Individual assessment of feedstock recycling processes 68 4.1. Goal and scope definition 68 4.2. Life cycle inventory 68 4.3. Impact assessment 72 4.4. Interpretation 80 5. System-based assessment of feedstock recycling processes 82 5.1. Goal and scope definition 82 5.2. Life cycle inventory 86 5.2.1. Utility, background system inventory and system integration 88 5.2.2. Assessment scenario definition and parameter variation 90 5.3. Impact assessment 93 5.3.1. Framework Status Quo (FSQ) 93 5.3.2. Framework Energy Integration (FEI) 99 5.4. Interpretation 106 6. Summary and conclusion 109 6.1. Results 110 6.2. Recommendations and outlook 111 References 113 Supplementary Material 136

Die Ergebnisse aus den beiden Dauerfeldversuchen verdeutlichen, dass die mineralische N Düngung wie erwartet den größten Einfluss auf die Höhe der THG Emissionen hat. Die höchsten THG Minderungspotenziale zeigten sich folglich in der Reduktion der mineralischen N Düngung, insbesondere wenn die N Düngung oberhalb des standortspezifischen Ertragsoptimums liegt. Die Anpassung der Fruchtfolge kann zur Erhöhung der Bodenkohlenstoff-Vorräte beitragen und letztendlich die THG Emissionen mindern, allerdings bedarf diese These weiterer Untersuchungen. Die Ergebnisse haben weiterhin gezeigt, dass mit dem Aufbau organischer Bodensubstanz durch Stalldung erhebliche Potenziale zur THG-Minderung verbunden sind. Je nach methodischem Ansatz zur Berücksichtigung von Bodenkohlenstoff-Veränderungen ergaben sich allerdings große Unterschiede in den THG-Bilanzen und letztendlich auch in den ermittelten THG-Minderungspotenzialen. Die Entwicklung eines einheitlichen wissenschaftlichen Verfahrens zur Berücksichtigung von Bodenkohlenstoff-Veränderungen wird deshalb empfohlen. Die Ergebnisse aus der Fallstudie haben gezeigt, dass die THG Minderung in der landwirtschaftlichen Praxis eine Veränderung der Ackerflächenverhältnisse erfordert. In diesem Zusammenhang ist der Anbau emissionsintensiver Fruchtarten mit einer intensiven mineralischen N Düngung wie beispielsweise Winterraps zu reduzieren und durch den Anbau emissionsarmer Fruchtarten zu ersetzen. Im untersuchten landwirtschaftlichen Betrieb erwiesen sich Mais mit organischer N Düngung sowie der Anbau von Leguminosen als besonders emissionsarm. In der vorliegenden Arbeit konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass ein positiver Beitrag der ackerbaulichen Bodennutzung zur THG Minderung nicht zwangsläufig mit höheren Kosten für den Landwirtschaftsbetrieb verbunden sein muss, wenn bei der betriebswirtschaftlichen Optimierung die THG Emissionen angebauter Fruchtarten berücksichtigt werden. / The aim of this study was to analyze the potential for reducing greenhouse gas (GHG) emissions in different land use systems on sandy soils in the Brandenburg region in Germany, based on two long-term field experiments at Thyrow and Groß Kreutz and an on farm case study. The calculations of the GHG balances are based on the LCA standard and the German emission report guidelines. There is currently no scientific consensus on how soil organic carbon changes are to be included in GHG balances. Therefore, different approaches to include soil organic carbon changes in GHG calculations from long-term field experiments were examined. The results of the long-term field experiments showed that mineral nitrogen fertilization had the greatest influence on GHG emissions. The reduction of mineral nitrogen fertilization consequently showed the biggest GHG reduction potential especially if nitrogen fertilization was above the local level. The adaptation of crop rotations may increase soil organic carbon content and thereby mitigate GHG emissions, but this hypothesis requires further research. An increase of soil organic carbon stocks by organic fertilization was shown for the use of farmyard manure. Although this had a high GHG reduction potential, there were large differences between the analytical approaches. This highlights the need to develop standardized scientific methods for assessing GHG emissions from cropping systems. The results of the case study showed that changing the proportions of different crop species can be used for GHG reduction. In particular, the reduction of crops with high mineral nitrogen demand, e.g. oilseed rape, and the substitution with crops having low GHG emissions is recommended. Maize, receiving high rates of organic fertilizer, as well as legumes showed low GHG emissions on the evaluated farm. Furthermore, this study elaborates the potential economic benefit for agricultural enterprises with regards to the correlation of GHG reduction and an optimized crop rotation.

Agriculture causes large parts of global Greenhouse gas emissions (GHGE), with livestock contributing the greatest share. Livestock-based foods are thus associated to higher GHGE than plant-based foods. Additionally, they are harmful to health when consumed in excess. The focus of this work lies on determining the potential to reduce agricultural GHGE when healthy diets and lower meat intakes were adopted in the EU. lt is also examined how much feed crops and pastures would become available for the production of biofuels. An emission tax and an emission trading system are also examined. To assess the complex interactions in the agricultural sector, a modified version of the European Forest and Agricultural Sector Optimization Model (EUFASOM) is used. The results show that a halved meat intake could reduce agricultural GHGE by a quarter and biofuel production could increase eightfold. The political instruments lack effectiveness though. The GHG tax has a low impact on nutrition and roughly 50% emission leakage. Emission trading has only a moderate effect on nutrition and over 100% emission leakage.:1 Introduction 2 Goal and scope definition 3 Methodology 3.1 Overview 3.2 Spatial resolution 3.3 Products under consideration 3.4 Base data 3.4.1 Base quantities 3.4.2 Base prices 3.4.3 Base areas 3.4.4 Demand elasticities 3.5 Production processes 3.5.1 Crop production 3.5.2 Pasture production 3.5.3 Plant oil production 3.5.4 Biofuel production 3.5.5 Sugar production 3.5.6 Livestock production 3.6 EUFASOM – Theoretical foundation 3.7 EUFASOM – Demand and supply functions 3.8 EUFASOM – Model description 3.8.1 Objective function 3.8.2 Identity and convexity constraints 3.8.3 Product balance 3.8.4 Land use restrictions 3.8.5 Nitrogen balance 3.8.6 Further accounting equations 3.9 Calibration 3.10 Integration of scenarios 4 Scenarios and results 4.1 Scenario 1: Technical potential of healthy diets 4.1.1 What are healthy diets? 4.1.2 Implementation of healthy diets 4.1.3 Scenario 1.1: Healthy diets with constant calorie intake 4.1.4 Scenario 1.2: Healthy diets with restricted calorie intake 4.1.5 Scenario 1.3: Healthy diets with restricted ruminant meat intake 4.1.6 Discussion on the potentials of healthy diets 4.2 Scenario 2: Greenhouse gas emission taxes 4.3 Scenario 3: Redistribution of emissions taxes as biofuel subsidy 4.4 Scenario 4: Emissions trading scheme for agriculture 4.4.1 Scenario 4.1: GHGE-cap on agricultural production 4.4.2 Scenario 4.2: Combined GHGE-cap on agricultural production and net-imports 4.4.3 Scenario 4.3: GHGE-cap on agricultural production and generation of allowances through producing biofuels 4.4.4 Scenario 4.4: GHGE-cap on agricultural production and imports and generation of allowances through producing biofuels 4.4.5 Discussion on ETS 5 Summary and conclusion References List of Figures List of Tables List of Abbreviations Annex 1 Base Solution Annex 2 Process parameters and associated information Annex 3 Lists of model variables, process parameters, equations and sets Annex 4 Demand elasticities Annex 5 Derivation of specific energy and protein demand of livestock Annex 6 Further assumptions for the livestock sectors

Land ist eine begrenzte Ressource, und die steigende Nachfrage nach Lebensmitteln, Futtermitteln und Holz treibt den Wettbewerb zwischen verschiedenen Landnutzungsarten voran. Landnutzungsmodelle, die Landnutzungsmuster optimieren und negative Kompromisse zwischen verschiedenen Landnutzungen minimieren, können bei der Bewertung solcher Landkonkurrenzdynamiken helfen. Angesichts des langen Planungshorizonts der Forstwirtschaft ist die Modellierung der Dynamik des Forstsektors in einem einzigen Modell eine Herausforderung. Diese Dissertation zeigt, dass zwischen Land- und Forstwirtschaft auf feinen räumlichen Skalen (halbe Grad Gitterauflösung) ein Wettbewerb um Land besteht, und die Berücksichtigung eines dynamischen Forstsektors in einem rekursiven dynamischen Modell wie MAgPIE verbessert die Bewertung der Landnutzung und der damit verbundenen Emissionen. Die Speicherung von Kohlenstoff in seit langem bestehenden Infrastrukturen wie städtischen Gebäuden könnte eine zusätzliche Option zur Abschwächung des Klimawandels sein und gleichzeitig Hotspots der biologischen Vielfalt und Grenzwälder vor der Umwandlung in andere Landnutzungsformen schützen, zusätzlich zu den bereits gut verstandenen und quantifizierten landbasierten Abschwächungsoptionen. Auf diese Weise wird nicht nur Kohlenstoff über lange Zeiträume in den Holzstädten der Zukunft gespeichert, sondern es wird auch dazu beigetragen, Emissionen aus der Produktion von Zement und Stahl für den Bau von Infrastrukturen in der Zukunft zu vermeiden. Auf der COP26 wurde eine Erklärung zum Ende der Entwaldung bis 2030 abgegeben. Eine mögliche Politik zur Umsetzung dieser Erklärung vor Ort wäre das Verbot der Ausdehnung landwirtschaftlicher Flächen auf bewaldete Flächen. Dies würde bedeuten, dass nicht bewaldete Flächen in einem noch nie dagewesenen Ausmaß in landwirtschaftliche Flächen umgewandelt würden. / Land is a limited resource and the increasing demand for food, feed and timber drives competition between different land use types. Land-use models, which optimize land-use patterns and minimize negative trade-offs across land uses, can assist in assessing such land competition dynamics. Given the long planning horizon of forest management and competition for land with agriculture, modeling forestry sector dynamics in a single model is challenging. The Inclusion of a dynamic forest sector in the Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment (MAgPIE) helps in answering the overarching research question: What is the role of forestry in future land use? This dissertation shows that competition for land exists between agriculture and forestry on fine spatial scales (half degree grid resolution), and the consideration of a dynamic forestry sector in a recursive dynamic model like MAgPIE improves the assessment of land-use and its associated emissions. Understanding how production of roundwood influences the competition for land would help in quantifying how wood can be produced for timber cities of the future. Storing carbon in long-standing infrastructure like urban buildings could be an additional mitigation option, whilst protecting biodiversity hotspots and frontier forests from being converted to other land uses, on top of already well understood and quantified land-based mitigation options. This way, not only carbon is stored over long time spans in timber cities of the future, it also helps in avoiding emissions from production of cement and steel for construction of infrastructure in the future. Additionally, A declaration to end deforestation by 2030 was made at COP26. A potential policy implementing this declaration on the ground would be to prohibit the expansion of agricultural land into forested land. This would mean that non-forested land will be converted at unprecedented levels into agricultural land.