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1 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

Ersatzbrennstoffe: Mitverbrennung in Zement- und

Kohlekraftwerken in Europa

Anna Esper

Leoben, 06.11.2014


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Inhaltsübersicht

1. Einleitung

2. Status quo der Mitverbrennung

3. Entwicklung der Mitverbrennung bis 2020

4. Fazit


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Inhaltsübersicht

1. Einleitung



4. Fazit


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• trend:research Datenbank mit 13 Mio. Daten

• Multi-Client-Studien, wie z. B. • Der Markt für Mitverbrennung alternativer

Brennstoffe in Zementwerken und Kohlekraftwerken in Europa bis 2020

• Waste-to-energy 2030 (3. aktualisierte und erweiterte Fassung)

• Der Markt für Schlacken, Aschen und Filterstäube in der Abfallverbrennung bis 2020 (2. Auflage)

trend:research • seit 1997 in der Energiewirtschaft tätig • mit derzeit ca. 50 Mitarbeitern • über 600 Studien im Angebot • mehr als 900 Referenzen, 90 % Marktabdeckung

Als Basis für den Vortrag wurden im Wesentlichen die folgenden Quellen genutzt:

Anlagendaten

1. Einleitung - Datenbasis -

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.taz.de/uploads/hp_taz_img/xl/windrad.jpg&imgrefurl=http://www.taz.de/index.php?id%3Dstart%26art%3D4892%26id%3Dumwelt-artikel%26src%3DAR%26cHash%3D0f294de7da&usg=__3p61QS9pst5RqYxdKDdiN7sUiVM=&h=342&w=684&sz=55&hl=de&start=67&tbnid=KD3X7KOaWlsHEM:&tbnh=70&tbnw=139&prev=/images?q%3DWindenergie%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%26hl%3Dde%26sa%3DN%26start%3D60


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1. Einleitung - Zielsetzung des Vortrags -

Der Vortrag zeigt die aktuellen und zukünftigen Entwicklungen des Ersatzbrenn-stoffeinsatzes in Zement- und Kohlekraftwerken in ausgewählten Ländern Europas.

Status quo: • Einsatz alternativer Brennstoffe/ Ersatzbrennstoffe (Mengen, Anzahl Werke) • Qualitätsanforderungen an Ersatzbrennstoffe • Auswirkungen der Industrieemissionsrichtlinie auf die Mitverbrennung Marktentwicklung bis 2020: • Einflussfaktoren • Entwicklung der Mitverbrennung (Mengen und Preise)

Ziel: Darstellung der Mitverbrennungspotenziale in Ländern mit unterschiedlich stark ausgeprägter Abfallwirtschaft bis 2020 unter den aktuellen und zukünftigen (technischen und rechtlichen) Rahmenbedingungen


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1. Einleitung - Länderauswahl -

In der Studie wurden exemplarisch zwölf europäische Länder mit unterschiedlicher Ausgangsposition analysiert.

• Länder mit hohem Mitverbrennungsanteil (z. B. Deutschland, Österreich)

• Länder mit entwickelter Abfallwirtschaft und relevanter Aufbereitungstechnik (z. B. Deutschland, Niederlande, Österreich, Schweden)

• EU-Länder, die sich hinsichtlich der Abfallwirtschaft noch im Umbruch befinden (Vereinigtes Königreich, Estland, Polen, Tschechien, Ungarn)

• Nicht EU-Länder, die sich hinsichtlich der Abfallwirtschaft noch im Umbruch befinden (Russland, Türkei, Ukraine)


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1. Einleitung - Definition -

Alternative Brennstoffe Alle in Zement- und Kohlekraftwerken eingesetzten brennbaren Stoffe, die keine fossilen Brennstoffe sind und nicht aus unbehandelten Primärabfällen bestehen (Ersatzbrennstoffe sowie weitere als Brennstoffersatz genutzte Stoffe wie Altreifen, Altöle, Klärschlamm, Lösemittel, gefährliche Abfälle und Abfälle aus Biomasse, jedoch keine Biomasse aus nachwachsenden Rohstoffen)

Ersatzbrennstoffe Alle in Zement- und Kohlekraftwerken eingesetzten Brennstoffe, die keine Regelbrennstoffe sind und aus aufbereiteten nicht-gefährlichen Primärabfällen bestehen.

Fluffiger Ersatzbrennstoff Grober Ersatzbrennstoff Einsatz von Altreifen im Zementwerk Quelle: LUBW, 2014


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Inhaltsübersicht

1. Einleitung



4. Fazit


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2. Status quo der Mitverbrennung - Behandlung kommunaler Abfälle -

Die Umsetzung der Deponierichtlinie hat erheblichen Einfluss auf die Ausweitung der stofflichen und energetischen Verwertung und damit auch die Mitverbrennung.

• Hoher Deponierungsanteil in Osteuropa und UK

• Keine Deponierung, hohe Anteile an Verbrennung und Recycling in Nord- und Westeuropa


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10 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

Hohe Kosten für fossile Brennstoffe und für den Klimaschutz führen zu einer verstärkten Nachfrage nach alternativen Brennstoffen.

• Verringerung der Betriebskosten (geringerer Primärbrennstoffbedarf, weniger Emissionszertifikate)

• Steigende Instandhaltungskosten (erhöhte Konzentration von Chlor, Schwefel und Alkalien)

• Viele Kohlekraftwerke verzichten auf alternative Brennstoffe oder substituieren nur einen geringen Anteil des Primärbrennstoffs

• Technische Gründe (Korrosionsgefahr im Dampferzeuger, Verschlackung) • Einhaltung gesetzlicher Emissionsgrenzwerte

• In einigen Ländern wird verstärkt auf Biomasse oder Klärschlämme als Energiequelle gesetzt (z. B. Ungarn, Vereinigtes Königreich)

• Aufbereitete Abfälle werden vergleichsweise eher selten genutzt (v. a. in Deutschland)

2. Status quo der Mitverbrennung - Nachfrage -


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11 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

Aufgrund der angespannten Kostenstruktur in der europäischen Zementindustrie nimmt der Anteil abfallstämmiger Brennstoffe kontinuierlich zu.

2. Status quo der Mitverbrennung - Nachfrage -

• Die Verbrennung in Zementwerken ist für eine breites Band an Abfällen, darunter auch bestimmte Sonderabfälle geeignet

• Technisch einfach in den Brennprozess einzubinden sind Altreifen (als Ganzes oder geschreddert)

• Einige Zementwerke beziehen nur bestimmte Fraktionen aufbereiteter Abfälle (z. B. Kunststoffe oder Papier)


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12 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

Durch die hohen Temperaturen (1.250 bis 1.450 °C) erfolgt eine rückstandslose Verbrennung der Abfallstoffe; die Asche wird komplett in das Produkt eingebunden.

• Die Anforderungen an die alternativen Brennstoffe unterscheiden sich je nach: • Produktionsverfahren (nass, trocken) • Einsatz im Brennprozess (Primär-,

Sekundärfeuerung, Calcinator) • Rauchgasreinigung

Kriterium Anforderung

Heizwert (Brennstoffgemisch) 19 bis 25 MJ/kg

Feuchtgehalt 10 bis 25 M.-%

bevorzugte Kornform 2-dimensionale Partikel

Korngröße:

2-dimensionales Material max. 30 mm Kantenlänge,

3-dimensionales Material max. 20 mm Durchmesser

Schüttdichte 0,1 bis 0,2 t/m3

(Quelle: www.vdz-online.de)

sechs wichtige Voraussetzungen für den Einsatz von Ersatzstoffen: 1. Der Einsatz jedes einzelnen Stoffes ist behördlich genehmigt

2. Die Inhaltsstoffe der Ersatzbrenn- und Ersatzrohstoffe sind kontrolliert

3. Die Emissionen des Zementwerks werden nicht nachteilig beeinflusst

4. Die Produktqualität bleibt konstant hoch

5. Die Stabilität des Herstellungsprozesses wird gewahrt

6. Die Mitarbeiter dürfen durch den Einsatz von Ersatzstoffen nicht gefährdet werden

2. Status quo der Mitverbrennung - Anforderungen -

(Quelle: Holcim (Süddeutschland) GmbH)


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13 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

Mitverbrennung in Zementwerken (2010): (%)

2. Status quo der Mitverbrennung - Übersicht Untersuchungsraum -

Die Mitverbrennung fällt in den Kohlekraftwerken deutlich geringer aus als in Zementwerken, fünf Länder sind in diesem Bereich gar nicht aktiv

(%)

(%)


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14 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

2. Status quo der Mitverbrennung - Beispiel: Österreich -

Der Ersatzbrennstoffeinsatz bildet einen festen Bestandteil der Zementindustrie (72,4 % am Energieeinsatz). Eine hundertprozentige Substitution ist angestrebt.

Quelle: VÖZ, Zeitreihe

• 9 Zementwerke mit Klinkerproduktion (Gesamtkapazität: ca. 5,1 Mio. t/a)

• EBS-Einsatz 2013: 483.694 t • Nur ein Kohlekraftwerk verwendet Klärschlämme

aus kommunalen Kläranlagen (< 5%)


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15 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

2. Status quo der Mitverbrennung - Beispiel: Polen-

Die Zementindustrie ist in Polen der Hauptnachfrager nach aufbereiten Abfällen, während Kohlekraftwerke (noch) keine EBS einsetzen.

Zementwerke • 13 Zementwerke, davon 6 mit EBS-Einsatz • 3 Werke internationaler Hersteller haben

einen Mitverbrennungsanteil von 45 % • 2009: Mitverbrennung von ca. 750.000 t • Modernisierung (z.B. Trockenverfahren) • Mangel an Aufbereitern: Importabhängigkeit

für EBS in ausreichender Qualität bei steigender Nachfrage

Kohlekraftwerke • Kein EBS-Einsatz, da die Rauchgasreinigungsanlagen die Grenzwerte für die

Mitverbrennung nicht einhalten (fehlende Stufe zur NOx-Abscheidung) • 2016: Übernahme der IED in polnisches Recht ( Nachrüstung der Rauchgasreinigung)


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16 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

2. Status quo der Mitverbrennung - Beispiel: Russland -

Aufgrund der kaum entwickelten Abfallwirtschaft findet eine Mitverbrennung nur in wenigen Anlagen (ausschließlich Zementwerke) statt (Anteil jeweils < 10 %).

• Abfall wird häufig ohne Vorsortierung deponiert: • Kein System zur getrennten Abfallsammlung • Fehlen eines klaren rechtlichen Rahmens samt Vollzug • Niedrige Gebühren für die Abfallentsorgung • Deponierung ist deutlich günstiger als Recycling oder eine weitere stoffliche oder

energetische Verwertung (inkl. Aufbereitung) • Bezug der nötigen Qualitäten zur Mitverbrennung ist schwer, da nur wenige

Unternehmen in der Aufbereitungsbranche tätig sind. „Im russischen Müll ist alles drin, nur nicht das, was man für die Mitverbrennung

braucht“ (Interviewaussage) • Die meisten Zementwerke arbeiten immer noch mit dem nassen Produktionsverfahren • In Kohlekraftwerken werden keine alternativen Brennstoffe verwendet (technische

Gründe, fehlende Abfallstoffe)


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17 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

Inhaltsübersicht

1. Einleitung



4. Fazit


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18 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

3. Entwicklung der Mitverbrennung bis 2020 - Marktmodell: Prämissenübersicht -

Die Prognose der Mitverbrennungsmengen in den einzelnen Ländern erfolgt auf Basis von Prämissen, die mittels einer Kombination aus Expertenbefragung und Szenariotechnik bewertet werden.


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19 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

3. Entwicklung der Mitverbrennung bis 2020 - Zementwerke -

Im Referenzszenario wird davon ausgegangen, dass die Mitverbrennungsmengen in allen betrachteten Ländern etwa um das Doppelte steigen werden (+ 6,3 Mio. t).


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20 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

3. Entwicklung der Mitverbrennung bis 2020 - Kohlekraftwerke-

Im Referenzszenario wird die Mitverbrennung um etwa ein Viertel (von etwa 0,8 Mio. t in 2010 auf etwa 0,6 Mio. t in 2020) zurückgehen.


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21 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

In allen drei Szenarien wird davon ausgegangen, dass sich der Trend fortsetzt, die Mitverbrennungsanteile in der Zementindustrie zu erhöhen.

• Eine hundertprozentige Substitution wird im Referenzszenario (2020) und in Szenario 3 (2018) erreicht, Szenario 1 geht von 95 % aus

• Zudem steigt die Klinkerproduktion und damit die Mitverbrennungsmenge durch eine positive Entwicklung der Baukonjunktur

• Die Mitverbrennung alternativer Brennstoffe in Kohlekraftwerken ist nicht relevant

3. Entwicklung der Mitverbrennung bis 2020 - Beispiel: Österreich -

Entwicklung der Mitverbrennungsmengen in Zementwerkenund deren Preise in Österreich

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2010

2011

2012

2013

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2017

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2020

2010

2011

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2017

2018

2019

2020

0

20

40

60

80

100

120

Mengen alternativer Brennstoffe (in Tsd. t/a) Preisindex (2010=100)

Szenario 1 Referenzszenario Szenario 3


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22 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

Die Mitverbrennung wird in Zementwerken weiterhin zunehmen und einige Kohle-kraftwerke werden durch die Erneuerung der Rauchgasreinigung EBS einsetzen.

• Defizite an alternativen Brennstoffen sind möglich, wenn Deutschland und andere Länder ihre Ausfuhr reduzieren

• Die Umsetzung der Industrieemissionsrichtlinie bewirkt, dass einige Braunkohle-kraftwerke auf den Einsatz von EBS ausgelegt werden

3. Entwicklung der Mitverbrennung bis 2020 - Beispiel: Polen -

Entwicklung der Mitverbrennungsmengen in Kohlekraftwerkenund deren Preise in Polen

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

0

20

40

60

80

100

120

Mengen alternativer Brennstoffe (in Tsd. T) Preisindex (erstes Jahr=100)



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23 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

Bei der Mitverbrennung alternativer Brennstoffe in Zementwerken wird mit einem starken Anstieg, ausgehend von einem niedrigen Niveau gerechnet.

• 2011: ca. 390.000 Tonnen in Zementwerken • Das russische Unternehmen Eurocement als Hauptmarktakteur plant keinen

Einsatz alternativer Brennstoffe • Krimcement sowie internationale Produzenten (Holcim, Dyckerhoff,

HeidelbergCement) planen einen Einsatz bzw. eine Steigerung der Mengen • Die Mitverbrennung in

Kohlekraftwerken spielt weiterhin keine Rolle

3. Entwicklung der Mitverbrennung bis 2020 - Beispiel: Russland -

Entwicklung der Mitverbrennungsmengen in Zementwerkenund deren Preise in Russland

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.00020

10

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

0

20

40

60

80

100

120

140

Mengen alternativer Brennstoffe (in Tsd. T) Preisindex (2010=100)



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24 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

3. Entwicklung der Mitverbrennung bis 2020 - Markttrends -

Als wesentlicher Markttrend im Untersuchungsraum wurde der Anstieg der Mitverbrennung identifiziert (47 % der Befragten).

Welche Markttrends werden die Branche in naher Zukunft beeinflussen?(n=38)

6

11

2

3

4

4

4

6

6

18

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Keine Angabe

Weitere

Konkurrenz zwischen Mitverbrennung und Recycling

Keine Änderung (z.B. Nachfrage nach alternativen Brennstoffen)

Zunahme der Aufbereitung

Verknappung an alternativen Brennstoffen/ unsicherer Markt

Änderungen in der Gesetzgebung

Zunehmende Preise für Primärbrennstoffe

Zunahme der Abfallverbrennungsanlagen

Zunahme der Mitverbrennung

Mehrfachnennungen möglich (N=64)


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25 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

3. Entwicklung der Mitverbrennung bis 2020 - Markttrends -

Welche Trends erkennen Sie bezüglich der Technologien?(n=38)

5

3

3

3

2

4

5

7

9

13

0 2 4 6 8 10 12 14

Keine Angabe

Weitere

Weiterentwicklung in allen Anlagenbereichen

Keine technischen Entwicklungen erkennbar

Effizienzsteigerung

Umstellung auf das trockene Verfahren (Zementwerke)

Aufrüstung zum Einsatz minderwertigerer Qualitäten

Zunahme/ Verbesserung der Aufbereitung

Zunahme der Mitverbrennung

Verbesserung der Rauchgasreinigung

Mehrfachnennungen möglich (N=54)

In erster Linie werden Modernisierungsmaßnahmen ergriffen (Rauchgasreinigung, Übergang vom Nass- zum Trockenverfahren, Calcinator)


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27 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

4. Fazit

• In Osteuropa und dem Vereinigten Königreich besteht Nachholbedarf

• Insgesamt steigende Zahl an Aufbereitungsanlagen und zunehmende Aufbereitungstiefe (deutliche Unterschiede zwischen den Ländern, u.a. auch Vorbehandlung für Export)

• Der Modernisierungsgrad ist in den osteuropäischen Ländern geringer und schränkt die Mitverbrennung ein (z.B. fehlende Rauchgasreinigung, nasses Produktionsverfahren)

• V. a. Zementwerke eignen sich für ein breites Band alternativer Brennstoffe

− mittlere EBS-Einsatz in Osteuropa zumeist unter zehn Prozent

− Deutschland, Österreich und die Niederlande erreichen im Durchschnitt Anteile von über 60 %

• Aufgrund des Preis- und Wettbewerbsdrucks ist mit einem steigenden EBS-Einsatz in Zementwerken zu rechnen

• In Kohlekraftwerken ist der Trend insgesamt eher rückläufig (technische Gründe)


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28 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

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29 DepoTech 2014, 06.11.2014, Leoben

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Quelle: http://www.gkk-kiel.de

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Eine Rauchgasreinigung ist zur Mitverbrennung unerlässlich, ihr Fehlen ist ein wesentlicher Hinderungsgrund zum Einsatz alternativer Brennstoffe (z.B. in Polen).

Entstickung (hier: Stufe 1) • Primärmaßnahmen verringern schon während der

Dampferzeugung die Bildung von thermischem NO (Stickstoffmonoxid),

• Sekundärmaßnahmen reduzieren den NOx-Anteil im Abgas während der Rauchgasreinigung.

Entstaubung (hier: Stufe 2) • Bei der Entstaubung werden die Staubpartikel fast

gänzlich aus dem Rauchgas entfernt. • Mechanische Staubabscheider (Gewebefilter/

Schlauchfilter) nutzen die Fliehkraft oder auch die filternde Wirkung von Stoffen, Elektrofilter machen sich die Kraftwirkung elektrischer Felder zu Nutze.

Entschwefelung (hier: Stufe 3) • In der Rauchgasentschwefelungsanlage wird das

Schwefeldioxid weitestgehend entfernt (Entschwefelungsgrad von 95 bis 97 %).

• Grundsätzlich sind drei Verfahrensarten zur Entschwefelung zu unterscheiden (Nassverfahren, Trockenverfahren, Additivverfahren)


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2012 wurden in Deutschland ca. 3,1 Mio. Tonnen Sekundärbrennstoffe eingesetzt, was einem Anteil von ca. 61 Prozent am Gesamtbrennstoffeinsatz entspricht.

Quelle: VDZ, 2012

Sekundärbrennstoff 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

[1.000 t] Reifen 225 247 290 288 265 289 266 245 253 286 234 Altöl 125 116 100 92 69 85 80 73 61 66 56 Fraktionen aus Industrie-/Gewerbeabfällen, davon: 471 626 863 1.152 1.370 1.595 1.548 1.652 1.602 1.643 1.819 • Zellstoff, Papier und Pappe 43 156 218 273 244 263 150 175 133 63 96 • Kunststoff 128 177 229 309 363 452 460 556 527 474 474 • Verpackungen 64 9 13 3 0 0 0 1 0 0 0 • Abfälle aus der Textilindustrie 5 15 2 0 9 0 2 9 11 10 3 • Sonstige 231 269 401 567 754 907 936 911 931 1.096 1.246 Tiermehle und -fette 380 452 439 355 317 293 231 204 182 187 176 Aufbereitete Fraktionen aus Siedlungsabfällen 106 155 157 198 212 186 220 188 287 336 352 Altholz 63 48 42 42 14 13 12 13 8 8 8 Lösungsmittel 41 48 72 101 93 100 102 81 98 104 96 Bleicherde 15 20 11 11 4 0 0 0 0 0 0 Klärschlamm 0 4 48 157 238 254 267 263 276 304 310 Sonstige (z.B. Ölschlamm,Destillationsrückstände) 12 17 20 28 32 90 175* 78 146 125 54 Summe 1.438 1.733 2.042 2.424 2.614 2.932 2.726 2.797 2.913 3.059 3.105 Anteil am Brennstoffenergieeinsatz (%) 35,0 38,0 42,0 49,0 50,0 52,0 54,0 58,0 61,0 61,0 61,0 Q

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• Der Anteil an alternativen Brennstoffen, der eingesetzt werden kann, richtet sich nach der im jeweiligen Werk vorhandenen Anlagentechnik.

• Einige Zementwerke erreichen über 90 Prozent, andere liegen deutlich unter dem Mittel

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