Ressourceneffizienz durch Einsatz duktiler Guss-Rohrsysteme

Maßnahmen gegen die globale Erderwärmung

Eine der größten Gefahren für die Existenz des Lebens auf der Erde geht von der globalen Erwärmung aus, die sich auf die Zunahme von Treibhausgasen in der Atmosphäre zurückführen lässt. Zu den Zielen des Pariser Abkommens gehört die Begrenzung der Erderwärmung auf deutlich unter 2 °C. Dieses Abkommen sieht vor, dass in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts weltweit Treibhausgasneutralität erreicht werden muss. Mit einem Ende 2016 beschlossenen Klimaschutzplan zeigt die Bundesregierung ihre Entschlossenheit, das Gesamtziel einer Treibhausgasminderung von mindestens 55 % gegenüber 1990 zu erreichen. Dieses Gesamtziel wird zugleich erstmals auf einzelne Sektoren wie Energiewirtschaft, Industrie, Verkehr, Landwirtschaft und Abfallwirtschaft heruntergebrochen. 

Aus den Sektorzielen leiten sich u. a. unterschiedliche Einzelmaßnahmen ab:

• Reduktion der Entnahme und des Verbrauchs fossiler Roh-und Brennstoffe
• Förderung der Kreislaufwirtschaft
• lange, störungsfreie Nutzungsdauer der Produkte anstreben und bei Erfüllung hoher trinkwasserhygienischer Standards
• Produkte nach dem Ende ihrer Nutzungsdauer wieder in den Stoffkreislauf einführen
• Umwelteinwirkungen während der Nutzung minimieren

Ressourcenschonende Herstellungsprozesse und Stoffkreisläufe

Dem effizienten und möglichst klimaneutralen Umgang mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen kommt eine besondere Bedeutung zu. Die Ressourceneffizienz, also der schonende und effiziente Umgang mit natürlichen Ressourcen durch die Senkung des Energie-, Material- und Wasserverbrauchs, rückt zunehmend in den Fokus von ökonomischen, ökologischen und sozialen Prozessen. Ressourcenschonung folgt dem Leitbild einer in natürliche Stoffkreisläufe eingebetteten Wirtschaft mit minimalem Ressourcenverbrauch, deren Entwicklung weder zu Lasten anderer Regionen noch künftiger Generationen geht. Sie lässt sich daher nur ganzheitlich aus der Perspektive vom Lebenszyklus gestalten: Von der Rohstoffgewinnung über Verarbeitung, Gestaltung der Produkte, Handel und Betrieb bis zur Wiederverwendung oder Entsorgung. 

Die Kreislaufwirtschaft leistet einen erheblichen Beitrag zur Schonung der natürlichen Ressourcen. Durch die Substitution primärer Rohstoffe werden auch Umweltbelastungen reduziert. Außerdem werden durch Recycling und Kreislaufführung die Importabhängigkeiten der europäischen Wirtschaft gedämpft. Mit der aktuellen Novellierung des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes wird diese Entwicklung der Abfallwirtschaft zu einer ressourcen- und umweltschonenden Stoffstromwirtschaft weiter forciert.

Wesentliches Element des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes ist eine fünfstufige Abfallhierarchie:  

• Vermeidung
• Vorbereitung zur Wiederverwendung
• Recycling
• sonstige Verwertung, zum Beispiel energetische Verwertung
• Beseitigung

Diese Abfallhierarchie räumt der Abfallvermeidung und der Vorbereitung von Abfällen zur Wiederverwendung den Vorrang gegenüber dem Recycling sowie der sonstigen Verwertung und der umweltverträglichen Beseitigung ein. Die Wiederverwendung umfasst Verfahren, die es möglich machen, Erzeugnisse und deren Bestandteile zum selben Zweck einzusetzen, für den sie ursprünglich bestimmt waren.

Reduktion des Verbrauchs fossiler Roh- und Brennstoffe

Die in der EADIPS FGR zusammengeschlossenen europäischen Hersteller von Guss-Rohrsystemen haben frühzeitig damit begonnen, effizienter mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen umzugehen und ihre Herstellungsprozesse umzustellen. In mehreren Mitgliedswerken der EADIPS FGR wird für die Herstellung von Rohren, Formstücken und Armaturen generell kein Roheisen verwendet. Bereits in den 80-er Jahren des letzten Jahrhunderts wurde damit begonnen, einen der größten Produzenten an CO und CO₂, den Hochofen, abzuschalten und alternative Produktionsmethoden für Gusseisen einzuführen. 

In diesen Hochöfen wurde Gießerei-Roheisen aus primärem Eisenerz unter Einsatz großer Mengen an Koks erzeugt.  Dagegen werden in modernen Kupolöfen oder in elektrischen Induktionsöfen Stahlschrott und Gussbruch als Sekundärrohstoffe wiederaufbereitet. Das dabei gewonnene Gusseisen unterliegt keiner Qualitätseinbuße.  Allein durch diese Technologieveränderung lassen sich die CO₂-Emissionen um ca. 65  % verringern. Ein Blick auf die Funktionsweise eines Kupolofens lässt leicht weiteres Einsparpotenzial von CO₂ erkennen, wenn man auf die Abwärme blickt, die innerhalb des Produktionsprozesses genutzt oder auch anderen Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden kann. 

Beispielsweise wurde im Jahre 2016 bei Duktus der absolute Kokseinsatz reduziert und der spezifische Kokseinsatz verbessert. Dadurch ergab sich eine Senkung des CO₂-Austoßes um 7,12  % gegenüber dem Vorjahr. Weiterhin wurde durch die Anpassung des am Kupolofen nachgeschalteten Rekuperators eine Optimierung der Gichtgasverbrennung erzielt. Hinzu kommt, dass die Abwärme des Kupolofens als Bestandteil der Fernwärmeerzeugung an Verbraucher in der Stadt Wetzlar weitergeleitet wird. Dadurch konnte allein im Jahr 2016 der CO₂-Ausstoß um 3.020 t reduziert werden. Um die Effizienz dieses Prozesses weiter zu steigern, werden aktuell weitere Fernwärmekunden akquiriert. Bereits im Jahr 2015 war ein Blockheizkraftwerk mit einer Feuerungswärmeleistung von 1,98 MW in Betrieb genommen worden, das den CO₂-Ausstoß seitdem deutlich verringert.

Ein weiteres, in Eisengießereien häufig eingesetztes Schmelzaggregat ist der Induktionsofen. Ein zylindrischer, feuerfest ausgekleideter Tiegel ist von einer wassergekühlten Induktionsspule umgeben. Ein in dieser Spule fließender Wechselstrom induziert in dem im Tiegel befindlichen Metalleinsatz aus Schrott und Gussbruch eine Sekundärspannung. Der Metalleinsatz wirkt als kurzgeschlossene Spule, in der Wirbelströme erzeugt werden. Die Wirbelströme erwärmen den metallischen Einsatz von innen bis weit über seine Schmelztemperatur. Dabei bewirken die Wechselfelder auch eine homogenisierende Umwälzung der Schmelze. Insbesondere im Zusammenspiel mit der Abkehr von fossilen Brennstoffen zur Stromerzeugung hin zur Nutzung von regenerativem Strom aus Sonne, Wind und Wasser kann erwartet werden, dass sich die CO₂-Bilanz von Induktionsöfen weiter verbessern wird.

Kreislaufwirtschaft durch Einsatz von Recyclingmaterialien

Der Grundstoff für duktiles Gusseisen besteht aus Stahlschrott und Gussbruchaus der Gießerei. Somit werden keine fossilen Rohstoffe wie Eisenerz eingesetzt, sodass natürliche Ressourcen geschont und CO₂-Emissionen nachhaltig gesenkt werden. Duktile Gussrohre und Formstücke sind nahezu 100 % recyclebar. Mit dem Einsatz von Gussbruch und Stahlschrott zur Erzeugung duktiler Guss-Rohrsysteme kommen die in der EADIPS FGR zusammengeschlossenen Gießereien dem Konzept Cradle to Cradle (von der Wiege zur Wiege) sehr nahe.

Dieses Prinzip folgt dem Grundgedanken, dass Abfall gleichbedeutend mit Nahrung ist. Der Gedanke Cradle-to-Cradle will das Modell Cradle-to-Grave ablösen, in dem Stoffströme, die mit dem Produkt zusammenhängen, als unerwünschter Output in die Natur zurückgegeben werden, ohne je wieder für eine Nutzung vorgesehen zu sein und darüber hinaus die Umwelt mit Schadstoffen anreichern. Anstelle dessen sollen Verbrauchsgüter in einem biologischen Nährstoffkreislauf geführt werden und Gebrauchsgüter in technischen Kreisläufen organisiert werden. Beim Cradle-to-Cradle kehren die Produkte am Ende ihrer Nutzungsdauer vollständig in den Produktionskreislauf zurück, ohne dass die daraus neu hergestellten Produkte einer Qualitätsminderung unterliegen. Im Gegensatz dazu werden beim Cradle to Grave die Produkte am Ende ihrer Nutzung als Abfall ohne weitere vorgesehene Nutzung in der Umwelt deponiert.

Ökologische und ökonomische Nachhaltigkeitskriterien von Guss-Rohrsystemen

Die EADIPS FGR Mitglieder Duktus und vonRoll hydro betreiben seit mehreren Jahren erfolgreich ein Umweltmanagementsystem nach der ISO 14001. Duktile Guss-Rohrsysteme stehen für einen sicheren, störungsarmen Netzbetrieb und zeichnen sich durch eine lange Nutzungsdauer aus. Leckagen an Trinkwasserleitungen sind verantwortlich für den Verlust wertvoller Ressourcen und defekte Abwasserkanäle stellen für das Grundwasser eine potenzielle Gefahr dar. Duktile Gussrohre bieten mit ihren speziellen Materialeigenschaften einen hervorragenden Schutz. Sie sind bruchsicher und die Rohrwand ist diffusionsdicht, sodass die Infiltration von Krankheitserregern und gesundheitsgefährdenden Fremdstoffen in die Trinkwasserleitungen praktisch ausgeschlossen ist. Bei duktilen Abwasserrohren verhindert die Diffusionsdichtigkeit die Exfiltration umweltgefährdender Stoffe in die Umwelt.

Die meistverwendete Verbindung bei duktilen Guss-Rohrsystemen ist die Steckmuffen-Verbindung TYTON ®. Die ständige Entwicklung über 250 Jahre hat mit dieser Rohrverbindung eine hohe Reife erreicht. Diese Konstruktion ist nicht mehr das schwächste Glied in einer Rohrleitung. Diese Steckmuffenverbindung ist druckdicht bis zum Berstdruck der zugehörigen Rohre. Sie ist dabei einfach und sicher zu montieren. Das Spektrum ihrer Leistungsfähigkeit beim Einsatz in Gas-, Wasser- und Abwasserleitungen wird durch genormte Tests über den gesamten Nennweitenbereich nachgewiesen. Die positiven Erfahrungen ihres Langzeitverhaltens gehen auf vier Jahrzehnte bei unveränderter Konstruktion zurück. 

Entsprechend den Auswertungen aus der Netz- und Schadensstatistik Wasser des DVGW an Versorgungsleitungen für die Trinkwasserverteilung ergibt sich für duktile Gussrohre mit hochwertigem Korrosionsschutz eine Schadensrate von 0,01 Schäden pro Kilometer und Jahr. Diese Schadensrate ist im Vergleich zu allen anderen verwendeten Rohrmaterialien die niedrigste. Dies bedeutet gleichzeitig auch die geringste Zahl von Reparaturen, welche immer auch einen Eingriff in die innerstädtische Straßen- und Verkehrssituation darstellen. 

Duktile Gussrohre sind langlebig und werden vom  DVGW mit einer technischen Nutzungsdauer von 100 bis 140 Jahren bewertet. Das führt am Ende dazu, dass der erforderliche Wartungs- und Instandhaltungsaufwand für Leitungssysteme aus duktilem Gusseisen sehr gering ist und somit Sanierungsbudgets geschont werden. Durch die lange technische Nutzungsdauer von Gussrohr-Systemen ist der Austauschzyklus im Vergleich zu anderen Rohrleitungswerkstoffen deutlich länger. Das bringt ökonomische und ökologische Vorteile: Reinvestitions- und Sanierungsbudgets können beim Einsatz duktiler Gussrohre deutlich geringer angesetzt werden, CO₂-Emissionen werden dadurch signifikant reduziert.

Ressourcenschonung durch intelligente Systemüberwachung

Nach der Planung und dem Bau werden Trink- und Abwassernetze über Jahrzehnte betrieben. Zentrale Aufgaben der Netzbetreiber sind deshalb der sichere Betrieb, die Wartung, die Instandhaltung und am Ende Entscheidungen zur Sanierung und/oder Erneuerung der komplexen Netze und Anlagen. Während der gesamten Betriebsdauer müssen die Ressourcen Mensch, Maschine und Energie optimal eingesetzt werden. Digitale Lösungen werden in Zukunft Netzbetreiber immer stärker bei Bewältigung dieser verantwortungsvollen Aufgabe unterstützen.

Mit dem Serviceportal HYDROPORT hat vonRoll hydro eine Möglichkeit für kleine, mittelgroße und große Wasserversorgungsunternehmen geschaffen, das Internet für die Wasserwirtschaft zu nutzen. HYDROPORT ist eine Software, die Datenerfassung, Datenmanagement, Arbeitsabläufe, Kontrollaufgaben und Qualitätssicherung vereint. Im Zentrum stehen bisher Hydranten und Schieber der jeweiligen Wasserversorgung. Genutzt werden kann die Software jedoch auch zur Digitalisierung der gesamten Infrastruktur von Ver- und Entsorgungsunternehmen. Daher gehören bereits heute Schnittstellen zu Geoinformationssystemen (GIS), zu Gebäudeversicherungen oder weiteren Systemen zum Standard. 

Kontrollergebnisse oder Revisionsarbeiten können direkt hinterlegt werden. Die Software verbindet Wassermeister, Servicemitarbeiter und Verwaltung miteinander, damit effizientes Arbeiten Hand in Hand geht und jeder stets auf dem aktuellen Stand ist. Bereits heute kann das Leckortungssystem ORTOMAT in HYDROPORT integriert werden. Durch ein Korrelationssystem werden Undichtigkeiten im Leitungsnetz punktgenau vorgeortet und auf dem Serviceportal HYDROPORT visualisiert, um Wasserverluste im Netz zu minimieren.
Mit seiner Plattform öffnet vonRoll hydro nun die Türen zum Internet des Wassers. Sie ist die digitale Antwort auf die in den nächsten Jahren wachsende Anforderung an eine zuverlässige Wasserversorgung und eine sinnvolle und nachhaltige Optimierung der Netze. 

Autoren: Steffen Ertelt, Christoph Bennerscheidt und Jürgen Rammelsberg

Der Beitrag wurde von der Redaktion leicht gekürzt. Den kompletten Beitag mit diversen Abbildungen finden Sie als PDF im Downloadbereich unter Downloads Jahreshefte EADIPS FGR.