lca of railway sleepers

Dr. Frank Werner Umwelt & Entwicklung

Waffenplatzstrasse 89 CH-8002 Zürich Schweiz Tel.: ++41-(0)44-241 39 06 e-mail: [email protected] Web: www.frankwerner.ch

Ökologische Bilanzierung von Eisenbahnschwellen

Vergleich von Schwellen aus

Buchenholz, Eichenholz, Beton und Stahl Eine Studie im Auftrag der Studiengesellschaft Holzschwellenoberbau e.V. Mit einem Textbeitrag zur legalen Situation der Altschwellenverwertung von Dr. Rainer Schrägle, Technologica GmbH Externe Kritische Prüfung gemäß EN/ISO 14040: Dr. K. Richter, Abteilung Holz, Empa Dübendorf

September 2009

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Sachbearbeitung: Dr. F. Werner, Umwelt & Entwicklung, Zürich Textbeitrag: Dr. Rainer Schrägle, Technologica GmbH., Leonberg (D) Projektbegleitung: Uwe Halupczok, Studiengesellschaft Holzschwellenoberbau e.V.,

Bingen (D)

Rainer Schimmelpfennig, RS Consult/THP Neumarkt (D)

Hubertus Willeke, DB Infrastruktur, Schwandorf (D)

Hartmut Brieke, Rütgers Chemicals GmbH, Castrop-Rauxel (D)

Dr. Matthias Levering, Rütgers Chemicals GmbH, Castrop-Rauxel (D)

Marc-André Vuilleumier, SBB Infrastruktur, Basel (CH)

Sven-Dirk Richtberg, Karl Richtberg GmbH & Co KG,

Neuenburg/Rhein (D)

Josef Dummer, Karl Richtberg GmbH & Co KG, Verkaufsbüro Bingen/Rhein (D)

Oliver Arlt, Imprägnierwerk Wülknitz GmbH., Wülknitz (D)

Peter Nowaczyk, Holz-Fehlings, Gleistechnik und Entsorgung GmbH, Marl-Sinsen (D)

Dr. Rainer Schrägle, Technologica GmbH, Leonberg (D) Die Nutzung, Veröffentlichung und Verwertung dieser Studie oder Auszüge davon ist nur für autorisierte Nutzer zulässig. Unautorisierte Nutzung ist untersagt.

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Externe kritische Prüfung (Kurzfassung) Durchgeführt von Hr. Dr. K. Richter, Eidgenössische Materialprüfungs- und For-schungsanstalt, Dübendorf Die Studie „Ökologische Bilanzierung von Eisenbahnschwellen. Vergleich von Schwellen aus Buchenholz, Eichenholz, Beton und Stahl“ wurde einer Kritischen Begutachtung gemäß EN ISO 14040 unterzogen. Die Begutachtung basiert auf dem vorgelegten Entwurf zum Abschlußbericht einschließlich eines Annexes mit Hintergrunddaten und Bewertungsmodel-len. Die Ergebnisse der externen Begutachtung sind mit dem Ersteller der Ökobilanz besprochen worden und in einem Abschlußbericht an den Auftraggeber dokumentiert. Die kritische Überprüfung kommt zu folgenden Schlußfolgerungen: Die Studie entspricht den normativen Vorgaben der EN ISO 14040:2006 ’Umweltmanage-ment -- Oekobilanz -- Grundsätze und Rahmenbedingungen’.

- Ausgangslage und die Motivation zur Durchführung der Studie sind formuliert, die Ziele klar umrissen und die interessierten Kreise (Adressaten der Ergebnisse) auf-geführt.

- Die angewandten Methoden sind wissenschaftlich begründet und entsprechen dem Stand der Ökobilanz-Technik.

- Funktionale Einheit, Systemgrenzen und Randbedingungen sind technisch und sach-lich begründet, der regionale und zeitliche Geltungsbereich ist abgesteckt und die aus der Datenqualität sich ergebenden Einschränkungen sind aufgezeigt.

- Die verwendeten Sachbilanzinventare sind in Bezug auf das Ziel der Studie umfas-send dokumentiert, sie werden als zweckmäßig und richtig gewählt eingestuft. Sie wurden in den für die Zielsetzung besonders relevanten Bereichen durch detaillierte Recherchen und spezifische Messungen z.T. aktualisiert. Die Umweltwirkungen der vor- und nachgelagerten Prozesse wurde auf den aktualisierten Daten der Inventare von ecoinvent 2.0 (2007) abgestützt und bildet somit den best verfügbaren Stand der Technik ab.

- Die Bewertungsmethodik stützt sich auf der auswirkungsorientierten Klassifikation (CML-Methode) ab, die gemäß EN ISO 14040 für das Benchmarking im Rahmen von Produkt-Ökobilanzen verwendet werden darf. Die zusätzlich selektieren Indikatoren zum Ressourcenverbrauch sowie die Summenparameter zu den radioaktiven Abfäl-len sind wissenschaftlich begründet und ergänzen die Bewertung im Sinne der Ziel-definition.

- Sechs Sensitivitäten sind in der Studie besonders betrachtet und in ihren Wirkungen dargestellt. Damit kommt die Studie der Anforderung nach, besonders ergebnisrele-vante Festlegungen und Annahmen in ihren Auswirkungen auf die Ergebnisse ge-nauer zu untersuchen und deren Resultate in die Gesamtbeurteilung einzubeziehen.

Die Studie ist transparent dargestellt und in ihrer Struktur nachvollziehbar beschrieben. Es wurden in der stichpunktartigen Überprüfung der Sachbilanzinventare keine Fehler oder Auffälligkeiten gefunden. Die gewonnenen Erkenntnisse und die Interpretationen sind plau-sibel und sorgfältig formuliert.

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Die Studie ist eine wertvolle Erweiterung zur Beurteilung der ökologischen Auswirkungen von Eisenbahnschwellen und vervollständigt insbesondere die Grundlagen zur Einstufung der Holzimprägnierprozesse und deren relevante Emissionen. Sie zeigt für alle drei betrachteten Schwellentypen Ansatzpunkte auf, deren Umsetzung das ökologische Profil verbessert. Sie dokumentiert zudem, daß die Erkenntnisse der ersten vergleichenden Schwellen-Ökobilanz aus dem Jahr 1998 von den Branchen aufgenommen und Maßnahmen eingeleitet wurden, durch die sich kritische Umweltwirkungen reduzieren ließen. Zudem wird deutlich, daß infolge von Aktualisierungen in einzelnen Dateninventaren sowie erweiterten Bewertungsmodellen eine periodische Neubeurteilung der Umweltwirkungen von Produktsy-stemen sinnvoll ist. Dr. Klaus Richter Empa Abt. Holz 20.11.2008

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Inhaltsverzeichnis

1 Zusammenfassung .........................................................................................................................6

2 Summary........................................................................................................................................11

3 Synthèse ........................................................................................................................................16

4 Ausgangslage, Zieldefinition und Durchführung ......................................................................21

5 Funktionale Einheit, Systemgrenze, Randbedingungen...........................................................23

5.1 Funktionale Einheit................................................................................................................23

5.2 Systemgrenze, Randbedingungen ........................................................................................24

5.3 Datenqualität .........................................................................................................................25

5.4 Bewertungsmethodik.............................................................................................................25

6 Holzschwelle .................................................................................................................................27

6.1 Herstellung ............................................................................................................................27 6.1.1 Mechanische Bearbeitung der Schwellen .............................................................27 6.1.2 Herstellung von Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991.........................................29 6.1.3 Imprägnierung .......................................................................................................30 6.1.4 Befestigungsmaterial.............................................................................................35

6.2 Gleisumbau und Verlegung...................................................................................................36

6.3 Unterhalt und Nutzung ..........................................................................................................37 6.3.1 Unterhalts- und Wartungsarbeiten ........................................................................37 6.3.2 Emissionen während der Nutzung ........................................................................38

6.4 Rückbau und energetische Verwertung ................................................................................39 6.4.1 Rückbau ................................................................................................................39 6.4.2 Energetische Verwertung von Holzschwellen .......................................................40

7 Betonschwelle...............................................................................................................................44

7.1 Herstellung ............................................................................................................................44 7.1.1 Schwellenkörper....................................................................................................44 7.1.2 Befestigungsmaterial.............................................................................................45



7.4 Rückbau ................................................................................................................................47

8 Stahlschwelle ................................................................................................................................49

8.1 Herstellung ............................................................................................................................49 8.1.1 Neue Schwellen ....................................................................................................49 8.1.2 Umgearbeitete Altschwellen mit Lochung .............................................................50 8.1.3 Umgearbeitete Altschwellen mit Rippen................................................................51

8.2 Befestigungsmaterial.............................................................................................................52



8.5 Rückbau ................................................................................................................................54

9 Eingabedaten und Szenarios.......................................................................................................55

5

10 Sachbilanz .....................................................................................................................................57

10.1 Verbrauch nicht-erneuerbarer und erneuerbarer Energieträger ...........................................57

10.2 Verbrauch nicht-erneuerbarer und erneuerbarer Materialien................................................58

10.3 Radioaktive Abfälle................................................................................................................59

11 Wirkungsabschätzung..................................................................................................................61

11.1 Einzelauswertung ..................................................................................................................61 11.1.1 Holzschwellen .......................................................................................................61 11.1.2 Stahlschwelle ........................................................................................................62 11.1.3 Betonschwelle .......................................................................................................64 11.1.4 Gleisumbau, Wartung und Unterhalt .....................................................................66

11.2 Materialübergreifender Vergleich ..........................................................................................67

11.3 Sensitivitätsbetrachtungen ....................................................................................................71 11.3.1 Einfluß des angenommenen Rezyklatanteils für Stahl..........................................71 11.3.2 Einfluß der Wiederverwendung von Betonschwellen............................................73 11.3.3 Einfluß des Strommixes: Schweizer Strommix statt deutscher Strommix.............74 11.3.4 Karbonatisierung von Beton ..................................................................................75 11.3.5 Sensitivität der Annahmen zur Imprägnierung der Holzschwellen ........................75 11.3.6 Materialübergreifender Vergleich ohne Gleiswartung/Unterhalt............................76

12 Schlußfolgerungen aus der Ökobilanz .......................................................................................78

13 Treibhausgaswirkung von Holzschwellen .................................................................................81

14 Quellenverzeichnis .......................................................................................................................84

A Annex .............................................................................................................................................86

Ökobilanz von Eisenbahnschwellen

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1 Zusammenfassung

In der vorliegenden Ökobilanz werden die Umweltwirkungen von Beton-, Buchen-, Eichen- und mehreren Stahlschwellen berechnet und miteinander verglichen. Dabei werden die Stoff- und Energieflüsse über den gesamten Lebenszyklus der Schwellen berücksichtigt: von der Herstellung der Hauptmaterialien und Befestigungsmaterialien über die Nutzung bis hin zu Rückbau und Entsorgung oder Recycling. Zusätzlich werden anteilmäßig der Gleisumbau inkl. Verlegung der Schwellen sowie Gleiswartung und Unterhalt einbezogen, da sich der Gleisaufbau je nach Schwellentyp unterscheidet. Als funktionale Einheit wird verglichen:

1 Gleisschwelle inkl. Befestigungsmaterial plus anteilmäßig der Aufbau eines zweigleisigen Gleisbettes über eine Länge von 63 cm über 1 Jahr, bezogen auf die mittlere Einsatzdauer der Schwelle.

Diese Ökobilanz wurde in Konformität mit den internationalen Normen für Ökobilanzen EN/ISO 14040ff durchgeführt. Sie wurde von Herrn Dr. K. Richter, Eidgenössische Material-prüfungs- und Forschungsanstalt (Empa), Dübendorf (CH), gemäß EN/ISO 14040 einer externen Kritischen Prüfung unterzogen und kann somit öffentlich für Vergleiche verwendet werden. Diese Ökobilanz richtet sich an:

1. Strategische Entscheidungsträger, welche Leitbilder für den Einkauf formulieren,

2. Politische Entscheidungsträger, welche Forderungen an die Betreiber von Bahnen stellen,

3. Einkäufer von Eisenbahnschwellen,

4. Fachpersonen aus den Bereichen Herstellung, Verlegung und Entsorgung von Schwellen.

Die vorliegende Arbeit aktualisiert eine von der Empa im Jahr 1998 erstellte Ökobilanz zu Eisenbahnschwellen1. Maßgebende Aktualisierungen umfassen :

• Aktualisierung der Prozeßdaten, insbesondere der Holzschwelle (s. unten),

• Verwendung der im November 2007 aktualisierten Datenbank ecoinvent 2.0. In die-ser Studie betrifft dies u.a. die Prozesse zur Zement- und Stahlherstellung, Trans-porte, Strommixe, Entsorgungsprozesse, etc.

• Verwendung aktualisierter Bewertungsmethoden für alle Wirkungskategorien. Von Bedeutung sind hier insbesondere die Wirkungskategorien zur Human- und Ökotoxi-zität. In diesen Wirkungskategorien wird im Gegensatz zur Empa-Studie explizit die Verteilung und Exposition (engl. fate and exposure) der Emissionen berücksichtigt. Dies ermöglicht es, die Wirkung chronischer Belastungen in Ökobilanzen besser abzubilden.

• Anpassung der Studie an deutsche Verhältnisse. Somit wird in der Studie der deut-sche Strommix verwendet und für die Liegedauern der Schwellen die Verhältnisse der Deutschen Bahn zugrunde gelegt.

• Neuberechnung des Wartungsaufwandes für alle Schwellen. Die Daten für die Stahl- und Betonschwellen wurden mehrheitlich der Empa-Studie entnom-men. Damit sind etwaige Optimierungen im Herstellungsprozeß oder beim Design für diese

1 Künniger und Richter 1998

1 Zusammenfassung

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Schwellen nicht berücksichtigt. Es ist aber anzunehmen, daß deren Einfluß auf die Ökobi-lanz im Vergleich zum Einfluß der Hintergrunddaten, z.B. zur Zement- oder Stahlherstellung, von untergeordneter Bedeutung ist. Bei den Holzschwellen wurden die Ökobilanzdaten über den gesamten Lebensweg aktuali-siert. Dadurch konnte die z.T. unbefriedigende Datenlage in der Empa-Studie verbessert sowie maßgebliche Prozeßoptimierungen berücksichtigt werden. Diese Aktualisierungen umfassen u.a.:

• Bilanzierung der Forstprozesse für Buchen und Eichen basierend auf Untersuchun-gen der Universität Hamburg,

• Aktualisierung der Daten zur Herstellung des Imprägnieröls und der Allokation des Destillationsprozesses basierend auf den heutigen wirtschaftlichen Gegebenheiten eines Herstellers,

• Aktualisierung der Allokation des Verkokungsprozesses zu Rohteer basierend auf den heutigen wirtschaftlichen Gegebenheiten einer deutschen Kokerei,

• Ausschließliche Verwendung von Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991,

• Reduzierte Einbringmengen von Imprägnieröl gemäß Herstellerangaben zur prakti-schen Anwendung von DIN 68811:2007-01,

• Abschätzung der Emissionen während der Liegedauer der Holzschwellen basierend auf den aktualisierten Einbringmengen und der stark reduzierten Verdunstungsnei-gung von Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991,

• Gesetzeskonforme thermische Nutzung der Altschwellen und Verwendung aktuali-sierter Daten zu den resultierenden Emissionen,

• Berücksichtigung des Substitutionseffektes der thermischen Nutzung von Holz-schwellen, d.h. der Verbrennung von Holzschwellen anstelle von fossilen Energieträ-gern, gestützt auf für diese Studie durchgeführte Laboruntersuchungen zum Heizwert von Altschwellen.

In Abbildung 1-1 werden die Ökoprofile der untersuchten Schwellen relativ zueinander vergli-chen. Die Umweltwirkungen der Schwellen werden dabei relativ zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle ausgewiesen. Bei den Holzschwellen wird die heute aufgrund der Altholzverordnung übliche energetische Verwertung zugrunde gelegt. Negative Werte bedeuten somit, daß die Vermeidung („Sub-stitution“) der Verbrennung fossiler Energieträger durch die energetische Verwertung der Holzschwellen mehr Emissionen vermeidet als über den Lebensweg der Schwellen verur-sacht werden. Aus dieser Darstellung und den detaillierten Untersuchungen der Ökoprofile der Schwellen lassen sich die Ergebnisse der Studie wie folgt zusammenfassen:

• Generell wird das Ökoprofil aller Schwellen durch die Umweltwirkungen aus Gleis-bau, -wartung und Unterhalt dominiert.

• Neue Stahlschwellen weisen in allen Wirkungskategorien mit Abstand die höchsten Beiträge auf. Dies gilt auch bei Berücksichtigung der Rezyklierbarkeit des Stahls.

• Umgearbeitete, d.h. nach Reparaturarbeiten wiederverwendete, Stahlschwellen schneiden in allen Wirkungskategorien besser ab als die Betonschwelle.

• Bei Berücksichtigung der thermischen Nutzung schneiden die Holzschwellen im Ver-gleich zu umgearbeiteten Stahlschwellen und Betonschwellen in allen Wirkungskate-gorien mit Ausnahme der Wirkungskategorie Überdüngung am besten ab. Die Bei-träge zur Wirkungskategorie Überdüngung unterscheiden sich bei allen vier unter-suchten Schwellenarten nicht signifikant.

• Bei einigen Wirkungskategorien sind die vermiedenen Emissionen aus der Substituti-onswirkung – dem Ersatz fossiler Energieträger – durch die energetische Verwertung


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der Holzschwellen größer als die direkten Emissionen aus deren Lebenszyklus, ins-besondere beim Klimawandel (falls in einer WKK verwertet), z.T. aber auch beim abiotischen Ressourcenverbrauch, dem stratosphärischen Ozonabbau oder dem Photosmog.

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Klimawandel

AbiotischerRessourcenverbrauch

Versauerung

Überdüngung

StratosphärischerOzonabbau

Humantoxizität

Ökotoxizität Frischwasser

Ökotoxizität Salzwasser

Terrestrische Ökotoxizität

Photosmog

Betonschwelle Stahlschwelle, umgearbeitet

Buchenschwelle, Wärmerückgewinnung Eichenschwelle Wärmerückgewinnung

Abbildung 1-1: Vergleich der Umweltwirkung der Schwellen relativ zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle; Wärmerückgewinnung bei den Holzschwellen (ohne neue Stahlschwelle)

• Die Ökoprofile der Buchen- und Eichenschwelle unterscheiden sich kaum.

• Die Umstellung auf Imprägnieröls Typ C gemäß EN 13991 und die Einbringung nach Deutscher Norm DIN 68811:2007-01 hat dazu geführt, daß die Verwendung von Im-prägnieröl im Vergleich zu früheren Studien nunmehr eine untergeordnete Rolle für das Ökoprofil der Holzschwellen spielt.

• Die heute aufgrund der Altholzverordnung übliche energetische Verwertung der Schwellen erweist sich als essentiell für ein vorteilhaftes Ökoprofil der Holzschwellen.

• Holzschwellen speichern über ihre Einsatzdauer in etwa gleichviel CO2 als Kohlen-stoff, wie Treibhausgase aus fossilen Quellen über ihren Lebensweg inkl. Gleisbau, -wartung und Unterhalt freigesetzt werden (Abbildung 1-2). In jeder Holzschwelle sind rund 132 kg CO2 gespeichert. Hochgerechnet auf das gesamte deutsche Schienen-netz sind dies 3.78 Mio. t CO2, die heute in Holzschwellen gespeichert sind.

1 Zusammenfassung

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-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Betonschwelle

Stahlschwellen umgearbeitet

Buchenschwelle

Eichenschwelle

kg CO2-Äq./Jahr

C-Speicherung in Holz Energetische Substitution Emissionen aus fossilen Energieträgern Abbildung 1-2: Treibhausgaswirkung der untersuchten Schwellen (ohne neue Stahlschwelle);

C-Speicherung, Energetische Substitution, Materielle Nutzung (pro Jahr)

• Bei konsequenter thermischer Nutzung von Altschwellen – vorzugsweise in Wärme-Kraft-Kopplungen – wird durch die Substitution fossiler Energieträger etwa gleichviel CO2 vermieden, wie über den Lebenszyklus der Holzschwellen inkl. Gleisbau und –unterhalt emittiert wird. So sind Holzschwellen bei nachhaltiger Waldbewirtschaftung nicht nur hinsichtlich ihres biogenen Kohlendioxids CO2-neutral, sondern auch hin-sichtlich des CO2 aus fossilen Quellen.

Aus der Ökobilanz lassen sich für die Schwellen folgende Strategien zur weiteren Verbes-serung ihrer Ökoprofile ableiten:

• Aufgrund der Dominanz des Gleisumbaus und der Gleiswartung ist jede technische Maßnahme geeignet, das Ökoprofil von Schwellen zu verbessern, welche den Ver-brauch von neuem Schotter bzw. dessen Transport reduziert.

• Die Liegedauer der Schwellen ist ein entscheidender Einflußfaktor für das Ökoprofil aller Schwellen. Die Entwicklung und Umsetzung technischer Möglichkeiten zur Ver-längerung der Lebensdauer der einzelnen Schwellen und des Unterhaltsintervalls stellt eine Kernstrategie zur ökologischen Optimierung für alle Schwellen dar.

• Bei den Holzschwellen haben sich verschiedene Prozeßoptimierungen bewährt. Ins-besondere die Umstellung auf Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 und die Einbrin-gung nach Deutscher Norm DIN 68811:2007-01 sowie die heute aufgrund der Alt-holzverordnung übliche energetische Verwertung der Holzschwellen zahlen sich aus. Damit sind die Umweltwirkungen der vergleichsweise großen Mengen an Befesti-gungsmaterial in den Fokus gerückt. Eine Reduzierung der eingesetzten Stahlmen-gen, eine verstärkte Wiederverwendung von Befestigungsmaterialien oder auch die Entwicklung besser wieder verwendbarer Befestigungsmaterialien könnten das Öko-profil von Holzschwellen weiter verbessern.

• Bei den Stahlschwellen steht nach wie vor die Umarbeitung von Stahlschwellen im Vordergrund. Die Herstellung von Stahlschwellen aus Neustahl und selbst aus Recyclingstahl weisen dagegen ein schlechteres Ökoprofil auf. Möglichkeiten zur Reduktion des eingesetzten Stahls pro Schwelle über ein verändertes Design der Schwelle wären zu prüfen. Materialeinsparungen dürfen aber nicht zu Lasten der Lebensdauer gehen.


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• Auch bei den Betonschwellen steht die Prüfung der Möglichkeiten zur Reduktion der eingesetzten Mengen an Beton und Armierungsstahl pro Schwelle über ein verän-dertes Design im Vordergrund. Auch hier darf die Materialeinsparung nicht zu Lasten der Lebensdauer oder der Wiederverwendbarkeit gehen. Auch wäre der Einsatz von rezykliertem, gebrochenem Beton als Kiesersatz zumindest in einer Ökobilanz zu prüfen.

Aufgrund verschiedener Sensitivitätsanalysen können diese Schlußfolgerungen als robust bezeichnet werden, auch wenn die Ökoprofile der Stahlschwellen und der Betonschwelle auf älteren Prozeßdaten beruhen. Abschließend kann festgehalten werden, daß aufgrund maßgeblicher prozeß-technischer und ökonomischer Veränderungen über den Lebenszyklus der Holzschwellen und durch die Verfügbarkeit aktualisierter Daten zu den Emissionen aus der Imprägnierung, Nutzung und energetischen Verwertung von Holzschwellen die Ergebnisse der Empa-Studie zumindest für Mitteleuropa als überholt angesehen werden können.

3 Synthèse

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2 Summary

This updated life cycle assessment (LCA) compares the environmental impacts of railway sleepers made from concrete, steel, beech wood and oak wood. In LCA, all material and energy flows related to the life cycle of a sleeper are compiled and assessed from ‘cradle-to-grave’: from the production of the main materials and mounting equipment, over the use phase up to its deconstruction, recycling and final disposal. In addition to that, the respective share of track bed construction and its maintenance are accounted for because the structure of the track bed differs for the sleepers under consideration. Thus, the study compares as the functional unit:

1 railway sleeper including the mounting equipment, plus the respective share of the track bed over the length of 63 cm, over one year, relative to the average service life of the sleeper

This life cycle assessment was conducted in conformity with the series of international stan-dards ISO 14040ff. The study was period was peer-reviewed externally by Dr. K. Richter, Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research (Empa), Dübendorf (CH) and can thus be made publically available. The target audience of this study are:

1. Strategic decision makers, who formulate guidelines for procurement,

2. Political decision makers, who formulate requirements for operators of railways,

3. Procurement managers of railway sleepers,

4. Experts in the fields of production, track laying and disposal of sleepers. This study updates an LCA study on railway sleepers in Switzerland, conducted by Empa and published in 19982. Relevant updates include:

• Updating of process data, mainly for the wooden sleepers (see below)

• Utilisation of the updated LCI/LCA database ecoinvent 2.0 (release November 07). For this study, relevant updates of process data include, e.g., cement and steel pro-duction, transportation processes, electricity mixes, disposal processes, etc.

• Utilisation of updated impact characterisation methods for all impact categories3. The methodological updates of the impact categories on human and eco-toxicity are par-ticularly relevant for this study. Contrary to the Empa-study, these methods explicitly take into account fate and exposure of emission. This allows us to depict the impacts of chronic exposure in a much more appropriate way in LCA.

• Adaptation of the study to German conditions. This includes the use of the German electricity mix and the use of German statistics for the service life of the sleepers.

• Update of the inputs needed for the maintenance of the track bed. For the sleepers made from concrete and steel, the process data was mainly taken over from the Empa study. According to several companies, the process data has not changed significantly for these sleepers. Its impact on the result of the LCA is hardly significant com-pared to the influence of the background data, e.g. for cement or steel production.

2 Künniger und Richter 1998 3 Guinée, Gorrée et al. 2002


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For the sleepers made from wood, the process data has been updated over the whole life cycle. Hence, some data gaps in the Empa-study could be closed with more reliable and rep-resentative data and some considerable process optimizations could be taken into account. These updates include:

• Inventorying of forestry processes for beech and oak based on studies by the Univer-sity of Hamburg4,

• Update of the data for the production of creosote, including the allocation of the dis-tillation process based on the current economic conditions of a manufacturer,

• Update of the allocation of the coking process for the tar oil production based on the current economic situation of a German coke plant.

• Update of the emissions from the impregnation process based on data from the U.S. Environmental Protection Agency5,

• Exclusive use of creosote grade C according to EN 13991 with a reduced tendency to evaporate,

• Reduced insertion quantities of creosote according to the current application of DIN 68811:2007-01,

• Estimation of emissions during service life of the wooden sleepers based on actual insertion quantities of creosote and significantly reduced evaporation tendencies of creosote grade C6,

• Thermal utilisation of used wooden sleepers and updating of the resulting emissions,

• Accounting of the substitution effect resulting from the thermal utilisation of wood, i.e. the combustion of railway sleepers instead of fossil fuels, based on heating values determined in laboratory tests made for this study.

Figure 2.1 compares the environmental impacts of the railway sleepers relative to each other. The environmental are thus normalised relative to the respective indicator values of the sleeper made from concrete (indicator value = 1). For the wooden sleepers, heat recovery is assumed as the practical implementation of by European and German law. Negative values indicate that the heat recovery from the com-bustion of the wooden sleepers, substituting for the combustion of fossil fuels, avoids more emissions than are released during the life cycle of the wooden sleeper before its combus-tion. Based on this figure and on more in-depth analysis of the environmental profiles of all sleep-ers, the results of the study can be summarized as follows:

• Generally, the environmental profile of all sleepers is dominated by the environmental impacts from track bed construction and maintenance.

• New steel sleepers cause the largest contributions in all impact categories. This is independent of the allocation procedure applied to steel (see below).

• The environmental impacts associated with repaired steel sleepers lie below the impacts of the concrete sleeper in all categories and above the impacts of wooden sleepers.

• Compared to the repaired steel sleepers and to the concrete sleeper, the wooden sleepers cause (sometimes very significantly) the lowest impacts in all impact catego-ries, except in eutrophication. The contributions to eutrophication do not differ signifi-cantly for all sleepers.

4 Schweinle 2000 5 EPA 1999 6 compared to creosote W.E.I. type B, the share of evaporated creosote is reduced from 45% to approximately 5% for creosote grade C (Künniger & Richter 1998)

3 Synthèse

13

• For some impact categories, the avoided emissions from the energetic substitution, i.e. the avoidance of the combustion of fossil fuels due to the thermal utilisation of wood, can be higher than the direct emissions over the life cycle of the wooden sleepers, particularly in the case of climate change (if used for co-generation), but also for the depletion of abiotic resources, for stratospheric ozone depletion or for photosmog.

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Climate change

Depletion of abioticresources

Acidification

Eutrophication

Stratospheric ozonedepletion

Human toxicity

Eco-toxicity freshwater

Marine eco-toxicity

Terrestrical eco-toxicity

Photosmog

Concrete sleeper Steel sleeper, repaired

Beech sleeper, heat recovery Oak sleeper, heat recovery

Figure 2.1: Comparison of the environmental impacts of railway sleepers relative to the impacts of the sleeper made from concrete; heat recovery fort he wooden rail-way sleepers (without the sleeper newly made from steel)

• The environmental impacts of beech and oak wood sleepers do not differ significant-ly. The slightly lower (oven-dry) weight of oak sleepers and the lower insertion of creosote is compensated with a lower heating value per sleeper and accordingly with a lower substitution effect resulting from thermal utilisation and heat recovery.

• Altogether, switching to the use of creosote grade C according to EN 13991, applied according to DIN 68811:2007-01, has led to a very significant decrease of the envi-ronmental impacts of wooden railway sleepers. Under these conditions, the use of creosote now plays a minor role for the ecological profile of wooden railway sleepers.

• The thermal utilisation of wooden sleepers as required by law has turned out to be essential for the favourable environmental characteristics of wooden sleepers.


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-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Concrete sleeper

Steel sleeper, repaired

Beech sleeper

Oak sleeper

kg CO2-eq./year

C storage in wood Energetic substitution Emissions from fossil fuels Figure 2.2: Impacts on climate change of the railway sleepers (without newly produced

steel sleepers; carbon storage in wood, energetic substitution and fossil emis-sions over the life cycle (per year)

• Over their life cycle, wooden sleepers store about as much CO2 as carbon, as green-house gases are released from fossil sources over the life cycle of a sleeper, includ-ing track bed construction and maintenance (Figure 2.2).

• When used consequently for thermal heat recovery – or even preferably in combined heat and power plants – the thermal utilisation of wooden sleepers substitutes for as much CO2 as is released over the entire life cycle of the wooden sleepers, including track bed construction and maintenance. This means that wooden sleepers made from wood from sustainably managed forests are not only C-neutral with regard to biogenic carbon, but also with regard to CO2 from fossil sources.

The following strategies can be derived from the results of this LCA for a further improve-ment of the environmental profile of the sleepers:

• Due to the dominance of the track bed construction and maintenance, every techni-cal measure is suitable for an improvement of the environmental profiles of sleepers that reduce the use of new ballast and its transportation.

• Service life is a decisive factor for the environmental profile of all sleepers. The deve-lopment and implementation of technical possibilities for prolonging service life or for prolonging the intervals for maintenance is a key strategy for further environmental improvements for all sleepers.

• Several process optimizations have reduced successfully the environmental profile of wooden sleepers. Switching to impregnation oil grade C according to EN 13991 and reducing insertion quantities according to DIN 68811:2007-01 as well as the incinera-tion and energy recovery from wooden sleepers resulting from the German ordinance for waste wood are paying off. As a consequence, the environmental impacts from the mounting material have come into the focus of attention. The reduction of steel quantities, an increased reuse of mounting equipment or even the development of mounting equipment more suited for reuse could help to improve the environmental profile of the wood sleepers further.

• For steel sleepers, recovery is still the key strategy. The production of new sleepers from primary steel or even from recycled steel is associated with a worse environ-

3 Synthèse

15

mental profile. Possibilities of reducing steel quantities per sleeper via a change in design could be investigated. Material reductions should, however, not result in a reduced service life.

• Also in the case of concrete sleepers, a reduced use of concrete and reinforcement steel via an adapted design could be investigated. As in the case of steel sleepers, reducing material input should not result in a reduced service life, in a reduced possi-bility for reuse or in higher maintenance intervals. Also the use of recycled concrete as a substitute for gravel could be investigated, at least in a life cycle assessment.

Various sensitivity analyses have been conducted to test the impact of several methodologi-cal decisions and assumptions on the over-all result:

• Steel production and recycling was modelled based on the actual share of recycled steel on the total steel marked, resulting in 37% recycled metal content for steel. As an alternative, the product-specific recycling rate was used, taking into account the recycling efficiency of steel construction products, resulting in a recycled metal con-tent of 85%.

• Swiss electricity mix was used instead of the German electricity mix.

• Carbonatisation of concrete was taken into account as a long-term effect, i.e. the re-absorption of geogenic CO2 emissions originating from the production of clinker,

• Modified assumptions for the impregnation of wooden sleepers: o Mass-based allocation of the coking process, i.e. the coking of 1.38 kg coal is allo-

cated to 1 kg of raw tar (instead of 0.714 kg according to the economic allocation), o Filtering efficiency of the air filters in the impregnation plants are assumed to be

95% (instead of 99%), o Evaporation of 10% of the inserted creosote over the service life is assumed

(instead of 5%). Based on these sensitivity analysis, the results and conclusions of this study can be consid-ered as robust.


16

3 Synthèse

Le présent bilan écologique fournit un calcul de l’impact environnemental lié à l’utilisation de traverses en béton, en hêtre, en chêne ainsi qu’en acier (plusieurs types considérés), assorti d’un comparatif. Les flux de matières et d’énergie sont analysés sur l’ensemble du cycle de vie des traverses: de la fabrication des matériaux principaux et des matériaux de fixation jusqu’au démantèlement et à l’élimination des traverses ou à leur recyclage, en passant par la phase d’utilisation. La réfection des voies – y compris la pose des traverses ainsi que l’entretien des voies et la maintenance – est également prise en compte, dans une certaine mesure, car l’armement varie en fonction du type de traverses. Le comparatif est établi sur la base de l’unité fonctionnelle décrite ci-après:

1 traverse de voie, y compris le matériau de fixation avec, à proportion, la pose du ballast pour une double voie sur une longueur de 63 cm pendant 1 an, en tenant compte de la durée de service moyenne de la traverse.

Le présent bilan écologique a été réalisé en conformité avec les normes internationales EN/ISO 14040 et suivantes ad hoc. Il a ensuite été examiné d’un œil critique par K. Richter, du Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (Empa) à Dübendorf (Suisse), intervenant en qualité d’externe, conformément à la norme EN/ISO 14040, et peut ainsi être utilisé publiquement à des fins de comparaison. Le présent bilan écologique s’adresse:

5. aux décideurs stratégiques qui formulent les concepts directeurs pour les achats;

6. aux décideurs politiques qui posent un certain nombre d’exigences aux exploitants de chemins de fer;

7. aux acheteurs de traverses ferroviaires;

8. aux spécialistes de la fabrication, de la pose et de l’élimination des traverses. Le présent rapport actualise les données du bilan écologique sur les traverses ferroviaires établi par l’Empa en 19987. La mise à jour porte essentiellement sur les éléments suivants:

• Données des processus, en particulier pour les traverses en bois (cf. ci-dessous);

• Utilisation de la base de données ecoinvent 2.0., actualisée en novembre 2007. La présente étude s’intéresse notamment aux processus relatifs à la fabrication du ciment et de l’acier, aux transports, aux mix énergétiques, aux processus d’élimination, etc.

• Utilisation de méthodes d’évaluation actualisées pour toutes les catégories d’impacts. L’accent est notamment mis ici sur les catégories d’impacts relatives à la toxicité pour l’homme et l’environnement. Contrairement à l’étude de l’Empa, ces catégories d’impacts tiennent explicitement compte de la répartition des émissions et de l’exposition à ces dernières (angl. «fate and exposure»). Ceci permet de mieux illus-trer l’impact des pollutions chroniques dans les bilans écologiques.

• Adaptation de l’étude au contexte allemand. L’étude s’appuie ainsi sur le mix énergé-tique allemand, et la durée de maintien en voie des traverses est fonction des spéci-ficités de la Deutsche Bahn.

• Actualisation du calcul des charges d’entretien pour toutes les traverses.

7 Künniger et Richter (1998)

3 Synthèse

17

Les données relatives aux traverses en acier et en béton proviennent en grande majorité de l’étude de l’Empa. Les éventuelles optimisations du processus de fabrication ou de la conception de ces traverses ne sont donc pas prises en compte. On peut toutefois supposer que leur impact sur le bilan écologique est d’une importance secondaire comparé à l’impact des données de base, telles que celles relatives à la fabrication du ciment ou de l’acier. Pour les traverses en bois, les données du bilan écologique ont été actualisées sur l’ensemble du cycle de vie. Ceci a permis d’améliorer la qualité des données de l’étude Empa, qui laissait en partie à désirer, et de prendre en compte des optimisations substan-tielles au niveau des processus. L’actualisation concerne notamment les éléments suivants:

• Bilan des processus sylvicoles pour les hêtres et les chênes, sur la base d’études réalisées par l’université de Hambourg;

• Données relatives à la préparation de créosote et à l’application du processus de distillation, sur la base des données économiques actuelles d’un fabricant;

• Données relatives à l’application du processus de cokéfaction pour la production de goudron brut, sur la base des données économiques actuelles d’une cokerie alle-mande;

• Utilisation exclusive de créosote de type C, conformément à la norme EN 13991;

• Diminution des quantités de créosote injectée, conformément aux données des fabri-cants concernant la mise en application de la norme DIN 68811:2007-01;

• Estimation des émissions pendant la durée de maintien en voie des traverses en bois, sur la base des quantités injectées (données actualisées) et en tenant compte du fait que la créosote de type C selon la norme EN 13991 a nettement moins ten-dance à s’évaporer;

• Utilisation thermique, conforme à la législation, des traverses usagées et exploitation de données actualisées sur les émissions qui en résultent;

• Prise en compte de l’effet de substitution lié à l’utilisation thermique de traverses en bois, autrement dit à la combustion de traverses en bois en lieu et place de sources d’énergie fossiles, sur la base d’examens réalisés en laboratoire pour la présente étude et portant sur le pouvoir calorifique des traverses usagées.

L’illustration 3-1 met en parallèle les différents profils écologiques des traverses étudiées. L’impact environnemental de ces traverses est comparé à celui de traverses en béton. Pour les traverses en bois, on s’appuie sur la valorisation énergétique généralement prati-quée aujourd’hui conformément à l’ordonnance allemande sur le bois usagé. Les valeurs négatives signifient ainsi que la valorisation énergétique des traverses en bois permet non seulement d’éviter la combustion de sources d’énergie fossile mais aussi de réduire de moi-tié les émissions (en effet, les émissions ainsi évitées sont supérieures à celles générées durant le cycle de vie des traverses). A partir du graphique présenté ainsi que des analyses détaillées des profils écologiques des différents types de traverses, les résultats de l’étude peuvent se résumer comme suit:

• De façon générale, le profil écologique de tous les types de traverses est largement fonction de l’impact environnemental des opérations de pose, d’entretien et de maintenance des voies.

• Les nouvelles traverses en acier – toutes catégories d’impacts confondues – ont, de loin, les effets les plus néfastes sur l’environnement. En outre, la recyclabilité de l’acier soulève quelques problèmes.

• Les traverses en acier recyclées, autrement dit réutilisées suite à des travaux de réparation, affichent de meilleurs résultats que les traverses en béton et ce, dans toutes les catégories d’impacts.


18

• Lorsque l’on prend en compte l’utilisation thermique, les traverses en bois affichent de meilleurs résultats que les traverses en acier recyclées et les traverses en béton et ce, dans toutes les catégories d’impacts à l’exception de la eutrophisation. Les effets produits dans la catégorie d’impact eutrophisation par les quatre types de tra-verses étudiés ne présentent pas de différence significative.

• Dans certaines catégories d’impacts (changement climatique, épuisement de ressources abiotiques, destruction de la couche d’ozone stratosphérique et formation d’ozone photochimique), la valorisation énergétique des traverses en bois – substitution aux sources d’énergie fossiles – permet de réduire de moitié les émissions (en effet, les émissions évitées peuvent être supérieures à celles générées directement durant le cycle de vie des traverses).

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Changement climatique

Épuisement deressources abiotiques

Acidification

Eutrophisation

Destruction de la couched'ozone statosphérique

Toxicité humaine

Ecotoxicité (eau douce)

Ecotoxicité (eau salée)

Ecotoxicité terrestre

Formation d'ozonephotochimique

Traverse en béton Traverse récupérée en acier

Traverse en hêtre, récupération de la chaleur Traverse en chêne, récupération de la chaleur

Illustration 3-1: impact environnemental des différents types de traverses par rapport aux traverses en béton; récupération de la chaleur pour les traverses en bois (tra-verses neuves en acier non prises en compte)

• Les profils écologiques des traverses en hêtre sont quasiment identiques à ceux des traverses en chêne.

• A l’heure actuelle, la créosote ne joue plus qu’un rôle secondaire dans le profil éco-logique des traverses en bois, ce qui n’était pas le cas auparavant. Cela est dû à l’utilisation systématique de créosote de type C conformément à la norme EN 13991 et à la réalisation d’injections conformément aux instructions de la norme allemande DIN 68811:2007-01.

3 Synthèse

19

• La valorisation énergétique des traverses, largement pratiquée de nos jours en appli-cation de l’ordonnance allemande sur le bois usagé, a un impact majeur sur le profil écologique des traverses en bois.

• Pendant toute leur durée d’utilisation, les traverses en bois emmagasinent, sous forme de carbone, une quantité de CO2 qui correspond plus ou moins à la quantité de gaz à effet de serre résultant de l’utilisation de sources fossiles (durée totale du cycle de vie, y compris pose, maintenance et entretien des voies), cf. illustration 3-2. Chaque traverse en bois emmagasine près de 132 kg de CO2, ce qui représente sur l’ensemble du réseau ferroviaire allemand pas moins de 3,78 millions de tonnes de CO2.

Illustration 3-2: gaz à effet de serre produits par l’utilisation des traverses considérées (traver-

ses neuves en acier non prises en compte); stockage de carbone, substitution énergétique, quantités de matériaux utilisés (données annuelles)

• Si le potentiel thermique des traverses usagées est utilisé de façon systématique (de préférence sous la forme d’une production combinée de chaleur et d’électricité) en lieu et place de sources d’énergie fossiles, cela permet d’éviter le rejet d’une quantité de CO2 quasi équivalente à celle émise durant tout le cycle de vie des traverses en bois, y compris les opérations de pose et d’entretien des voies. Associée à une ges-tion durable des forêts, l’utilisation de traverses en bois a donc un effet relativement neutre en termes de CO2 (dioxyde biogène et sources fossiles).

A partir du bilan écologique effectué, il est possible d’élaborer des stratégies destinées à optimiser le profil écologique des traverses:

• compte tenu de l’importance des opérations de réfection et d’entretien des voies, toute mesure technique tendant à réduire la consommation ou le transport de nou-veau ballast permettra d’améliorer le profil écologique des traverses.

• La durée de maintien en voie des traverses est un élément déterminant pour le profil écologique de toute traverse. Le développement et la mise en œuvre de solutions techniques visant à allonger la durée de vie des différentes traverses ainsi que leurs intervalles d’entretien revêtent un caractère stratégique dans le cadre de l’optimisation écologique des différents types de traverses.

• Pour les traverses en bois, plusieurs méthodes d’optimisation des processus ont fait leurs preuves. Ainsi le recours au créosote de type C conformément à la norme EN 13991, la réalisation d’injections selon la norme allemande DIN 68811:2007-01 et la valorisation énergétique des traverses en bois – généralement pratiquée en appli-

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Traverse en béton

Traverse en acier, récupéré

Traverse en hêtre

Traverse en chêne

kg CO2-eq./année

Accumulation de C Substitution énergétique Emissions de sources d'énergie fossiles


20

cation de l’ordonnance allemande sur le bois usagé – sont autant de mesures qui portent leurs fruits. L’impact environnemental des quantités relativement importantes de matériaux de fixation a ainsi été porté au premier plan. Une diminution des quan-tités d’acier utilisées, une réutilisation accrue des matériaux de fixation ou le déve-loppement de matériaux plus à même d’être réutilisés pourraient permettre de conti-nuer à améliorer le profil écologique des traverses en bois.

• Pour les traverses en acier, la question du recyclage est toujours au premier plan. La fabrication de traverses à partir d’acier neuf, ou d’acier recyclé, conduit à une dégra-dation du profil écologique. Il pourrait être judicieux de modifier la conception des tra-verses afin de réduire la quantité d’acier requise par unité. Les économies de maté-riaux ne doivent toutefois pas se faire au détriment de la durée de vie des traverses.

• Pour les traverses en béton, l’étude des possibilités de réduction des quantités de béton et d’acier d’armature utilisées par traverse est également au premier plan. Elle impliquerait une modification de la conception des traverses. Ici aussi, les économies de matériaux ne doivent pas se faire au détriment de la durée de vie des traverses ou de leur possibilité de réutilisation. Il pourrait être judicieux d’envisager, ne serait-ce que dans le cadre d’un bilan écologique, le remplacement du gravier par du béton recyclé et concassé.

Suite à différentes analyses de sensibilité, les présents résultats peuvent être considérés comme des conclusions justes, même si les profils écologiques des traverses en acier et des traverses en béton reposent sur des données de processus déjà anciennes. Compte tenu des changements fondamentaux qui affectent les processus techniques et économiques sur tout le cycle de vie des traverses en bois, et grâce à la disponibilité de données actualisées sur les émissions générées par l’imprégnation à la créosote, l’utilisation et la valorisation énergétique des traverses en bois, les résultats de l’étude Empa peuvent être considérés comme obsolètes, du moins pour l’Europe centrale.

4 Ausgangslage, Zieldefinition und Durchführung

21

4 Ausgangslage, Zieldefinition und Durchführung

Im Jahr 1998 wurde an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) Dübendorf eine Ökobilanz von Bahnschwellen erstellt8. Darin wurden in verschiede-nen Varianten Holz-, Beton- und Stahlschwellen hinsichtlich ihrer Umweltwirkungen vergli-chen. Wegen des damals eingesetzten Imprägnieröls W.E.I. Typ B sowie z.T. fehlender energetischer Endnutzung der Holzschwellen schnitt die Holzschwelle in diesem Vergleich weniger gut ab als erwartet. Aufgrund der heute grundsätzlich anderen Ausgangslage – ausschließliche Verwendung von Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 mit den entsprechenden Einbringmengen nach DIN 68811 „Imprägnierung von Eisenbahnschwellen aus Holz mit Kreosot“ sowie der durchgän-gig energetischen Endnutzung der Holzschwelle – kann davon ausgegangen werden, daß sich das ökologische Profil der Holzschwelle deutlich verbessert hat. Auch erlauben methodische Weiterentwicklungen bei den Bewertungsmethoden der Human- und Ökotoxizität in Ökobilanzen, diese in der damaligen Studie für Holzschwellen kritischen Umweltwirkungen sachgemäßer abzubilden. Vor diesem Hintergrund erschien es angezeigt, die Ökobilanz für Holzschwellen an die neuesten Entwicklungen anzupassen, wobei neu der Bezugsraum Deutschland gewählt wurde. So wurden die Daten der Empa-Ökobilanz von Eisenbahnschwellen an die neuesten Ent-wicklungen bei der Holzschwelle angepaßt und die Ökobilanzdaten für alle Schwellen aktua-lisiert. Die Daten für die Neuberechnung der Ökobilanz der Holzschwellen wurden von Mit-gliedern der Studiengesellschaft Holzschwellenoberbau e.V. zur Verfügung gestellt. Verglichen wurden in dieser Studie die Umweltwirkungen jeweils einer neuen Beton-, Buchenholz-, Eichenholz- und Stahlschwelle über den gesamten Lebenszyklus. Berücksich-tigt wurden dabei sämtliche Vorstufen, die Herstellung der Schwellen sowie Befestigungs-materialien, der Gleisbau, die Nutzung, die Entsorgung und die Transporte. Bei den Stahl- und Betonschwellen wurden mehrheitlich die Eingabedaten aus der EMPA-Studie verwendet. Abklärungen bei mehreren Firmen aus den Bereichen Gleistechnik und Entsorgung ergaben, daß sich die Prozeßdaten sowie die Art der Verwendung und Entsor-gung dieser Schwellen in den letzten Jahren nicht wesentlich geändert haben. Diese Untersuchung konzentrierte sich auf den Einsatz von Schwellen in vorwiegend vom Güterverkehr genutzten Strecken, dem Haupteinsatzgebiet von Holzschwellen. Dabei wur-den die Verhältnisse der Deutschen Bahn zugrunde gelegt. Zur Modellierung der Umweltwirkung der vor- und nachgelagerten Prozesse wurde die Öko-bilanzsoftware SimaPro mit der aktuellen Version der LCI Datenbank ecoinvent 2.0 (veröf-fentlicht Nov. 2007) verwendet. Die in dieser Studie erhobenen Daten dienen der Analyse der einzelnen Materialketten, bie-ten jedoch auch die Grundlage für einen materialübergreifenden Vergleich. Die Studie hat zum Ziel:

• basierend auf aktuellen Zahlen ein ökologisches Profil der untersuchten Schwellen zu erstellen,

8 Künniger und Richter (1998)


22

• aus Umweltsicht relevante Prozesse zu identifizieren und damit weiteres ökologi-sches Verbesserungspotential aufzuzeigen, und

• materialienübergreifend die Umweltwirkungen der untersuchten Schwellen zu verglei-chen.

Ferner hat in den letzten Jahren das Thema Klimaschutz stetig an Bedeutung gewonnen. Holzschwellen haben hier – wie andere Holzprodukte9 – eine ausgezeichnete Ausgangslage, da Holzprodukte in der Regel mit weniger fossilen Energieträgern hergestellt werden, selber CO2 im Holz speichern und bei einer energetischen Endnutzung weiter fossile Energieträger ersetzen können. Angelehnt an die Resultate der aktualisierten Ökobilanz werden deshalb die Treibhausgaswirkung der Holzschwellen im Vergleich zu Beton- und Stahlschwellen dokumentiert. Dieser Ökobilanz richtet sich an:

1. Strategische Entscheidungsträger, welche Leitbilder für den Einkauf von Gleisbaumaterialien formulieren

2. Politische Entscheidungsträger, welche Forderungen an die Betreiber von Bahnen stellen,

3. Einkäufer von Eisenbahnschwellen,

4. Fachpersonen aus den Bereichen Herstellung, Verlegung und Entsorgung von Schwellen.

Diese Ökobilanz wurde gemäß ISO 14040ff durchgeführt. Die Konformität mit EN/ISO 14040ff wurde in einer unabhängigen, externen Kritischen Prüfung von Herrn Dr. K. Richter, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa), Dübendorf (CH) bestätigt. Die Studie kann somit öffentlich für Vergleiche verwendet werden.

9 Werner, Taverna et al. 2006; Werner und Richter 2007

5 Funktionale Einheit, Systemgrenze, Randbedingungen

23


5.1 Funktionale Einheit

Als funktionale Einheit für den Vergleich pro Schwelle wird betrachtet:

1 Gleisschwelle inkl. Befestigungsmaterial plus anteilmäßig der Aufbau eines zwei-gleisigen Gleisbettes über eine Länge10 von 63 cm über 1 Jahr, bezogen auf die mittlere Einsatzdauer der Schwelle.

Folgende Ausführungen werden betrachtet:

Holz

Buchenholzschwelle, imprägniert (Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991)

Eichenholzschwelle, imprägniert (Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991)

Beton

Monoblockschwelle, vorgespannt

Stahl

Neu aus unlegiertem Baustahl (Profile) bzw. regeneriert aus alten Stahlschwellen Dabei wird von folgenden Einsatzdauern der Schwellen ausgegangen11:

Holzschwellen: 30 Jahre

Betonschwelle: 35 Jahre

Stahlschwelle: 30 Jahre Details zu bilanzierten Schwellentypen inkl. Oberbau finden sich in den Kapiteln zu den ein-zelnen Schwellentypen. Beim Gleisbett wird vom Material einer Spur in einem zweigleisigen Gleisbett ausgegangen. Dabei werden in Übereinstimmung mit Künniger und Richter (1998) nur die Fundations-schicht aus Kies sowie das eigentliche Schotterbett betrachtet12. Details zu Umbau und War-tung des Gleisbettes sowie zum Verlegen der Schwellen sind für alle Schwellenarten in den entsprechenden Kapiteln beschrieben. Beim Verlegen von Schwellen in engen Kurven werden bei Holz- und Stahlschwellen teil-weise Sicherungskappen verwendet, um ein seitliches Verschieben der Schwellen zu ver-hindern. Dies ist bei einem Materialaufwand von ca. 7 kg Stahl gemäß Künniger und Richter (1998) bei 2.4% der Holzschwellen und 1.8% der Stahlschwellen der Fall. Betonschwellen können in solchen Kurven nicht verlegt werden. Aus Gründen der Vergleichbarkeit und der geringen prozentualen Mengen werden die Aufwendungen für die Sicherungskappen ver-nachlässigt.

10 Regelabstand von Mitte Schwelle zu Mitte nächste Schwelle, gemäß SBB Reglement R 222.11; 01.10.1993 11 entsprechend der mittleren Einsatzdauer im Hauptgleis 1 gemäß Angaben der SBB Baudirektion, zitiert nach Künniger und Richter (1998); Lebensdauer der Holzschwelle gemäß Angaben der Deut-schen Bahn 12 der Unterbau wird dabei, ausgenommen die Fundationsschicht, vernachlässigt: je nach Topogra-phie, Beschaffenheit und Belastung des Untergrundes muß die Struktur des Unterbaus angepaßt wer-den. Teilweise können Unterbau-Schichten auch fehlen. Weil der Unterbau nicht von der Materialart der Schwelle abhängt, wird er nicht in die Bilanzierung einbezogen.


24

5.2 Systemgrenze, Randbedingungen

Betrachtet werden die Umweltwirkungen des gesamten Lebenszyklus einer Schwelle von der Gewinnung der Hauptmaterialien, der Herstellung und Verlegung der Schwelle, des Gleisbaus und des Gleisunterhaltes bis hin zur Entsorgung bzw. Verwertung der Schwellen und des Gleisbettes. Dabei werden sämtliche Materialien und Energieträger bis zu deren Entnahme aus der Umwelt zurückverfolgt; Abfallfraktionen werden soweit verfolgt, bis sie entweder dauerhaft in der Umwelt eingelagert sind oder als Emissionen wieder in die Umwelt gelangen. Rezykliertes Material wird grundsätzlich mit dem ‚cut-off’ approach modelliert. Bei diesem Ansatz wird davon ausgegangen, daß der Sammel- und Aufbereitungsaufwand des Recyc-lingmaterials mit dem Aufwand der Gewinnung von Primärmaterial gleichzusetzen ist. In Übereinstimmung mit dem ‚cut-off approach’ wird also als Ende des Lebenszyklus bei allen Schwellen der Rückbau der Schwellen inkl. Rücktransport der Schwellen mit der Bahn zu einem Lagerplatz angenommen. Bei den Holzschwellen läßt sich aufgrund der gegenwärtigen Umbrüche in der Politik der EU zu erneuerbaren Energieträgern die Systemgrenze nicht eindeutig festlegen: gelten behan-delte Altschwellen nach heutigem Recht – siehe dazu Anhang A.1 – als Abfall, so können mit Imprägnieröl behandelte Schwellen aufgrund des erhöhten Heizwertes für den Anlieferer doch oft kostenneutral der energetischen Verwertung zugeführt werden. Deshalb wird bei den Holzschwellen über das obige Szenario hinausgehend betrachtet, wie sich der Einbezug der energetischen Nutzung von Altschwellen auf das Ökoprofil auswirkt (für Details, siehe Kapitel 6.4.2). Die Wiederverwendung von Schwellen spielt in Deutschland eine untergeordnete Rolle und wird heute nur bei 10% bis 20% der ausgebauten Betonschwellen praktiziert13. Der Einfluß der Wiederverwendung von Betonschwellen wird deshalb in einer Sensitivitätsbetrachtung berücksichtigt14. Im Sinne einer Sensitivitätsbetrachtung werden beim Stahlrecycling sowohl der gegenwärti-ger Anteil an Primärstahl am Gesamtkonsum (63% Primärstahl)15 als auch der Anteil Primär-stahl unter Berücksichtigung der Recyclingeffizienz von Stahl im Sinne eines closed-loop Recyclings (15% Primärstahl)16 betrachtet. Bei allen explizit in dieser Studie modellierten Prozessen wird der deutsche Strommix gemäß ecoinvent 2.0 (2007) verwendet. Bei den Hintergrundprozessen wird mehrheitlich mit Euro-päischem Strommix gerechnet. Die Allokation der Forstprozesse auf verschiedene Holzsortimente in Schweinle (2000) erfolgt volumenbezogen; die Allokation der Kokereiprozesse zu den verschiedenen Ko-pro-dukten erfolgt nach Anteil am Gesamterlös. Die Zuliefertransporte von den Vorlieferanten zum Schwellenhersteller sind aus Künniger und Richter 1998) übernommen. Sie sind in den entsprechenden Kapiteln zu den einzelnen Schwellen spezifiziert. Die Transporte in den Vorketten und aus der Entsorgung sind in den verwendeten generischen Daten bereits verrechnet.

13 Mündliche Auskunft, Beschaffung Oberbaumaterial, Hr. Holger Jäger 14 In der Schweiz ist es laut SBB Reglement grundsätzlich möglich, alle Schwellentypen in Neben-gleisen - Gleisen mit reduzierter Belastung - wiederzuverwenden. Dies wird aber nur in Einzelfällen tatsächlich praktiziert, so in einem konkreten Fall mit Schwellen aus einem Baugleis, mündliche Mit-teilung, SBB, Herr B. Müller 15 Quelle: ecoinvent 2.0 16 eigene Abschätzung basierend auf Künniger und Richter (1998)


25

Einheitlich wurde für alle untersuchten Schwellentypen folgende Transportdistanzen fest-gelegt:

Schwellenproduktion zu Einbauort 100 km mit der Bahn

Rückbau der Schwelle 100 km mit der Bahn

Antransport des Schotters und des Kieses 60 km mit der Bahn

Rückbau des Schotters und des Kieses 60 km mit der Bahn Es gilt zu beachten, daß in der für die Modellierung der Hintergrundprozesse verwendeten LCI-Datenbank die Umweltwirkung der Infrastruktur (z.B. die Materialien zur Erstellung der Raffinerie) grob mitberücksichtigt ist. In den verwendeten und aktualisierten Empa-Modulen sowie in den neu erstellten Modulen ist die Infrastruktur nicht inbegriffen. Sämtliche (Hintergrund-) Prozesse, die für diese Studie basierend auf ecoinvent 2.0 erstellt, aber in diesem Bericht nicht ausgeführt sind, sind im 2. Berichtteil als eigener Annex zu die-ser Studie dokumentiert.

5.3 Datenqualität

Die Daten für die Herstellung der Holzschwellen wurde von Mitgliederfirmen der Studien-gesellschaft Holzschwellenoberbau e.V erhoben und zur Verfügung gestellt. Emissionsdaten aus der Imprägnierung, Nutzung und energetischen Verwertung von Holzdaten wurden aus Literaturdaten hergeleitet. Die Prozeßdaten für die Beton- und die Stahlschwelle wurden aus Künniger und Richter (1998) übernommen. Dies gilt auch für die Daten zu Gleisbau, -unterhalt und -entsorgung. Für die Modellierung der Vorketten und der Entsorgungsprozesse wurde die international anerkannte, aktuelle Version der LCI-Datenbank ecoinvent 2.0 (veröffentlicht November 2007) verwendet. Die Datensätze dieser Datenbank sind nach strengen Qualitätsrichtlinien erhoben und sind für die wichtigsten Prozesse in dieser Studie – Beton, Stahl, Transporte, Stromerzeugung – aktuell und repräsentativ. Somit bilden die Berechnungen in technologischer Hinsicht eine fallspezifische Betrachtung für Deutschland bzw. Mitteleuropa um das Jahr 2007 ab. Insgesamt kann die Datenqualität der für die zentralen Prozesse benutzten bzw. erhobenen Daten zu Material- und Energieflüssen sowie der zugeordneten Ökoinventare für die Holz-schwelle als gut bis sehr gut bezeichnet werden. Die Datenlage zu den Emissionen aus den Holzschwellen ist befriedigend. Die Daten zu den Stahlschwellen und zur Betonschwelle stammen aus einer älteren Studie und spiegeln Schweizer Produktionsverhältnisse wieder. Dadurch ist die Vergleichbarkeit der Schwellen nur bedingt gegeben. Der Einfluß relevanter Annahmen wird im Diskussionsteil erläutert.

5.4 Bewertungsmethodik

In dieser Studie wird die Auswirkungsorientierte Klassifikation, oder CML-Methode17 verwen-det. Diese Methode erfüllt die Anforderungen von ISO 14040 und kann als nicht vollaggre-gierende Methode für Benchmarking verwendet werden. Diese Methode klassifiziert alle in der Sachbilanz ausgewiesenen Umweltwirkungen hinsicht-lich ihrer Wirkung auf Wirkungskategorien (oder “Umweltprobleme”). So werden zum Bei-

17 Guinée, Gorrée et al. (2002)


26

spiel alle treibhauswirksamen Emissionen zur Wirkungskategorie Treibhauseffekt zusam-mengefaßt, wobei die einzelnen Emissionen in Bezug auf die Leitemission CO2 gewichtet werden:

∑ ×=

i

ii sfaktorGewichtungMengeEffektwert

In dieser Studie werden die folgenden Wirkungskategorien basierend auf Guinnée et al. (2001) ausgewiesen (Tabelle 5-1):

Tabelle 5-1: Betrachtete Wirkungskategorien der CML-Methodik

Wirkungskategorie Einheit

Klimawandel kg CO2-Äq. Verbrauch abiotischer Ressourcen kg Sn-Äq. Ozonabbau kg CFC 11-Äq. Humantoxizität kg 1,4 DB-Äq. *) Ökotoxizität (Süßwasser) kg 1,4 DB-Äq. *) Ökotoxizität (Salzwasser) kg 1,4 DB-Äq. *) Terrestrische Ökotoxizität kg 1,4 DB-Äq. *) Sommersmog kg C2H4 Äq. Versauerung kg SO2-Äq. Überdüngung kg PO4-Äq.

*) Di-Chlorobenzen Zusätzlich zu diesen Wirkungskategorien werden folgende Parameter der Sachbilanz aus-gewiesen (Tabelle 5-2 und Tabelle 5-3). Diese Parameter entsprechen den Indikatoren, wie sie von den zur Zeit in der Vernehmlassung befindlichen ‚Produktgruppenregeln für Umwelt-deklarationen von Bauprodukten’18 (CEN TC 350) gefordert sind. Die Charakterisierungs-faktoren für diese Summenparameter sind im 2. Berichtteil zu dieser Studie aufgeführt.

Tabelle 5-2: Indikatoren für den Ressourcenverbrauch

Indikatoren für den Ressourcenverbrauch Einheit

Verwendung erneuerbarer Materialressourcen Kg Verwendung nicht-erneuerbarer Materialressourcen19 Kg Verwendung erneuerbarer Energieträger MJ Verwendung nicht-erneuerbarer Energieträger MJ

Bei den Abfällen werden nur die radioaktiven Abfälle auf Sachbilanzebene ausgewiesen, da diese Abfälle und ihre Langzeitwirkung aus unterirdischen Lagerstätten bis heute nicht in Wirkungskategorien abgebildet werden können. Bei allen anderen Abfallkategorien wird in den verfügbaren Datenbanken nicht sauber getrennt zwischen Abfällen, die direkt beim Her-steller oder Verwender anfallen und denjenigen Abfallmengen, die aus der Verwertung/ Ent-sorgung dieser Abfälle entstehen. Dieses Problem ist auch in CEN TC 350 noch nicht gelöst, weshalb hier auf die Darstellung weiterer Abfallkategorien verzichtet wird.

Tabelle 5-3: Summenparameter für radioaktive Abfälle

Indikatoren für Abfälle Einheit

Radioaktive Abfälle kg Zur Information werden weitere Abfallkategorien in Annex 4 ausgewiesen.

18 PrEN 15804 (WI 00350004):2008 19 die Verwendung des Indikators „Verbrauch nicht-erneuerbarer Materialressourcen“ ist innerhalb CEN TC 350 umstritten; der vorgeschlagene Knappheitsindikator basierend auf Fe-Äquivalent ist aber noch in Entwicklung und z.Z. nicht in SimaPro implementiert.

6 Holzschwelle

27

6 Holzschwelle

6.1 Herstellung

Holzschwellen werden im Europäischen Schienennetz seit seiner Entstehung eingesetzt. Heute kommen für Weichenschwellen vorwiegend Eichenholz, für die Gleisschwellen sowohl Eichenholz als auch Buchenholz zum Einsatz. Holz ist ein natürlicher Werkstoff und wird durch Mikroorganismen biologisch abgebaut. Durch eine Imprägnierung der Schwellen mit Imprägnieröl auf Teerölbasis kann dieser Abbau für einen langen Zeitraum verhindert bzw. vermindert werden. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer von Holzschwellen um ein Vielfaches.

Abbildung 6-1: Holzschwelle inkl. Befestigungsmaterial (Quelle: Deutsche Bahn)

Legende: 2 Holzschwelle; 4 Rippenplatte; 5 Schwellenschraube; 6 doppelter Federring; 7 Spannklemme; 8

Hakenschraube; 9 Unterlagsscheibe; 10 Zwischenlage In dieser Studie werden sowohl eine Schwelle aus Buchenholz sowie eine Schwelle aus Eichenholz mit den Abmessungen 16 x 26 x 260 = 0,1081 m³ mit KS-Oberbau bilanziert. Beide Schwellen werden mit Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 und in der Praxis ver-wendeten Einbringmengen basierend auf DIN 68811:2007 behandelt.

6.1.1 Mechanische Bearbeitung der Schwellen

Das Buchen- und Eichenrundholz20 wird aus den Wäldern der Region antransportiert, als erstes in 2.7 m lange Stücke zersägt und danach eingeschnitten. Nach dem Vereinzeln der Schwellen werden diese auf ihre endgültige Länge gesägt. Bei all den bisher genannten Arbeitsschritten fällt Restholz in Form von Stückholz, Schwarten, Seitenware usw. an, das teilweise als Brennholz in Feuerungen der Firma (Heizung, Erwärmung des Teeröls) einge-setzt oder als Industrieholz weiterverkauft wird. Das als Industrieholz weiterverkaufte Rest-holz tritt aus dem Bilanzrahmen aus. Um ein Aufreißen der Schwellen an den Hirnflächen während der Trocknung zu verhindern, wird an jeder Hirnfläche der Buchenholzschwelle eine verzinkte Stahlplatte (Antisplitt, Reiß-schutzplatte) angebracht. Bei den Eichenschwellen werden normalerweise keine Reiß-schutzplatten montiert. Bei 4.5% aller Schwellen muß zusätzlich noch ein Schwellenband aus Stahl (0.213 kg/Stk) montiert werden. Anschließend werden die Schwellen im Freien gestapelt und so ca. 1 Jahr luftgetrocknet. Nach der Trocknung wird die durch das Schwinden des Holzes hervorgerufene Verformung

20 bilanziert nach Schweinle (2000) pro t atro, inklusive Rinde


28

der Schwellen gemessen. Die für den Gleisbau untauglichen Schwellen werden aussortiert (ca. 3 %). Dieses Holz wird als Industrieholz oder für Feuerungszwecke weiterverwendet.

Tabelle 6-1: Mechanische Bearbeitung der Buchenschwelle (pro Schwelle, inkl. Aufplattung)

Inputs/Outputs

Einheit Menge Menge an Schwelle

Transport [km]

Transport-mittel

Modellierung in SimaPro

* = eigener Prozeß

Materialien

Buchenholz ü.R.21 (680 kg/m3)

m3 0.225 0.108 70 LKW * Buche Stammholz mit Rinde, frei Waldweg

Stromverbrauch kWh 5.170 - - - Strom Mittelspannung – Bezug in DE Dieselverbrauch Stapler MJ 6.11 - - - Diesel in Baumaschine Schmierstoffe kg 0.022 - v. v. Schmieröl, ab Werk Antisplitt (Stahl, verzinkt) kg 0.3 0.3 500 * Stahl für Schwellen, unlegiert m2 9.75E-3 - - - Stückverzinkung m2 -0.877 - - - Stückverzinkung, Korrektur pro um 22 Schwellenband kg v. v. v. v. - Transporte

Zulieferung Buchenholz (u= 70%)23

tkm 18.2 -. - - Transport., LKW >32t, EURO4/RER

Output

Buchenschwelle, mechanisch bearbeitet

Stk 1 - - - * HS Herstellung (Buche)

Restholz inkl. Rinde m3 0.117 - - - - * Buche Stammholz mit Rinde, frei Waldweg

Abwärme in Luft MJ 18.6 - - - Emission in Luft: Abwärme v. vernachlässigt da nicht relevant

Tabelle 6-2: Mechanische Bearbeitung der Eichenschwelle (pro Schwelle, inkl. Aufplattung)

Inputs/Outputs


Transport [km]

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien

Eichenholz ü.R.24 (650 kg/m3)

m3 0.257 0.108 90 LKW * Eiche Stammholz mit Rinde, frei Waldweg

Stromverbrauch kWh 5.170 - - - Strom Mittelspannung – Bezug in DE Dieselverbrauch Stapler MJ 6.11 - - - Diesel in Baumaschine Schmierstoffe kg 0.022 - v. v. Schmieröl, ab Werk Schwellenband kg v. v. v. v. - Transporte

Zulieferung Eichenholz (u= 70%)25

tkm 25.6 - - - Transport., LKW >32t, EURO4/RER

Output

Eichenschwelle, mechanisch bearbeitet

Stk 1 - - - * HS Herstellung (Buche)

Restholz inkl. Rinde m3 0.149 - - - - * Eiche Stammholz mit Rinde, frei Waldweg

Abwärme in Luft MJ 18.6 - - - Emission in Luft: Abwärme v. vernachlässigt da nicht relevant Die für den Gleisbau geeigneten Schwellen werden dann mechanisch weiterbearbeitet. So werden durch Querhobeln planparallele Auflagen für die Rippenplatten geschaffen sowie die

21 Rohdichte darrtrocken: 0.64 – 0.72 nach Sell (1997) 22 gemäß DIN 68811:2007 wird ein beidseitiger Zinkauftrag von 300gr/m2 gefordert, was einer Schicht-dicke von rund 20υm entspricht; die Module „Stückverzinkung“ geht von einer beidseitigen Schicht-dicke von 65υm aus, weshalb eine Korrektur um zweimal 45υm erforderlich ist 23 gemäß Schweinle (2000) 24 Rohdichte darrtrocken: 0.60 – 0.70 nach Sell (1997) 25 gemäß Schweinle (2000)

6 Holzschwelle

29

Löcher für die Schrauben vorgebohrt. Insgesamt wird bei der Buchenschwelle von 48% Ausnutzung, bei Eichenschwellen von 42% Ausnutzung pro Festmeter ausgegangen. Die Daten für die Herstellung der rohen Holzschwellen wurden von der Firma Karl Richtberg GmbH & Co. KG erhoben und zur Verfügung gestellt.

6.1.2 Herstellung von Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991

Imprägnieröl (Kreosot) wird durch die Destillation von Hochtemperaturteer (Kokereiteer) her-gestellt, der bei der Verkokung von Steinkohle als zähe schwarze Flüssigkeit entsteht: unter Ausschluss von Luft in geschlossenen Gefäßen auf 650 bis 800 °C erhitzt, zersetzt sich die Kohle in folgende Produkte:

• Koks • Teer (Rohteer) • Kokereigas

• Rohbenzol • Reinschwefel oder Schwefelsäure • Ammoniumsulfat (selten)

Je nach Zusammensetzung der eingesetzten Kohle und je nach Verkokungsprozeß können die Anteile der Koppelprodukte variieren. Der Anteil des Rohteers liegt jeweils zwischen 3 % und 4 %. Gemäß den Angaben einer deutschen Kokerei generiert der Verkauf des Teers etwa 2.5% des gesamten Erlöses der Kokereiprodukte26,27. Der Steinkohleteer wird nun destillativ aufgearbeitet. Das Zielprodukt dieser Aufbereitung ist das Steinkohleteerpech, welches ca. 50% der gesamten Produktmenge darstellt. Die restli-chen 50% teilen sich auf diverse Ölprodukte auf, wobei Russrohstoff den überwiegenden Anteil ausmacht. In einigen Rohteerdestillationen wird Kreosot als weiteres Produkt herge-stellt28. Der Anteil an der Einsatzmenge beträgt meist 5-8 %. Die Herstellungsroute unter-scheidet sich je nach Verarbeiter. Die folgenden Angaben wurden von der Firma Rütgers Chemicals GmbH erhoben und zur Verfügung gestellt (Tabelle 6-3).

Tabelle 6-3: Herstellung von Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991

Inputs/Outputs

Einheit Menge Menge in Imprä-gnieröl

Transport [km]

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien

Verkokung Steinkohle29 Kg 0.714 1.00 250 LKW * Steinkohle in Kokerei Nutzenergie MJ 2.088 - - - Nutzwärme, Erdgas, ab Industrie-

feuerung, LowNOx>100kW“ Strombedarf MJ 0.234 - - - Strom Mittelspannung - Bezug in DE Kühlwasser m3/h 90 - - - - Prozeßwasser Kg 0 - - - - Transporte

Anlieferung Teer Tkm 0.25 - - - Transport., LKW >32t, EURO4 Output

Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991

Kg 1 - - - * Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991

Abwärme in Luft MJ 0.234 - - - Emission in Luft: Abwärme NMVOC in Luft Kg 0.0205 - - - Emission in Luft: NMVOC Kühlwasser m3/h 90 - - - - Prozeßabwasser 30 m3 0 - - - -

26 Abschätzung für das Jahr (2007; persönliche Mitteilung der Zentralkokerei Saar GmbH 27 einem kg Steinkohleteer wird die Verkokung von 2.5kg/3.5kg= 0.714 kg Verkokung/kg Rohteer allo-ziert 28 der Aufwand für die Destillation des Teers wird nach Masse alloziert; die Allokationsfaktoren nach Masse, Energieinhalt oder Erlös unterscheiden sich nicht signifikant (persönliche Mitteilung, Hr. Leve-ring, Rütgers Chemicals GmbH) 29 gemäß ökonomischer Allokation der Verkokung, siehe Text 30 im Gegensatz zu Künniger und Richter (1998) werden keine Abwasserfrachten ausgewiesen, da diese erst nach der Behandlung in einer Kläranlage umweltwirksam werden, was im entsprechenden Modul berücksichtigt ist


30

Tabelle 6-4 zeigt die Spezifikation des Imprägnieröles Typ C gemäß EN 13991 (Teeröl mit verringerter Verdunstungsneigung)31.

Tabelle 6-4: Spezifikation von Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 (Quelle: WHO 2004)

Kenndaten Typ C

Dichte 20/4°C (g/ml) 1.03-1.17 Wassergehalt (vol. %) vor Verwendung während Verwendung

max. 1 max. 3

Kristallisationstemperatur (°C) max. 50 Wasserextrahierbare Phenole (%) max. 3 Siedeverlauf (vol. %) Destillat bis 235 °C Destillat bis 300 °C Destillat bis 355 °C

- max. 10 % 65-95 %

Unlösliche Bestandteile vor Verwendung während Verwendung

max. 0.4 max. 0.6

Benzo(a)pyren Gehalt (ppm) max. 50 Flammpunkt (°C) min. 61

6.1.3 Imprägnierung

Nachdem alle mechanischen Bearbeitungsschritte vollzogen sind, werden die Schwellen mit Imprägnieröl Typ C gemäß EN 1399 und Einbringmengen nach DIN 68811:2007 impräg/-niert. Dabei wird bei Buchenholz das Doppel-Rüping-Verfahren (Teerölaufnahme: 130±20 kg/m3), bei Eichenholz das Rüping-Verfahren (Teerölaufnahme: 35±15 kg/m3) angewendet. Die Temperierung des Teeröles mittels Dampf auf ca. 120º C erfolgt dabei in den unter-suchten Betrieben mittels Restholz- oder Gasfeuerung32. Die gesamte Imprägnieranlage kann als geschlossenes System betrachtet werden. Trotz-dem können während verschiedener Prozeßschritte VOCs emittiert werden, darunter aus den frisch imprägnierten Schwellen, beim Aufbau des Vakuums zur Konditionierung bzw. zur Rückgewinnung überschüssigen Teeröls sowie durch die Luftverdrängung beim Beladen des Imprägnierkessels33. Die Datenlage zu diesem Emissionen ist sehr eingeschränkt; deshalb wird auf Literaturdaten zurückgegriffen. Die U.S. Environmental Protection Agency (EPA) hat für alle Industriesektoren und Prozesse Emissionsfaktoren erarbeitet, darunter auch für die Imprägnierung von Holz. Die Emissionen werden dabei wie folgt berechnet:

−××=

100

Re__1___

ssnahmenduktionsmaderEffizienziaktorEmissionsfMengeeEingesetztiEmission

Die Emissionsfaktoren für die Imprägnierung von Holz mit Kreosot sind in Tabelle 6-5 zusammengestellt. Die Emissionsfaktoren EF1 entsprechen einem Imprägnierzyklus ohne Emissionskontrolle und ohne Konditionierung der Schwelle unter Vakuum (Boulton-Prozeß); die Emissionsfaktoren EF2 entsprechen einem Imprägnierzyklus ohne Emissionskontrolle und mit Konditionierung der Schwelle. In Mitteleuropa wird üblicherweise keine Konditionie-rung der („grünen“) Schwelle durchgeführt.

31 für eine detaillierte Analyse der Zusammensetzung von Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991, s. Kohler, Künniger et al. (2000) 32 oft wird auch Restholz verwendet 33 gemäß EPA (1999)

6 Holzschwelle

31

Tabelle 6-5: Emissionsfaktoren für die Imprägnierung von Holz mit Imprägnieröl (Quelle EPA (1999)

Emission CAS-Nr. EF1 EF2

NMVOC 7.4 x 10-4 5.8 x 10-3 Acenaphthen 83-32-9 6.3 x 10-7 9.9 x 10-6 Acenaphthylen 208-96-8 1.7 x 10-6 2.8 x 10-5 Anthracen 120-12-7 1.6 x 10-8 1.3 x 10-7 Benzo(a)anthracen 56-55-3 1.7 x 10-8 1.3 x 10-7 Benzo(b)fluoranthen 205-99-2 1.6 x 10-8 1.3 x 10-7 Benzo(k)fluoranthen 207-08-9 6.0 x 10-9 4.8 x 10-8 Benzo(a)pyren 50-32-8 8.2 x 10-9 6.5 x 10-8 Carbazol 86-74-8 3.6 x 10-7 2.9 x 10-6 Chrysen 218-01-9 8.4 x 10-9 6.7 x 10-8 Dibenzofuran 132-64-9 1.8 x 10-6 3.5 x 10-5 Fluoranthen 206-44-0 8.6 x 10-8 6.8 x 10-7 Fluoren 86-73-7 7.8 x 10-8 3.9 x 10-6 Naphthalin 91-20-3 4.6 x 10-6 7.9 x 10-5 Phenanthren 85-01-8 2.8 x 10-7 1.9 x 10-6 Pyren 129-00-0 7.3 x 10-8 5.8 x 10-7

Bemerkung: es wird nicht nach verschiedenen Qualitäten von Imprägnieröl unterschieden Das mit Erdgas befeuerte Imprägnierwerk ist mit einer technischen Abluftverbrennung aus-gestattet, die während des Imprägniervorgangs dreimal durchgeführt wird: beim Befüllen des Imprägnierkessels, beim zweiten Befüllen und vor dem Öffnen nach abgeschlossenem Imprägniervorgang. Für diese Art der technischen Abluftverbrennung weist EPA (1999) eine Effizienz der Emissionsreduktion für VOC von über 99% aus. Das entstehende Abwasser wird aufgearbeitet und im Produktionsprozeß wieder verwendet. Das zweite Werk setzt zur Herstellung der thermischen Energie Restholz aus der Schwellen-produktion ein. Die entsprechenden Emissionen sind ecoinvent 2.0 entnommen. Das ausgewiesene Kühlwasser wird aus dem eigenen Brunnen bezogen und anschließend wieder versickert. In diesem Betrieb wird sämtliche Abluft, die vor allem während der Vakuumphase entsteht, über eine Kühlung (Niederschlag Parafin) in eine Aktivkohlereinigungsanlage für Abluft gelei-tet. Dabei werden die Grenzwerte der geltenden TA Luft eingehalten. Angaben zum Wir-kungsgrad der Anlage sind nicht bekannt. Aufgrund der Ausführungen eines Herstellers von Aktivkohlefiltern34 wird ebenfalls von einer Effizienz der Reduktionsemission für VOC von 99% ausgegangen. Die gesättigten Aktivkohlefilter werden thermisch entsorgt. Das Imprägnierabwasser wird in zwei großen Tanks beruhigt. Das Öl setzt sich dabei ab und wird wieder dem Imprägnierprozeß zugeführt. Das verbleibende Abwasser wird über eine dreistufige Aktivkohlereinigungsanlage gefiltert, beprobt und dem öffentlichen Abwasserka-nal zugeführt. Die verbrauchten Aktivkohlefilter werden thermisch entsorgt. Die entsprechenden Daten wurde von Firmen Karl Richtberg GmbH & Co. KG und vom Imprägnierwerk Wülknitz GmbH erhoben und zur Verfügung gestellt. Die Daten für die Luft-emissionen sind gemäß EPA (1999) berechnet.

34 „in der Regel gibt es keine bedeutenden Restemissionen bei Aktivkohlefiltern“, persönliche Mitteilung von Dr. Christian Gut, GUT Gesellschaft für Umwelttechnologie mbH, Friedberg (D)


32

Tabelle 6-6: Imprägnierung einer Eichenschwelle mit Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 (Restholzfeuerung)

Inputs/Outputs


Transport [km]

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien

Imprägnieröl Typ C Kg 3.24 3.24 500 LKW * Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991

Stromverbrauch MJ 5.15 - - - Strom Mittelsp. – Bezug in DE Nutzenergie ab Restholzfeuerung

MJ 725 - 0 - *Nutzwärme, Industrierestholz Buche gechipped, ab Brenner 1000kW

Aktivkohlefilter (Luft) Kg 0.00375 - v. v. Holzkohle Aktivkohlefilter (Wasser) Kg 0.0006 - v. v. Holzkohle Kühlwasser L 150 - - - - Prozeßwasser Kg 1.1 - - - Trinkwasser, ab Hausanschluß Transporte

Zulieferung Imprägnieröl Tkm 1.62 - 500 LKW Transport., LKW >32t, EURO4 Output

Eichenschwelle, imprägniert

Stk 1 - - - * Imprägnierung Eichenschwelle (Restholzfeuerung)

NMVOC 2.40E-05 - - - Emission in Luft: NMVOC Acenaphthen in Luft Kg 2.04E-08 - - - Emission in Luft: Acenaphthen Acenaphthylen in Luft Kg 5.51E-08 - - - Emission in Luft: Acenaphthylen Anthracen in Luft Kg 5.18E-10 - - - Emission in Luft: Anthracen Benzo(a)anthracen Kg 5.51E-10 - - - E. in Luft: Benzo(a)anthracen Benzo(b)fluoranthen Kg 5.18E-10 - - - E. in Luft: Benzo(b)fluoranthen Benzo(k)fluoranthen Kg 1.94E-10 - - - E. in Luft: Benzo(k)fluoranthen Benzo(a)pyren in Luft Kg 2.66E-10 - - - Emission in Luft: Benzo(a)pyren Carbazol in Luft Kg 1.17E-08 - - - Emission in Luft: Carbazol Chrysen in Luft Kg 2.72E-10 - - - Emission in Luft: Chrysen Dibenzofuran in Luft Kg 5.83E-08 - - - Emission in Luft: Dibenzofuran Fluoranthen in Luft Kg 2.79E-09 - - - Emission in Luft: Fluoranthen Fluoren in Luft Kg 2.53E-09 - - - Emission in Luft: Fluoren Naphthalin in Luft Kg 1.49E-07 - - - Emission in Luft: Naphthalin Phenanthren in Luft Kg 9.07E-09 - - - Emission in Luft: Phenanthren Pyren in Luft Kg 2.37E-09 - - - Emission in Luft: Pyren Abwärme in Luft MJ 5.15 - - - Emission in Luft: Abwärme Kühlwasser L 150 - - - - Aktivkohle in KVA Kg 0.00435 - v. v. Entsorgung Altöl, in SAVA Abwasser in Kläranlage m3 0.0011 - - - Behandlung, Abwasser, in

Abwasserreinigung, Gr.Kl. 4 v. vernachlässigt da nicht relevant

6 Holzschwelle

33

Tabelle 6-7: Imprägnierung einer Buchenschwelle mit Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 (Restholzfeuerung)

Inputs/Outputs


Transport [km]

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien

Imprägnieröl Typ C kg 14.1 14.1 500 LKW * Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991

Stromverbrauch MJ 5.15 - - - Strom Mittelsp. – Bezug in DE Nutzenergie ab Restholzfeuerung

MJ 725 - 0 - *Nutzwärme, Industrierestholz Buche gechipped, ab Brenner 1000kW

Aktivkohlefilter (Luft) kg 0.00375 - v. v. Holzkohle Aktivkohlefilter (Wasser) kg 0.0006 - v. v. Holzkohle Kühlwasser l 150 - - - - Prozeßwasser kg 1.55 - - - Trinkwasser, ab Hausanschluß Transporte

Zulieferung Imprägnieröl tkm 7.05 - 500 LKW Transport., LKW >32t, EURO4 Output

Buchenschwelle, imprägniert

Stk 1 - - - * Imprägnierung Buchen-schwelle (Restholzfeuerung)

NMVOC kg 1.04E-04 - - - Emission in Luft: NMVOC Acenaphthen in Luft kg 8.88E-08 - - - Emission in Luft: Acenaphthen Acenaphthylen in Luft kg 2.40E-07 - - - Emission in Luft: Acenaphthylen Anthracen in Luft kg 2.26E-09 - - - Emission in Luft: Anthracen Benzo(a)anthracen kg 2.40E-09 - - - E. in Luft: Benzo(a)anthracen Benzo(b)fluoranthen kg 2.26E-09 - - - E. in Luft: Benzo(b)fluoranthen Benzo(k)fluoranthen kg 8.46E-10 - - - E. in Luft: Benzo(k)fluoranthen Benzo(a)pyren in Luft kg 1.16E-09 - - - Emission in Luft: Benzo(a)pyren Carbazol in Luft kg 5.08E-08 - - - Emission in Luft: Carbazol Chrysen in Luft kg 1.18E-09 - - - Emission in Luft: Chrysen Dibenzofuran in Luft kg 2.54E-07 - - - Emission in Luft: Dibenzofuran Fluoranthen in Luft kg 1.21E-08 - - - Emission in Luft: Fluoranthen Fluoren in Luft kg 1.10E-08 - - - Emission in Luft: Fluoren Naphthalin in Luft kg 6.49E-07 - - - Emission in Luft: Naphthalin Phenanthren in Luft kg 3.95E-08 - - - Emission in Luft: Phenanthren Pyren in Luft kg 1.03E-08 - - - Emission in Luft: Pyren Abwärme in Luft MJ 5.15 - - - Emission in Luft: Abwärme Kühlwasser l 150 - - - - Aktivkohle in KVA kg 0.00435 - v. v. Entsorgung Altöl, in SAVA Abwasser in Kläranlage m3 0.00155 - - - Behandlung, Abwasser, in

Abwasserreinigung, Gr.Kl. 4 v. vernachlässigt da nicht relevant


34

Tabelle 6-8: Imprägnierung einer Eichenschwelle mit Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 (Gasfeuerung)

Inputs/Outputs


Transport [km]

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien

Imprägnieröl Typ C Kg 3.24 3.24 500 LKW * Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991

Stromverbrauch MJ 3.28 - - - Strom Mittelsp. – Bezug in DE Nutzenergie ab Gasfeuerung

MJ 48.4 - 0 - Nutzwärme, Erdgas, ab Indus-trieanschluß, LowNOx>100kW

Prozeßwasser Kg 1.75 - - - Trinkwasser, ab Hausanschluß Transporte

Zulieferung Imprägnieröl Tkm 1.62 - 500 LKW Transport., LKW >32t, EURO4 Output

Eichenschwelle, imprägniert

Stk 1 - - - * Imprägnierung Eichenschwelle (Gasfeuerung)

NMVOC Kg 2.40E-05 - - - Emission in Luft: NMVOC Acenaphthen in Luft Kg 2.04E-08 - - - Emission in Luft: Acenaphthen Acenaphthylen in Luft Kg 5.51E-08 - - - Emission in Luft: Acenaphthylen Anthracen in Luft Kg 5.18E-10 - - - Emission in Luft: Anthracen Benzo(a)anthracen Kg 5.51E-10 - - - E. in Luft: Benzo(a)anthracen Benzo(b)fluoranthen Kg 5.18E-10 - - - E. in Luft: Benzo(b)fluoranthen Benzo(k)fluoranthen Kg 1.94E-10 - - - E. in Luft: Benzo(k)fluoranthen Benzo(a)pyren in Luft Kg 2.66E-10 - - - Emission in Luft: Benzo(a)pyren Carbazol in Luft Kg 1.17E-08 - - - Emission in Luft: Carbazol Chrysen in Luft Kg 2.72E-10 - - - Emission in Luft: Chrysen Dibenzofuran in Luft Kg 5.83E-08 - - - Emission in Luft: Dibenzofuran Fluoranthen in Luft Kg 2.79E-09 - - - Emission in Luft: Fluoranthen Fluoren in Luft Kg 2.53E-09 - - - Emission in Luft: Fluoren Naphthalin in Luft Kg 1.49E-07 - - - Emission in Luft: Naphthalin Phenanthren in Luft Kg 9.07E-09 - - - Emission in Luft: Phenanthren Pyren in Luft Kg 2.37E-09 - - - Emission in Luft: Pyren Abwärme in Luft MJ 3.28 - - - Emission in Luft: Abwärme Abwasser Kg 1.75 - - - wird intern weiterverwendet

v. vernachlässigt da nicht relevant

6 Holzschwelle

35

Tabelle 6-9: Imprägnierung einer Buchenschwelle mit Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 (Gasfeuerung)

Inputs/Outputs


Transport [km]

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien

Imprägnieröl Typ C kg 14.1 14.1 500 LKW * Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991

Stromverbrauch MJ 3.28 - - - Strom Mittelsp. – Bezug in DE Nutzenergie ab Gasfeuerung

MJ 48.4 - 0 - Nutzwärme, Erdgas, ab Indus-trieanschluß, LowNOx>100kW

Prozeßwasser kg 1.75 - - - Trinkwasser, ab Hausanschluß Transporte

Zulieferung Imprägnieröl tkm 7.05 - - - Transport., LKW >32t, EURO4 Output

Buchenschwelle, impräg. Stk 1 - - - * Imprägnierung Buchenschwelle (Gasfeuerung)

NMVOC in Luft kg 1.04E-04 - - - Emission in Luft: NMVOC Acenaphthen in Luft kg 8.88E-08 - - - Emission in Luft: Acenaphthen Acenaphthylen in Luft kg 2.40E-07 - - - Emission in Luft: Acenaphthylen Anthracen in Luft kg 2.26E-09 - - - Emission in Luft: Anthracen Benzo(a)anthracen kg 2.40E-09 - - - E. in Luft: Benzo(a)anthracen Benzo(b)fluoranthen kg 2.26E-09 - - - E. in Luft: Benzo(b)fluoranthen Benzo(k)fluoranthen kg 8.46E-10 - - - E. in Luft: Benzo(k)fluoranthen Benzo(a)pyren in Luft kg 1.16E-09 - - - Emission in Luft: Benzo(a)pyren Carbazol in Luft kg 5.08E-08 - - - Emission in Luft: Carbazol Chrysen in Luft kg 1.18E-09 - - - Emission in Luft: Chrysen Dibenzofuran in Luft kg 2.54E-07 - - - Emission in Luft: Dibenzofuran Fluoranthen in Luft kg 1.21E-08 - - - Emission in Luft: Fluoranthen Fluoren in Luft kg 1.10E-08 - - - Emission in Luft: Fluoren Naphthalin in Luft kg 6.49E-07 - - - Emission in Luft: Naphthalin Phenanthren in Luft kg 3.95E-08 - - - Emission in Luft: Phenanthren Pyren in Luft kg 1.03E-08 - - - Emission in Luft: Pyren Abwärme in Luft MJ 3.28 - - - Emission in Luft: Abwärme Abwasser kg 1.75 - - - wird intern weiterverwendet


6.1.4 Befestigungsmaterial

Nach der Imprägnierung werden die Befestigungsmaterialien auf den Schwellen montiert. Bei beiden Holzschwellen kommt das in Tabelle 6-10 aufgelistete Befestigungsmaterial zum Einsatz.

Tabelle 6-10 Befestigungsmaterial (nach Deutscher Bahn; persönliche Mitteilung Imprägnier-werk Wülknitz)

Bezeichnung Material Anzahl in [Stck]

Gewicht in [kg/Stck]

Unterlagsscheibe Uls6 Doppelter Federring Fe6 Hakenschraube Hs32-55 + Mu *) Spannklemme Skl12*) Rippenplatte Rph1-160 *) Schwellenschraube Ss8-150 Zwischenlage

Stahl Stahl Stahl Stahl Stahl Stahl PE(LD)

4 8 4 4 2 8 2

0.049 0.090 0.485 0.520 7.857 0.548 0.132

*) 2- bis 3-malige Verwendung Einige der Befestigungsmaterialien können wiederverwendet werden, was jedoch nicht in jedem Fall geschieht. Für die Bilanzierung wird von einer zweifachen Wiederverwendung dieser Befestigungsmaterialien ausgegangen.


36

Tabelle 6-11 faßt die Eingabedaten für die Befestigungsmaterialien für die Holzschwelle (total 26.19 kg) zusammen.

Tabelle 6-11 Eingabedaten für die Befestigungsmaterialien der Holzschwelle

Inputs/Outputs

Einheit Menge Menge an

Schwelle

Transport [km]

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien

Federringe kg 0.720 0.720 480 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Unterlagsscheibe kg 0.196 0.196 480 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Zwischenlage kg 0.264 0.264 1450 Bahn PE(LD) Hakenschrauben, 2x verw. kg 0.97 1.94 1450 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Spannklemme, 2x verw. kg 1.04 2.08 650 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Rippenplatten, 2x verw. kg 7.85 15.7 650 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Schwellenschrauben kg 4.39 4.39 1450 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Transporte

Zulieferung Befestigungs-materialien Bahn

tkm 21.56 - - - Transport, Fracht, Schiene/RER

Output

Befestigungsmaterialien der Holzschwelle

Stk 1 - - - * HS Befestigungsmaterial

6.2 Gleisumbau und Verlegung

In dieser Bilanz werden der Totalumbau eines bestehenden Geleises sowie die Wartungsar-beiten ansatzweise berücksichtigt, wobei die Fundationsschicht aus Kiessand sowie das Schotterbett betrachtet werden (s. Kapitel 5.1). Die Fundationsschicht hat lastverteilende Funktion und schützt den Untergrund vor schädli-chen Frosteinwirkungen. Sie ist in jedem Gleisbett vorhanden. Für die Fundationsschicht wird bei allen Materialien von einer Abmessung von 0.4 x 12.5 x 1.0 Meter pro Meter zwei-gleisiges Gleisbett und einem Kiessandeinsatz von 5 m3 bzw. 11.5 t (bei 2.3 t/m3) pro Lauf-meter bzw. 5.75 t pro Gleis in einem zweigleisigen Gleisbett ausgegangen35. Das Schotterbett gewährleistet die elastische Lagerung des Gleisrostes und damit die Stabi-lität bei Verkehrslast und Temperatureinflüssen. Es ermöglicht zudem eine Korrektur der Gleislage bei Wartungsarbeiten. Die notwendige Schottermenge ist bei sonst gleichen Bedingungen für die drei Schwellentypen unterschiedlich, was durch die konstruktiven Details der Schwellen zu erklären ist. Pro Meter Gleis in eine zweigleisigen Gleisbett werden bei Holzschwellen auf geraden Strecken 5.5 t Schotter und in Kurven 6.8 t Schotter verwendet36. Bei einem angenommenen Anteil von 25% Kurven ergibt dies einen durchschnittlichen Schotterverbrauch von 5.825 t/m bzw. 2.912 t/m pro Gleis in einem zweigleisigen Gleisbett. Die Verbräuche für den Totalumbau des Gleisbettes und die Verlegung der Schwellen wur-den für die Empa-Studie von der Firma Scheuchzer SA in Lausanne/Schweiz ermittelt und für diese Studie übernommen.

35 gemäß SBB Reglement R 211.1; 01.01.1993 36 gemäß SBB Baudirektion, zitiert nach Künniger und Richter (1998)

6 Holzschwelle

37

Tabelle 6-12 Eingabedaten für den Totalumbau und Verlegen der Buchenschwelle

Inputs/Outputs Einheit Menge pro m

Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Material

Schotter kg 2912.5 60 Bahn * Kies/Schotter, gebrochen, ab Mine Schmiermittel kg 0.086 v. v. Schmieröl, ab Werk Energieträger Diesel MJ 72.6 - - Diesel in Baumaschine Transporte

Antransport Schotter tkm 174.75 60 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Antransport Befestigungs-material (25.3 kg)

tkm 2.53 100 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER

Antransport Schwelle (87.1 kg) tkm 8.71 100 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Abtransport Schotter tkm 174.75 60 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Output Umgebautes Gleisbett m - - - * HS Totalumbau Gleisbett (Buche) Ausgebauter Schotter kg 2912.5 - - -


Tabelle 6-13 Eingabedaten für den Totalumbau und Verlegen der Eichenschwelle


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Material

Schotter kg 2912.5 60 Bahn * Kies/Schotter, gebrochen, ab Mine

Schmiermittel kg 0.086 v. v. Schmieröl, ab Werk Energieträger Diesel MJ 72.6 - - Diesel in Baumaschine Transporte



Antransport Schwelle (73.5 kg) tkm 7.35 100 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Abtransport Schotter tkm 174.75 60 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Output Umgebautes Gleisbett m - - - * HS Totalumbau Gleisbett (Eiche) Ausgebauter Schotter kg 2912.5 - - -


6.3 Unterhalt und Nutzung

6.3.1 Unterhalts- und Wartungsarbeiten

Um die Elastizität des Schotterbettes zu erhalten, ist es notwendig, im Abstand von etwa 5 Jahren37 die Gleise neu zu stopfen. Dabei wird mit Hilfe von vollautomatischen Stopf-, Ver-dicht- und Planier-Maschinen das Gleis unter Zuführung von Schotter in die vorgeschriebene geometrische Lage gebracht. Der entsprechende Aufwand ist in Tabelle 6-14 zusammenge-faßt und wird für alle Schwellentypen als gleich angenommen. Im Sinne der in Kapitel 5.2 festgelegten Systemgrenzen wird die Weiterverwendung bzw. -verwertung – und ein allfälliges Substitutionspotential des Schotters als Kiesersatzes – nicht weiter betrachtet. Gelegentlich müssen auch Teile der Befestigungsmaterialien ersetzt werden, z.B. Feder-ringe. Die geschieht aber nicht systematisch und wird deshalb hier nicht berücksichtigt.

37 gemäß SBB Baudirektion, zitiert nach Künniger und Richter (1998)


38

Tabelle 6-14 Eingabedaten für die Wartung des Gleisbettes


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Material

Schotter kg 750 60 Bahn * Kies/Schotter, gebrochen, ab Mine Schmiermittel kg 0.086 v. v. Schmieröl, ab Werk Energieträger Diesel MJ 72.6 - - Diesel in Baumaschine Transporte

Antransport Schotter tkm 45 - Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Abtransport Schotter tkm 45 - Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Output Gewartetes Gleisbett m - - - * HS Wartung Gleisbett Gebrauchter Schotter kg 750 60 Bahn -


6.3.2 Emissionen während der Nutzung

Imprägnieröl verdampft allmählich aus dem Holz. Solche Emissionen betreffen nach derzei-tigem Kenntnisstand vor allem die Komponenten mit einem Siedepunkt unter 300 ºC. Wegen der kurzen Verwendungsdauer von Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 liegen bis heute keine Langzeitstudien über die Emission von Bestanteilen dieses Imprägnieröls vor. Allerdings besehen auch bei der Verwendung von älteren Imprägnierölqualitäten große Unsi-cherheiten38. Für das Imprägnieröl Typ C wird von einem Anteil leicht flüchtiger Bestandteile mit einem Siedepunkt unter 300 ºC von maximal 10% ausgegangen, wobei der BaP-Gehalt maximal 50 ppm beträgt39. Laut Angabe eines Herstellers basierend auf eigenen Untersuchungen wird von einer maximalen Ausdunstung von 5% des ursprünglich eingebrachten Imprägnier-öls Typ C ausgegangen. Da sich Imprägnieröl aus unzähligen Substanzen zusammensetzt, von denen nur rund 20% in Anteilen über 1% vorhanden sind40, wird wie in Künniger und Richter (1998) der Summen-parameter ‚Aromaten in Luft’ verwendet. Diese können je nach Dampfdruck der Substanz sowohl gasförmig als auch an Teilchen gebunden emittiert werden.

Tabelle 6-15 Emissionen aus der Nutzung der Buchenschwelle pro Jahr

Inputs/Outputs Einheit Menge Modellierung in SimaPro

Output

Aromaten in Luft kg 1.64E-02 Emission in Luft: Aromaten Benzo(a)pyren in Luft kg 6.68E-03 Emission in Luft: Benzo(a)pyren Naphtalin in Luft kg 1.18E-06 Emission in Luft: Naphtalin Phenol in Luft kg 5.80E-04 Emission in Luft: Phenol

Quelle: Berechnung aus den Daten aus Künniger und Richter (1998) unter der Annahme, daß statt 45% nur 5% des eingesetzten Imprägnieröls verdunsten (s. Anhang)

Tabelle 6-16 Emissionen aus der Nutzung der Eichenschwelle pro Jahr

Inputs/Outputs Einheit Menge Modellierung in SimaPro

Output

Aromaten in Luft kg 3.77E-03 Emission in Luft: Aromaten Benzo(a)pyren in Luft kg 1.53E-03 Emission in Luft: Benzo(a)pyren Naphtalin in Luft kg 2.70E-07 Emission in Luft: Naphtalin Phenol in Luft kg 1.33E-04 Emission in Luft: Phenol

Quelle: Berechnung aus den Daten aus Künniger und Richter (1998) unter der Annahme, daß statt 45% nur 5% des eingesetzten Imprägnieröls verdunsten (s. Anhang A.2)

38 siehe dazu auch Künniger und Richter (1998) 39 WHO (2004) 40 WHO (2004)

6 Holzschwelle

39

Neben den Emissionen von Bestandteilen in die Luft kann Imprägnieröl auch ausgewaschen werden und so in Oberflächengewässern und im Boden41 nachgewiesen werden. Dazu vorhandene Meßdaten zu Konzentrationen von einzelnen Substanzen42 lassen sich aber bis heute nicht auf die ursprünglich eingesetzte Menge umlegen. Auch ist davon auszugehen, daß PAHs unter aeroben Bedingungen mit einer Halbwertszeit von 26 bis 89 Tagen abge-baut werden43. Deshalb werden Emissionen in Wasser und Boden nicht berücksichtigt.

6.4 Rückbau und energetische Verwertung

Bei den Holzschwellen läßt sich aufgrund der gegenwärtigen Umbrüche in der Politik der EU zur stark vermehrten Nutzung erneuerbarer Energieträger die Systemgrenze nicht eindeutig festlegen: gelten behandelte Altschwellen nach heutigem Recht – siehe dazu Annex.1 – als Abfall, so können mit Imprägnieröl behandelte Schwellen aufgrund des erhöhten Heizwertes für den Anlieferer doch oft kostenneutral der energetischen Verwertung zugeführt werden. Damit würde gemäß gängiger Ökobilanzpraxis die Altschwelle nicht als Abfall und somit die Aufbereitung der Schwellen zu erneuerbarem Brennstoff sowie dessen thermische Nutzung als unabhängiger Lebenszyklus betrachtet. Deshalb wird bei den Holzschwellen nach dem eigentlichen Rückbau betrachtet, wie sich der Einbezug der energetischen Nutzung von Altschwellen auf das Ökoprofil auswirkt. Dabei wird die thermische Nutzung als Standardszenario betrachtet. Im weiteren wird die ener-getische Verwertung in einer Wärmekraftkopplung (WKK) untersucht.

6.4.1 Rückbau

Nach Ablauf der durchschnittlichen Lebensdauer der Holzschwellen werden sie zurückge-baut. Aus den rückgebauten Holzschwellen werden Hackschnitzel hergestellt, die als erneu-erbarer Energieträger verwendet werden. Die entsprechenden Aufwendungen sind in Tabelle 6-17 und Tabelle 5-18 zusammengefaßt.

Tabelle 6-17 Eingabedaten für den Rückbau der Buchenschwelle

Inputs/Outputs Einheit Menge pro Stk

Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Transporte

Abtransport Schwelle (u=20%) Tkm 10.2 100 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Abtransport Befestigungsmaterial Tkm 2.53 100 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Output * HS Rückbau (Buche) Buchenschwelle, gebraucht (atro) Kg 86.8 - - - Befestigungsmaterialien Stahl Kg 25.30 - - - Befestigungsmaterialien Kunststoff in KVA

Kg 0.264 v. v. Entsorgung, Polyethylen, 0.4% Wasser, in Kehrichtverbrennung


41 siehe dazu eine Untersuchung mit imprägnierten Pfählen von Hudson und Murphy (1997) 42 siehe dazu WHO (2004) 43 siehe dazu WHO (2004)


40

Tabelle 6-18 Eingabedaten für den Rückbau der Eichenschwelle


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Transporte

Abtransport Schwelle (u=20%) Tkm 8.73 100 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Abtransport Befestigungsmaterial Tkm 2.53 100 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Output * HS Rückbau (Eiche) Eichenschwelle, gebraucht (atro) Kg 73.3 - - - Befestigungsmaterialien Stahl Kg 26.19 - - - Befestigungsmaterialien Kunst-stoff in KVA



6.4.2 Energetische Verwertung von Holzschwellen

Es wird davon ausgegangen, daß die Altholzschwellen in eine Anlage zur energetischen Verwertung angeliefert werden und dort rein thermisch oder mit einer Wärmekraftkopplung (WKK) energetisch verwertet werden. Dazu werden die Schwellen geschreddert und anschließend verbrannt. Der Heizwert der imprägnierten Schwellen nach ihrer Lagerung wurde extra für diese Studie in Labormessungen bestimmt44 und in Tabelle 6-19 pro Schwelle umgerechnet. Für die Berechnung der erzeugten Nutzenergie wird von einem Gesamtwirkungsgrad der Feuerung von 75% ausgegangen, womit in einer WKK 75 % thermische Energie und 25% Strom erzeugt werden.

Tabelle 6-19 Abschätzung der Nutzenergie der Holzschwellen nach ihrem Rückbau, basie-rend auf Labormessungen durch Wessling Laboratorien (2008)

Heizwert Hu Feuchte-gehalt

Holzmenge (atro)

Imprägnieröl, Einbringmenge

Imprägnieröl,

verbleibend 1)Gewicht Altschwelle

Heizwert Hu Wirkungs-grad

Nutzenergie

MJ/kg kg/Schwelle kg/Schwelle kg/Schwelle kg MJ/Altschwelle MJ/Schwelle

Buchenspäne, imprägniert 20.44 23.2% 73.4 14.1 13.4 107.0 2187 75% 1640

Eichenspäne, imprägniert 20.22 12.5% 70.2 3.24 3.1 82.4 1667 75% 12501) bei max . 5% Verdunstung Um die Lebenszyklen der untersuchten Schwellen funktional gleichwertig zu halten, wird die Substitutionswirkung der erzeugten Nutzenergie gutgeschrieben. Es wird dabei angenom-men, daß die erzeugte thermische Energie marginale Technologien der Wärmeerzeugung ersetzen. Gemäß Deutscher Gesamtenergiestatistik sind dies Technologien zur Wärmeer-zeugung aus Steinkohle (23%), Braunkohle (5.5%), Schweröl (5.8%) und Heizöl extraleicht (64.9%) (siehe Annex A.3).

Tabelle 6-20 Eingabedaten für die marginale Wärmeerzeugung in Deutschland (eigene Berechnungen)

Input/Outputs Einheit Menge Modellierung in SimaPro

* = eigener Prozeß Input

Nutzwärme, ab Steinkohlefeuerung MJ 0.238 *DE Nutzwärme, Steinkohle, ab Industriefeuerung 1-10 MW Nutzwärme, ab Braunkohlefeuerung MJ 0.055 *DE Nutzwärme, Braunkohle-Briquettes, ab Einzelofen 5-15 kW45 Nutzwärme, ab Ölfeuerung schwer MJ 0.058 *DE Nutzwärme, Heizöl schwer, ab Industriefeuerung 1 MW Nutzwärme, ab Ölfeuerung el MJ 0.649 *DE Nutzwärme, Heizöl extraleicht, ab Industriefeuerung 1 MW Output

MJ 1 *Nutzenergie, marginale Wärmeerzeugung DE 2006

44 Wessling Laboratorien (2008) 45 der einzige in ecoinvent 2.0 verfügbare Wärmeprozess aus Braunkohle

6 Holzschwelle

41

Beim Strom wird vereinfachend davon ausgegangen, daß die entsprechende Menge des deutschen Strom-Konsummixes ersetzt wird46. Die Datenlage zu Emissionen aus der Verbrennung von ölimprägnierten Schwellen ist nach wie vor begrenzt47, und die Variabilität der verfügbaren Emissionsdaten ist beträchtlich48. Spezifische Daten für mit Imprägnieröl Typ C behandelte (Alt-) Schwellen liegen nicht vor. Aus diesem Grund werden die Emissionen abgeschätzt:

• Die CO2-Emissionen werden aus dem C-Gehalt des Holzes (1931.8 g CO2/kg Holz) und des Teeröls (3444.4 g CO2/kg Teeröl) abgeschätzt.

• Gemäß Salthammer, Klipp et al. (1994), liegen die Rauchgaskonzentrationen yon CO, NOx und Kohlenwasserstoffen bei der optimalen Verbrennung von holzschutz-mittelbehandelten Hölzern (Öl/Lösemittel, Steinkohlenteeröle, Cu-HDO und CKB) im Bereich der für unbehandeltes Holz gefundenen Werte. Dies gilt insbesondere auch für Dioxine und Furane49. Entsprechend werden für diese Emissionen die Werte für eine Restholzfeuerung aus ecoinvent 2.0 eingesetzt.

• Die Aschegehalte aus der Verbrennung wurden extra für dieses Projekt in Verbren-nungsversuchen bestimmt (Wessling Laboratorien 2008).

In Tabelle 6-21 sind die Eingabedaten der Verbrennung von mit Teeröl imprägnierten Alt-schwellen ausgewiesen.

Tabelle 6-21 Eingabedaten für die Verbrennung von imprägnierten Altschwellen

Verbrennung von mit Imprägnieröl behandelten Altschwellen

Altschwelle Eiche

Altschwelle Buche

kg (Holz atro) kg (Holz atro) Materialien/Energie Strom, Niederspannung, ab Netz/DE kWh 7.01E-02 7.01E-02 Brenner, Holzschnitzel, Laubholz, 1000 kW p 9.45E-08 9.45E-08 Emissionen in Luft Acetaldehyd kg 1.03E-06 1.03E-06 Ammonium kg 2.91E-05 2.91E-05 Arsen kg 1.68E-08 1.68E-08 Benzen kg 1.53E-05 1.53E-05 Benzen, ethyl- kg 5.04E-07 5.04E-07 Benzen, hexachloro- kg 1.21E-13 1.21E-13 Benzo(a)pyren kg 8.40E-09 8.40E-09 Bromine kg 1.01E-06 1.01E-06

Cadmium kg 1.18E-08 1.18E-08 Calcium kg 9.83E-05 9.83E-05 Kohlendioxid, biogen kg 1.72E+00 1.52E+00 Kohlendioxid, fossil kg 1.45E-01 5.31E-01 Kohlenmonoxid, biogen kg 6.89E-04 6.89E-04 Chlor kg 3.03E-06 3.03E-06

46 Sinnvollerweise würde die „marginale“ Technologie der Stromerzeugung unter Berücksichtigung der Importe verrechnet – also diejenige Technologie, die aus technischen oder ökonomischen Gründen als erste im Inland abgestellt oder nicht importiert würde. Im Gegensatz zur Bestimmung der marginalen Technologie der inländischen Stromproduktion läßt sich die marginale Technologie des Stromkonsums aufgrund der hochvolatilen Stromimporte aber nur sehr kurzfristig bestimmen (Ménard, Dones et al. 1998); die Verrechnung einer marginalen Technologie, z.B. die Stromerzeugung aus Braunkohle, würde zu einer deutlich höheren Substitutionswirkung führen. 47 für Daten zum Gehalt von mit Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 imprägnierten Schwellen nach einem halbem Jahr, s. Kohler, Künniger et al. (2000); für mit älteren Ölen imprägnierten Schwellen, s. Kohler, Künniger et al. (2000); Mateus, Gomes da Silva et al. (2008) 48 Salthammer, Klipp et al. (1994) 49 Salthammer, Klipp et al. (1995)


42

Verbrennung von mit Imprägnieröl behandelten Altschwellen

Altschwelle Eiche

Altschwelle Buche

kg (Holz atro) kg (Holz atro) Chrom kg 6.66E-08 6.66E-08 Chrom VI kg 6.72E-10 6.72E-10 Kupfer kg 3.70E-07 3.70E-07 Distickstoffmonoxid kg 3.87E-05 3.87E-05 Dioxine, gemessen als 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-Dioxin kg 5.21E-13 5.21E-13 Fluor kg 8.40E-07 8.40E-07 Formaldehyd kg 2.18E-06 2.18E-06 Abwärme MJ 1.82E+01 1.82E+01 Kohlenwasserstoffe, aliphatisch, Alkane, unspezifisch kg 1.53E-05 1.53E-05 Kohlenwasserstoffe, aliphatisch, ungesättigt kg 5.21E-05 5.21E-05 Blei kg 4.20E-07 4.20E-07 Magnesium kg 6.05E-06 6.05E-06 Mangan kg 2.86E-06 2.86E-06 Quecksilber kg 5.04E-09 5.04E-09 Methan, biogen kg 6.72E-06 6.72E-06 m-Xylen kg 2.02E-06 2.02E-06 Nickel kg 1.01E-07 1.01E-07 Stickoxide kg 2.05E-03 2.05E-03 NMVOC, unspezifisch kg 1.01E-05 1.01E-05 PAKs kg 1.87E-07 1.87E-07 Partikel, < 2.5 um kg 1.03E-03 1.03E-03 Phenol, pentachloro- kg 1.36E-10 1.36E-10 Phosphor kg 5.04E-06 5.04E-06 Kalium kg 3.93E-04 3.93E-04 Natrium kg 2.18E-05 2.18E-05 Schwefeldioxid kg 4.20E-05 4.20E-05 Toluen kg 5.04E-06 5.04E-06 Zink kg 5.04E-06 5.04E-06 Abfälle Entsorgung, Holzasche, gemischt, 0% Wasser, in Reaktordep. kg 0.018 0.015

Tabelle 6-22 bis Tabelle 6-25 fassen die Eingabedaten für die energetische Verwertung der Holzschwellen unter Berücksichtigung der Substitution von fossiler Wärmeproduktion bzw. Wärme- und Stromproduktion zusammen.

Tabelle 6-22 Eingabedaten für die thermische Nutzung der Buchenschwelle (Substitution von Wärme)


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien/Prozesse

Energetische Verwertung einer Altschwelle, Buche

kg atro 86.8 100 LKW * Verbrennung teerölimprägnierter Altschwellen, Buche

Schreddern der Altschwelle kg (u=20%) 101.5 - - Schreddern, Industrierestholz, stationärer Schredder

Transporte

Antransport Altschwelle tkm 10.15 - - Transport., LKW >32t, EURO4 Output Substitution von Wärmeproduktion MJ - 1640 - - * Nutzenergie, marginale Wärme-

erzeugung DE 2006

6 Holzschwelle

43

Tabelle 6-23 Eingabedaten für die thermische Nutzung der Eichenschwelle (Substitution von Wärme)


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß


Energetische Verwertung einer Altschwelle, Eiche

kg atro 73.3 100 LKW * Verbrennung teerölimprägnierter Altschwellen, Eiche


Transporte

Antransport Altschwelle tkm 8.73 - - Transport., LKW >32t, EURO4 Output Substitution von Wärmeproduktion MJ - 1250 - - * Nutzenergie, marginale Wärme-

erzeugung DE 2006

Tabelle 6-24 Eingabedaten für die thermische Nutzung der Buchenschwelle (Substitution von Strom & Wärme)


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß


Energetische Verwertung einer Altschwelle, Buche

kg atro 86.8 100 LKW * Verbrennung teerölimprägnierter Altschwellen, Buche


Transporte

Antransport Altschwelle tkm 10.15 - - Transport., LKW >32t, EURO4 Output Substitution von Wärmeproduktion MJ - 1230 - - * Nutzenergie, marginale Wärmeer-

zeugung DE 2006 Substitution von Stromproduktion MJ -410 - - Strom Mittelspannung – Bezug in DE

Tabelle 6-25 Eingabedaten für die thermische Nutzung der Eichenschwelle (Substitution von Strom & Wärme)


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß


Energetische Verwertung einer Altschwelle, Eiche

kg atro 73.3 100 LKW * Verbrennung teerölimprägnierter Altschwellen, Eiche


Transporte

Antransport Altschwelle tkm 8.73 - - Transport., LKW >32t, EURO4 Output Substitution von Wärme MJ - 938 - - * Nutzenergie, marginale Wärmeer-

zeugung DE 2006 Substitution von Stromproduktion MJ - 312 - - Strom Mittelspannung – Bezug in DE


44

7 Betonschwelle

7.1 Herstellung

Die Daten zur Herstellung der Betonschwelle sind Künniger und Richter (1998) entnommen und wurden ursprünglich in Zusammenarbeit mit der Firma Tribeton AG/SA in Müntschemier (CH) erarbeitet. In dieser Studie wurden eingesetzte Menge Vorspann- und Armierungsstahl aktualisiert, die eingesetzte Menge Beton wurde aus der Empa-Studie übernommen50.

7.1.1 Schwellenkörper

Bei den Betonschwellen unterscheidet man grundsätzlich zwischen den in Spannbetonbau-weise hergestellten Monoblockschwellen (einteilige Schwelle) und den armierten Zwei-Block-Schwellen (zweiteilige Schwelle). Seit mehreren Jahrzehnten werden in Deutschland auf-grund besserer Eigenschaften fast ausschließlich Monoblockschwellen eingebaut.

Abbildung 7-1: Monoblockbetonschwelle inkl. Befestigungsmaterial (Quelle: Deutsche Bahn)

Legende: 1 Betonschwelle; 2 Kunststoffdübel; 3 Isoliereinlage; 4 Winkelführungsplatte; 5 Spannklemme; 6

Schwellenschraube Es wird das folgende Herstellungsverfahren bilanziert: Als erstes werden die Formen vorbe-reitet, d.h. gereinigt und anschließend mit einem mineralischen Formenöl gefettet. Nach dem Fetten werden die Dübel sowie die Ringarmierung in den Formen vormontiert sowie die Vor-spanndrähte eingezogen und hydraulisch gespannt. Währenddessen wird durch Mischen aus den Rohmaterialien Sand, Kies, Fliessmittel, Portlandzement und Wasser der Frisch-beton hergestellt, der dann über Kübelbahn und Nachläufer in die Fertigungshalle transpor-tiert und dort mit Hilfe einer Betoniermaschine in die vorbereiteten Formen eingebracht wird. Nun werden die gefüllten Formen mit einer Kunststoff-Folie abgedeckt, so daß der Beton aushärten kann. Nach ca. 15 bis 16 Stunden werden die Formen abgesenkt. Die Schwellen, welche noch durch den Vorspanndraht miteinander verbunden sind, werden in 4er-Blöcke geschnitten. Nach einer Zwischenlagerung der Blöcke werden die Schwellen wiederum durch Sägen separiert. Abschließend werden die Schwellen in den Montagebereich transportiert, wo die Betonüberdeckung bei den Dübeln durchstoßen, die Befestigungsmaterialien montiert und der Schwellentyp markiert werden.

50 schriftliche Mitteilung, Hr. Dr. Arlt, Imprägnierwerk Wülknitz; der deutlich erhöhte Einsatz von Beton pro Schwelle wurde nicht in die Berechnungen übernommen.

7 Betonschwelle

45

Abwässer, welche während der Herstellung und den Reinigungsarbeiten anfallen, werden bei dieser Firma in einer nahegelegenen Kiesgrube entsorgt. Nach Aussagen der Fa. Tribe-ton sind diese Abwässer unbedenklich (Abwasserwerte liegen nicht vor) und können ohne Klärung in die Umwelt entlassen werden. Tabelle 7-1 faßt die Eingabedaten für die Hauptmaterialien einer Betonschwelle zusammen. In Tabelle 7-2 sind die Eingabedaten für den eigentlichen Herstellungsprozeß zusammen-gestellt.

Tabelle 7-1 Eingabedaten für die Hauptmaterialien einer Betonschwelle

Inputs/Outputs

Einheit Menge Menge in Schwelle

Transport [km]

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien Splitt kg 130.6 130.6 5.0 Bahn * Kies/Schotter, gebrochen, ab Mine Portlandzement kg 37.7 37.7 36.0 LKW * Portland Zement, Festigkeitsklasse

Z 42.5, ab Werk (mit Strommix DE) Fliessmittel kg 0.5 0.5 520.0 Bahn * Fliessmittel Sand kg 89.1 89.1 5.0 Bahn Sand, ab Mine/CH Armierungseisen/ Spanndraht

kg 6.648 6.648 700 Bahn * Armierungsstahl, at plant

Wasser kg 15.6 0 - - Leitungswasser, bei Nutzer/RER Transporte Antransport Schwellen-material LKW

tkm 1.357 - - - Transport., LKW >32t, EURO4/RER

Antransport Schwellen-material Bahn


Outputs Schwellenmaterial Beton Stk 1 - - - * BS Schwellenmaterial Wasser (verdunstet) kg 15.6 - - - Emission in Luft:: Wasser

Tabelle 7-2 Eingabedaten für die Herstellung einer Betonschwelle

Inputs/Outputs

Einheit Menge Menge in Schwelle

Transport [km]

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien Formöl kg 0.016 0 1000

140 LKW Bahn

Heizöl leicht, ab Regionallager/RER

Wasser kg 1.79 0 - - Leitungswasser, bei Nutzer/RER Energieträger Strom -Mittelspannung MJ 4.86 - - - Strom Mittelspannung – Bezug in DE Transporte Anlieferung Trennöl LKW tkm 0.016 - - - Transport., LKW >32t, EURO4/RER Anlieferung Trennöl Bahn tkm 0.002 - - - Transport, Fracht, Schiene/RER Outputs Betonschwelle Stk 1 - - - * BS Herstellung Abwärme in Luft MJ 4.86 - - - Emission in Luft: Abwärme Waschwasser in Kies-grube

kg 1.79 - - - -

Formöl im Waschwasser kg 0.016 0 0 - Emission in Wasser: Öle, unspezifisch

7.1.2 Befestigungsmaterial

In dieser Studie wird die Monoblockschwelle mit W-Befestigung bilanziert. Dazu kommt bei der Betonschwelle das in Tabelle 7-3 aufgelistete Befestigungsmaterial zum Einsatz. Rück-


46

gebaute Befestigungsmaterialien können nicht mehr in Hauptgleisen wiederverwendet wer-den51.

Tabelle 7-3 Befestigungsmaterial (Quellen: Deutsche Bahn; schriftliche Mitteilung, Imprä-gnierwerk Wülknitz)

Bezeichnung Material Anzahl [Stck]

Gewicht [kg/Stck]

Kunststoffdübel Sdü25 Zwischenlage Zw687a Winkelführungsplatte Wfp14K Spannklemme Skl14 Schwellenschraube Ss35/Uls7

Polyethylen HD Polyethylen LD Polyethylen HD

Stahl Stahl

4 2 4 4 4

0.033 0.159 0.175 0.492 0.656

Tabelle 7-4 faßt die Eingabedaten für die Befestigungsmaterialien für die Betonschwelle (total 5.74 kg) zusammen.

Tabelle 7-4 Eingabedaten für die Befestigungsmaterialien der Betonschwelle

Inputs/Outputs


Transport [km]

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien

Zwischenlagen kg 0.381 0.381 480 Bahn PE (LD) Kunststoffdübel kg 0.132 0.132 730 Bahn PE (HD) Schwellenschrauben kg 2.624 2.624 1450 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Spannklemmen kg 1.968 1.968 650 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Winkelführungsplatten kg 0.700 0.700 480 Bahn PE (HD) Transporte



Output

Befestigungsmaterialien der Betonschwelle

Stk 1 - - - * BS Befestigungsmaterial


Wie bei der Holzschwelle wird für die Fundationsschicht von einem Verbrauch an Kiessand von 5 m3 bzw. 11.5 t (bei 2.3 t/m3) pro Laufmeter bzw. 5.75 t pro Gleis in einem zweigleisi-gen Gleisbett ausgegangen52. Pro Meter werden bei Betonschwellen auf geraden Strecken 6.3 t Schotter und in Kurven 7.7 t Schotter verwendet53. Bei einem angenommenen Anteil von 25% Kurven ergibt dies einen durchschnittlichen Schotterverbrauch von 6.625 t/m bzw. 3.318 t/m pro Gleis in einem zwei-gleisigen Gleisbett. Die Verbräuche für den Totalumbau des Gleisbettes und die Verlegung der Schwellen wur-den für die Empa-Studie von der Firma Scheuchzer SA in Lausanne/Schweiz ermittelt und für diese Studie übernommen. Tabelle 7-5 faßt die Eingabedaten für den Totalumbau des Gleisbettes und das Verlegen der Betonschwelle zusammen.

51 laut SBB Reglement 222.11 52 gemäß SBB Reglement R 211.1; 01.01.1993 53 gemäß SBB Baudirektion, zitiert nach Künniger und Richter (1998)

7 Betonschwelle

47

Tabelle 7-5 Eingabedaten für den Totalumbau und Verlegen der Betonschwelle


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Material

Schotter Kg 3317.5 60 Bahn * Kies/Schotter, gebrochen, ab Mine Schmiermittel Kg 0.086 v. v. Schmieröl, ab Werk Energieträger Diesel MJ 72.6 - - Diesel in Baumaschine Transporte

Antransport Schotter Tkm 199.05 - - Transport, Fracht, Schiene/RER Antransport Befestigungs-material (5.74 kg)

Tkm 0.574 - - Transport, Fracht, Schiene/RER

Antransport Schwelle (270.3 kg) Tkm 27.03 - - Transport, Fracht, Schiene/RER Abtransport Schotter Tkm 199.05 - - Transport, Fracht, Schiene/RER Output Umgebautes Gleisbett M - - - * BS Totalumbau Gleisbett Ausgebauter Schotter Kg 3317.5 - - -

v. vernachlässigt da nicht relevant Im Sinne der in Kapitel 5.2 festgelegten Systemgrenzen wird die Weiterverwendung bzw. -verwertung – und ein allfälliges Substitutionspotential des Schotters als Kiesersatzes – nicht weiter betrachtet.



Die Wartungsarbeiten am Gleisbett entsprechen den Aufwendungen für die Holzschwelle (siehe dazu Tabelle 6-14). Im Sinn der in Kap. 5.2 festgelegten Systemgrenzen werden die Weiterverwendung bzw. -verwertung – und ein allfälliges Substitutionspotential des Schotters als Kiesersatz – nicht weiter betrachtet.


Für den Zeitraum der Nutzung der Betonschwelle werden keine Einwirkungen auf die Umwelt bilanziert.

7.4 Rückbau

Nach Ablauf der durchschnittlichen Lebensdauer der Betonschwelle wird sie zurückgebaut. Die entsprechenden Aufwendungen sind in Tabelle 6-6 zusammengefaßt.


48

Tabelle 7-6 Eingabedaten für den Rückbau der Schwelle


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Transporte

Abtransport Schwelle Tkm 27.03 100 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Abtransport Befestigungs-material (5.74 kg)

Tkm 0.574 100 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER

Output Betonschwelle, gebraucht Kg 27.03 - - - Befestigungsmaterialien Stahl Kg 4.59 - - - Befestigungsmaterialien Kunst-stoff in KVA


v. vernachlässigt da nicht relevant Üblicherweise werden die ausgebauten Betonschwellen gebrochen, Beton und Stahl getrennt, der Stahl dem Recycling zugeführt, der restliche Beton zerkleinert und dann zum Beispiel als Kiesersatz im Bau eingesetzt. Im Sinne der in Kapitel 5.2 festgelegten System-grenzen werden diese Prozesse – und ein allfälliges Substitutionspotential des rezyklierten Stahls und Kiesersatzes – nicht weiter betrachtet. Dasselbe gilt für die Stahlteile der Befesti-gungsmaterialien, für die keine Möglichkeit der Wiederverwendung aber des Materialrecyc-lings besteht. Nach Auskunft der Deutschen Bahn werden heute zwischen 10% und 20% der ausgebauten Betonschwellen umgearbeitet54. Dazu werden ausgebaute Schwellen in einem ersten Schritt auf ihre Weiterverwendbarkeit geprüft. Bei geeigneten Schwellen werden die Dübel mit Druckluft herausgesprengt und neue Dübel gesetzt, um die geforderte Spurbreite wieder zu gewährleisten. Sämtliche Befestigungen werden danach ersetzt. Am eigentlichen Schwellen-körper werden keine weiteren Arbeiten vorgenommen. Die Bedeutung der Wiederverwen-dung von Schwellen wird in einer Sensitivitätsanalyse in Kapitel 11.3.2 untersucht. Die energetischen Aufwendungen für den Rückbau des Gleisbettes und der Abtransport des Schotters werden im Prozeß Totalumbau Gleis (Kapitel 7.2) berücksichtigt.

54 Deutsche Bahn, Beschaffung Oberbaumaterial, Hr. H. Jäger

8 Stahlschwelle

49

8 Stahlschwelle

8.1 Herstellung

Stahlschwellen werden im Gleisbau seit vielen Jahren verwendet. Mangels verfügbarer Daten zu den in geringem Masse in Deutschland eingesetzten Y-Schwellen werden die in der Empa-Studie (Künniger und Richter 1998) untersuchten Stahlschwellen aktualisiert mit-betrachtet. In der Schweiz werden nach wie vor sowohl umgearbeitete als auch zu einem geringen Anteil neue Stahlschwellen eingesetzt. Bei den umgearbeiteten Schwellen handelt es sich um neuwertige Altschwellen mit aufgeschweißten neuen Rippen oder Rippenplatten.

Abbildung 8-1: Stahlschwelle inkl. Befestigungsmaterial (aus Künniger und Richter 1998)

Legende: 1/5: Stahlschwelle; 2 doppelter Federring; 3 Hakenschraube; 4 Gummizwischenlage; 6 Klemmplatte Um die Bandbreite des Ökoprofils von Stahlschwellen aufzuzeigen, werden folgende Vari-anten bilanziert:

• Neue Schwelle • Umgearbeitete Altschwelle mit Lochung • Umgearbeitete Altschwelle mit Rippen

Die Daten für die Herstellung der Stahlschwellen sind Künniger und Richter (1998) entnom-men und basieren auf Angaben der Firma Tensol SA in Piotta (CH). Im Sinne einer Sensitivitätsbetrachtung werden für alle in dieser Studie betrachteten Schwellen beim Stahlrecycling sowohl der gegenwärtiger Anteil an Primärstahl am Gesamt-konsum (63% Primärstahl)55 als auch der Anteil Primärstahl unter Berücksichtigung der Recyclingeffizienz von Stahl im Sinne eines closed-loop Recyclings (15% Primärstahl)56 betrachtet.

8.1.1 Neue Schwellen

Der Stahl zur Herstellung neuer Schwellen hat bereits die für die Stahlschwellen typische U-Profil-Form. Die Profile werden durch Sägen auf das entsprechende Maß abgelängt. Die dabei entstehenden Späne werden von der Kühlflüssigkeit getrennt und als Schrott entsorgt. Die zugeschnittenen Profile werden nun an den Enden kaltgepreßt, um ein Abwinkeln der Profilenden zu erreichen. Damit ist die eigentliche Stahlschwelle gefertigt und es müssen nun noch die Rippen zur späteren Befestigung der Gleise aufgeschweißt werden. Dabei wird

55 Quelle: ecoinvent 2.0 56 eigene Abschätzung basierend auf Künniger und Richter (1998)


50

das Verfahren des MAG-Schweißens (Metall-Aktivgas-Schweißen) angewendet. Schließlich können die restlichen Befestigungsmaterialien montiert werden. Die Eingabedaten für Hauptmaterialien der neuen Stahlschwelle sind in Tabelle 8-1, diejeni-gen der Herstellung einer neuen Stahlschwelle in Tabelle 8-2 zusammengestellt.

Tabelle 8-1 Eingabedaten für die Hauptmaterialien der neuen Stahlschwelle

Inputs/Outputs Einheit Menge Menge in Schwelle

Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien/Prozesse Profilstahl, unlegiert, warm gewalzt

kg 72.8 71.3 900 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert

Stahlrippen, unlegiert kg 2.4 2.4 10 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Kleinteile Stahl, unlegiert kg 0.15 0.15 120 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Transporte Zulieferung Stahl, Bahn tkm 65.6 - - - Transport, Fracht, Bahn/RER Outputs Schwellenmaterial Stahl Stk 1 - - - * SS Hauptmaterialien (neue

Schwellen) Stahlschrott zum Recycling

kg 1.5 - - - -

Tabelle 8-2 Eingabedaten für die Herstellung einer neuen Stahlschwelle (ohne Schwellen-material)


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß


MAG-Schweißen min 1.67 - - - Schweißen, Lichtbogen, Stahl Kühlflüssigkeit kg 0.002 0 v. v. Naphta ab Regionallager Energieträger Strom Mittelspannung MJ 4.792 - - - Strom Mittelspannung – Bezug in DE Transporte Antransport Materialien Herstellung LKW

tkm 0.034 - - - Transport, Lkw >32t, EURO3

Outputs Herstellung Schwelle Stk 1 - - - * SS Herstellung (neue Schwellen) Stahlschrott zum Recycling

kg 1.5 - - -

Kühlflüssigkeit in SAVA kg 0.002 0 v. v. Entsorgung, Altöl, 10% Wasser, in Sonderabfallverbrennung


8.1.2 Umgearbeitete Altschwellen mit Lochung

Die ausgebauten Altschwellen mit Lochung werden angeliefert und meist mehrere Monate gelagert. Bei diesem Verfahren der Umarbeitung wird aus zwei alten Schwellen eine neue Schwelle gefertigt. Aus den alten Schwellen werden die noch gut erhaltenen Mittelstücke herausgetrennt und durch Sandstrahlen von Rost und Schmutz befreit. Durch Pressen wer-den die Mittelstücke wieder in die richtige Form gebracht. Die für die früher verwendete Befestigung der Schienen notwendige Lochung wird verschweißt (MAG-Schweißen). Die abgetrennten Enden sind Schrott. Anschließend können die beiden Mittelstücke stumpf verschweißt werden (Widerstandspreß-schweißen). Die entstehende Schweißwulst wird durch eine Presse abgeschert und eben-falls als Schrott entsorgt. Nun müssen, wie schon bei der Herstellung der neuen Schwellen, die Enden der Schwelle abgewinkelt werden. Dazu werden die Enden mit Hilfe einer Ölheizung erwärmt und dann

8 Stahlschwelle

51

gepreßt. Der folgende Ablauf ist wie bei der Herstellung neuer Schwellen. Es werden die Rippen aufgeschweißt und die Befestigungsmaterialien montiert. Die Eingabedaten für die Umarbeitung von gebrauchten Stahlschwellen mit Lochung sind in Tabelle 8-3 zusammengestellt.

Tabelle 8-3 Eingabedaten für die Umarbeitung von gebrauchten Stahlschwellen mit Lochung


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß


Neue Stahlrippen kg 2.4 2.4 6 LKW * Stahl für Schwellen, unlegiert MAG-Schweißen min 2.67 - - - Schweißen, Lichtbogen, Stahl Sand zum Standstrahlen kg 0.12 0 250 LKW Sand, ab Mine Kühlflüssigkeit kg 0.004 0 v. v. Naphta, ab Regionallager Energieträger Strom Mittelspannung MJ 43.286 - - - Strom Mittelspannung – Bezug in DE Nutzwärme MJ 57.4 - - - Nutzwärme, Heizöl EL, ab

Industriefeuerung 1 MW Transporte Antransport Materialien Umarbeitung LKW


Outputs Umarbeitung Schwelle Stk 1 - - - SS Umarbeitung (Schwellen mit

Lochung) Stahlschrott zum Recycl. kg 60 - - - - Quarzsand verunreinigt kg 0.12 0 50 - Entsorgung, Inertstoff, 5% Wasser,

in Inertstoffdeponie Kühlflüssigkeit in SAVA kg 0.004 0 v. v. Entsorgung, Altöl, 10% Wasser, in

Sonderabfallverbrennung Abwärme in Luft MJ 43.286 - - - Emission in Luft: Abwärme


8.1.3 Umgearbeitete Altschwellen mit Rippen

Die alten Schwellen mit Rippen werden angeliefert und je nach Bedarf gelagert. Sind die Schwellenkörper noch in gutem Zustand, müssen lediglich die Rippen durch Sägen abge-trennt, die Schnittflächen glattgeschliffen und neue Rippenplatten aufgeschweißt werden.

Tabelle 8-4 Eingabedaten für die Umarbeitung von gebrauchten Stahlschwellen mit Rippen


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß


Neue Rippenplatte kg 8.4 8.4 6 LKW * Stahl für Schwellen, unlegiert MAG-Schweißen min 3.33 - - - Schweißen, Lichtbogen, Stahl Kühlflüssigkeit kg 0.021 0 v. v. Naphta, ab Regionallager Energieträger Strom Mittelspannung MJ 3.765 - - - Strom Mittelspannung – Bezug in DE Transporte Antransport Materialien Umarbeitung LKW


Outputs Umarbeitung Schwelle Stk 1 - - - * SS Umarbeitung (Schwellen mit

Rippen) Stahlschrott zum Recycling

kg 2.5 - - - -

Kühlflüssigkeit in SAVA kg 0.021 0 v. v. Entsorgung, Altöl, 10% Wasser, in Sonderabfallverbrennung



52

Die alten Rippen sowie die anfallenden Sägespäne werden als Schrott entsorgt. Am Ende erfolgt wiederum die Montage der Befestigungsmaterialien. Die Eingabedaten für die Umarbeitung von gebrauchten Stahlschwellen mit Rippen sind Tabelle 8-4 zusammengestellt.

8.2 Befestigungsmaterial

Bei allen drei Varianten der Stahlschwelle kommt das in Tabelle 8-5 aufgelistete Befesti-gungsmaterial zum Einsatz.

Tabelle 8-5 Befestigungsmaterial

Bezeichnung Material Anzahl [Stck]

Gewicht [kg/Stck]

Doppelter Federring Ø21 Gummizwischenlage 160x150 Hakenschraube M20x65 *) Klemmplatte Kp IV 3 *)

Stahl Gummi Stahl Stahl

4 2 4 4

0.085 0.130 0.375 0.910

*) 2- bis 3-malige Verwendung Tabelle 8-6 faßt die Eingabedaten für die Befestigungsmaterialien für die Stahlschwelle (total 5.74 kg) zusammen. Es wäre es möglich57, die Hakenschrauben und Klemmplatten mehrmals (2- bis 3-mal) auf Nebenstrecken zu verwenden, was aber in der Praxis nicht immer gemacht wird. In Haupt-strecken kommen in der Regel neue Befestigungsmaterialien zum Einsatz, was in dieser Studie bilanziert wird.

Tabelle 8-6 Eingabedaten für die Befestigungsmaterialien der Stahlschwelle

Inputs/Outputs


Transport [km] 58

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Materialien

Federringe kg 0.34 0.34 480 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Gummizwischenlagen kg 0.26 0.26 730 Bahn PE (HD) Hakenschrauben, 2x verw. kg 0.75 1.5 1450 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Klemmplatten, 2x verw. kg 1.82 3.64 650 Bahn * Stahl für Schwellen, unlegiert Transporte


tkm 4.89 - - - Transport, Fracht, Bahn/RER

Output

Befestigungsmaterialien der Stahlschwelle

Stk 1 - - - * SS Befestigungsmaterial


Wie bei der Holzschwelle wird für die Fundationsschicht von einem Verbrauch an Kiessand von 5 m3 bzw. 11.5 t (bei 2.3 t/m3) pro Laufmeter bzw. 5.75 t pro Gleis in einem zweigleisi-gen Gleisbett ausgegangen59. Pro Meter werden bei Stahlschwellen auf geraden Strecken 5.8 t Schotter und in Kurven 7.2 t Schotter verwendet60. Bei einem angenommenen Anteil von 25% Kurven ergibt dies einen

57 gemäß SBB Reglement R 211.1; 01.01.1993 58 die Transportdistanzen für die Befestigungsmaterialien lassen sich aus Künniger und Richter (1998) nicht rekonstruieren. Die Transportdistanzen sind in Analogie zu den Angaben zur Betonschwelle modelliert. 59 gemäß SBB Reglement R 211.1; 01.01.1993

8 Stahlschwelle

53

durchschnittlichen Schotterverbrauch von 6.150 t/m bzw. 3.075 t/m pro Gleis in einem zwei-gleisigen Gleisbett. Die Verbräuche für die Gleisbauarbeiten wurden für die Empa-Studie von der Firma Scheuchzer SA in Lausanne/Schweiz ermittelt und für diese Studie übernommen. Tabelle 8-7 faßt die Eingabedaten für den Totalumbau des Gleisbettes und das Verlegen der Betonschwelle zusammen.

Tabelle 8-7 Eingabedaten für den Totalumbau und Verlegen der Stahlschwelle


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Material

Schotter kg 3075 60 Bahn * Kies/Schotter, gebrochen, ab Mine Schmiermittel kg 0.086 v. v. Schmieröl, ab Werk Energieträger Diesel MJ 72.6 - - Diesel in Baumaschine Transporte



Antransport Schwelle (74.1 kg) tkm 7.41 100 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Abtransport Schotter tkm 184.5 60 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Output Umgebautes Gleisbett m - - - * SS Totalumbau Gleisbett Ausgebauter Schotter kg 3075 - - -

v. vernachlässigt da nicht relevant Im Sinne der in Kapitel 5.2 festgelegten Systemgrenzen wird die Weiterverwendung bzw. -verwertung – und ein allfälliges Substitutionspotential des Schotters als Kiesersatzes – nicht weiter betrachtet.



Die Wartungsarbeiten am Gleisbett entsprechen den Aufwendungen für die Holzschwelle (siehe dazu Tabelle 6-14).


Stahl ist durch äußere Einflüsse der Korrosion ausgesetzt. Bei der atmosphärischen Korro-sion, auf die 80-90% aller Korrosionsschäden61 zurückzuführen sind, bildet die Stahloberflä-che in Reaktion mit Luftsauerstoff und flüssigem Wasser Rost. Die resultierende Oxidschicht haftet nicht auf Dauer auf dem Metall und schützt daher seine Oberfläche nur vorüberge-hend. Für die atmosphärische Korrosion der Stahlschwelle wird von einer jährlichen Korrosions-geschwindigkeit62 von 19.6 µm und für den im Gleisbett befindlichen Teil der Schwelle (Kor-rosion im Boden) von einer jährlichen Korrosionsgeschwindigkeit63 von 10 µm ausgegangen. Dabei wird angenommen, daß etwa 10 Gew.-% des gebildete Rostes in den Boden gelan-gen (Tabelle 7-8)64.

60 gemäß SBB Baudirektion, zitiert nach Künniger und Richter (1998) 61 van Oeteren (1996), zitiert nach Künniger und Richter (1998) 62 Empa-Messung am Standort Dübendorf, zitiert nach Künniger und Richter (1998) 63 van Oeteren (1996), zitiert nach Künniger und Richter (1998) 64 nach Künniger und Richter (1998)


54

Tabelle 8-8 Eingabedaten für Eiseneintrag in den Boden durch Korrosion

Inputs/Outputs Einheit Menge pro Schwelle x a

Transport km

Transport-mittel


Output

Eiseneintrag in Boden kg 0.0137 - - Emissionen in Boden: Eisen

8.5 Rückbau

Die Stahlteile der Stahlschwelle werden vollständig dem Recycling, die Plastikteile der Befe-stigungsmaterialien der Kehrichtverbrennung zugeführt. Die entsprechenden Aufwendungen sind in Tabelle 8-9 zusammengefaßt.

Tabelle 8-9 Eingabedaten für den Rückbau der Stahl


Transport km

Transport-mittel


* = eigener Prozeß

Transporte

Abtransport Schwelle tkm 7.385 100 Bahn Transport, Fracht, Schiene/RER Abtransport Befestigungs-material (5.74 kg)


Output Stahlschwelle (Schrott) kg 73.85 - - - Befestigungsmaterialien Stahl (Schrott)

kg 5.48 - - -

Befestigungsmaterialien Kunst-stoff in KVA

kg 0.26 v. v. Entsorgung, Polyethylen, 0.4% Wasser, in Kehrichtverbrennung

v. vernachlässigt da nicht relevant Im Sinne der in Kapitel 5.2 festgelegten Systemgrenzen werden die Recyclingprozesse – und ein allfälliges Substitutionspotential des rezyklierten Stahls – nicht weiter betrachtet. Die energetischen Aufwendungen für den Rückbau des Gleisbettes und der Abtransport des Schotters werden im Prozeß Totalumbau Gleis (Kapitel 7.2) berücksichtigt.

9 Eingabedaten und Szenarien

55

9 Eingabedaten und Szenarios

In den folgenden Tabellen sind die Szenarien und die entsprechenden Eingabedaten für die vier untersuchten Schwellentypen zusammengestellt. Bei den Holzschwellen werden Szenarien zur Wärmebereitstellung bei der Imprägnierung und zur Endnutzung betrachtet (Tabelle 9-1 und Tabelle 9-2).

Tabelle 9-1 Szenarien und Eingabedaten für die Buchenschwelle Szenarien/Prozesse HS-B.1 HS-B.2 HS-B.3 HS-B.4 HS-B.5 HS-B.6Wärmeerzeugung bei Imprägnierung

mit Restholz x x x

mit Gasfeuerung x x x

Entsorgung

Cu-off (energetische Nutzung im nächsten Lebenszyklus) x x

Wärmerückgewinnung x x

Co-Generation Wärme/Strom x x

HS Herstellung (Buche) p 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333HS Befestigungsmaterialien p 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333HS Imprägnierung Buchenschwelle (Restholzfeuerung) p 0.0333 0.0333 0.0333HS Imprägnierung Buchenschwelle (Gasfeuerung) p 0.0333 0.0333 0.0333HS Totalumbau Gleisbett (Buche) p 0.0199 0.0199 0.0199 0.0199 0.0199 0.0199HS Nutzung (Buche) p 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333HS Wartung Gleisbett p 0.120 0.120 0.120 0.120 0.120 0.120HS Rückbau (Buche) p 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333HS Thermische Nutzung Buche, Wärme p 0.0333 0.0333HS Thermische Nutzung Buche, Wärme & Strom p 0.0333 0.0333

Tabelle 9-2 Szenarien und Eingabedaten für die Eichenschwelle Szenarien/Prozesse HS-E.1 HS-E.2 HS-E.3 HS-E.4 HS-E.5 HS-E.6Wärmeerzeugung bei Imprägnierung

mit Restholz x x x

mit Gasfeuerung x x x

Entsorgung

Cu-off (energetische Nutzung im nächsten Lebenszyklus) x x

Wärmerückgewinnung x x

Co-Generation Wärme/Strom x x

HS Herstellung (Eiche) p 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333HS Befestigungsmaterialien p 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333HS Imprägnierung Eichenschwelle (Restholzfeuerung) p 0.0333 0.0333 0.0333HS Imprägnierung Eichenschwelle (Gasfeuerung) p 0.0333 0.0333 0.0333HS Totalumbau Gleisbett (Eiche) p 0.0199 0.0199 0.0199 0.0199 0.0199 0.0199HS Nutzung (Eiche) p 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333HS Wartung Gleisbett p 0.120 0.120 0.120 0.120 0.120 0.120HS Rückbau (Eiche) p 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333 0.0333HS Thermische Nutzung Eiche, Wärme p 0.0333 0.0333HS Thermische Nutzung Eiche, Wärme & Strom p 0.0333 0.0333 Bei den Stahlschwellen werden neben der Herstellung neuer Schwellen auch die Umarbei-tung verschiedener Altschwellen betrachtet (Tabelle 9-3).


56

Tabelle 9-3 Szenarien und Eingabedaten für die Stahlschwelle Szenarien/Prozesse SS-1 SS-2 SS-3Herstellung

Neue Schwellen x

Umarbeitung Schwellen mit Lochung x

Umarbeitung Schwellen mit Rippen x

SS Hauptmaterialien (neue Schwellen) p 0.0333SS Herstellung (neue Schwellen) p 0.0333SS Umarbeitung (Schwellen mit Lochung) p 0.0333SS Umarbeitung (Schwellen mit Rippen) p 0.0333SS Befestigungsmaterialien p 0.0333 0.0333 0.0333SS Totalumbau Gleisbett p 0.0200 0.0200 0.0200SS Nutzung p 1.0000 1.0000 1.0000SS Wartung Gleisbett p 0.120 0.120 0.120SS Rückbau p 0.03333 0.03333 0.03333

Bei der Betonschwelle wird neben der Grundvariante kein weiteres Szenario betrachtet (Tabelle 9-4).

Tabelle 9-4 Szenarien und Eingabedaten für die Betonschwelle Prozesse BS-1BS Hauptmaterialien p 0.0286BS Herstellung p 0.0286BS Befestigungsmaterialien p 0.0286BS Totalumbau Gleisbett p 0.0171BS Wartung Gleisbett p 0.120BS Rückbau p 0.0286

Im Sinne einer Sensitivitätsanalyse werden in Kapitel 11.3 betrachtet:

• beim Stahlrecycling sowohl der gegenwärtige Anteil an Primärstahl am Gesamtkon-sum (63% Primärstahl)65 als auch der Anteil Primärstahl unter Berücksichtigung der Recyclingeffizienz von Stahl im Sinne eines closed-loop Recyclings (15% Primär-stahl)66

• Schweizer Strommix statt Deutscher Strommix

• Karbonatisierung des Betons, d.h. die Rückbindung der geogenen CO2-Emissionen aus der Zementklinkerherstellung als Langzeiteffekt von Beton

• Veränderte Annahmen zur Imprägnierung der Holzschwellen

65 Quelle: ecoinvent 2.0 66 eigene Abschätzung basierend auf Künniger und Richter (1998)

10 Sachbilanz

57

10 Sachbilanz

Eine ausführliche Sachbilanz eignet sich in der Regel wenig für die Interpretation einer Öko-bilanz. Deshalb werden im Folgenden mehrere Summenparameter auf Sachbilanzebene ausgewertet. Eine vollständige Sachbilanz kann bei Bedarf beim Autor angefragt werden. Um die Vergleiche in diesem und auch im folgenden Kapitel auf eine gleiche funktionale Basis zu stellen, sind sämtliche Indikatorwerte pro Jahr angegeben. Um die Indikatorwerte für einen Lebenszyklus einer Schwelle zu berechen, müssen die Werte mit der jeweiligen Lebensdauer der verschiedenen Schwellen multipliziert werden. Die nach Lebensabschnitten aufgeschlüsselten Hintergrunddaten zu diesem Kapitel sind in Annex 4 ausgewiesen.

10.1 Verbrauch nicht-erneuerbarer und erneuerbarer Energieträger

In Tabelle 10-1 ist der Verbrauch nicht-erneuerbarer und erneuerbarer Energieträger über den Lebenszyklus der untersuchten Schwellen bezogen auf ein Jahr zusammengestellt.

Tabelle 10-1 Verbrauch nicht- erneuerbarer und erneuerbarer Energieträger, pro Jahr Betonschwelle Stahlschwellen

neu umgearbeitet, mit Lochung

umgearbeitet mit Rippen

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 65.98 112.98 62.61 60.66 davon Gleisbau/Wartung (MJ) 49.25 50.45 50.45 50.45

davon Schwelle (MJ) 16.73 62.53 12.16 10.21 Erneuerbare Energie (MJ) 2.16 3.11 2.06 1.96 Eichenschwelle

cut-off, Gas-

feuer. cut-off,

Restholzf. Wärmerückg.Gasfeuer.

Wärmerückg.Restholzf.

WKK, Gasfeuer.

WKK, Restholzf.

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 71.32 70.99 18.04 17.71 0.61 0.27 davon Gleisbau/Wartung (MJ) 49.66 49.66 49.66 49.66 49.66 49.66

davon Schwelle (MJ) 21.66 21.33 -31.62 -31.95 -49.05 -49.39 Erneuerbare Energie (MJ) 2.07 31.36 44.40 73.69 42.92 72.22 Buchenschwelle

cut-off, Gas-

feuer. cut-off,

Restholzf. Wärmerückg.Gasfeuer.

Wärmerückg.Restholzf.

WKK, Gasfeuer.

WKK, Restholzf.

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 84.75 84.42 14.39 14.06 -8.52 -8.85 davon Gleisbau/Wartung (MJ) 49.64 49.64 49.64 49.64 49.64 49.64

davon Schwelle (MJ) 35.11 34.78 -35.25 -35.58 -58.16 -58.49 Erneuerbare Energie (MJ) 2.19 31.49 46.44 75.74 44.50 73.80

Zum Verbrauch nicht-erneuerbarer Energieträger läßt sich Folgendes feststellen:

• Bei allen Schwellentypen tragen Gleisbau und -wartung bis zu 80% des Verbrauchs an nicht-erneuerbaren Energieträgern bei (Ausnahme: neue Stahlschwelle: ca. 45%). Dieser Verbrauch wird zu ca. 55 % durch die Gewinnung des Schotters, zu ca. 35 % durch die Stromerzeugung für den An- und Abtransport des Schotters und zu ca. 20% durch den Dieselverbrauch beim Gleisumbau verursacht.


58

• Der Verbrauch nicht-erneuerbarer Energieträger ist bei einer neuen Stahlschwelle weitaus am größten.

• Umgearbeitete Stahlschwellen verbrauchen leicht weniger nicht-erneuerbare Ener-gieträger als die Betonschwelle.

• Betrachtet man den Lebenszyklus der Holzschwellen ohne die thermische Nutzung, so benötigen sie im Vergleich zur Betonschwelle und zu den umgearbeiteten Stahl-schwellen am meisten nicht-erneuerbare Energieträger. Dazu tragen die im Vergleich zu den anderen Schwellentypen großen Mengen an Befestigungsmaterialien aus Stahl (12.8 MJ/Jahr ), im Falle der Buchenschwelle auch die Herstellung des Impräg-nieröls (ca. 18.6 MJ/Jahr; für die Eichenschwellen ca. 3.7 MJ/Jahr) und in weit gerin-gerem Masse die forstlichen Prozesse (3.4 MJ/Jahr bzw. 4.7 MJ/Jahr) bei (siehe Annex 4).

• Bezieht man die von Gesetzes wegen geforderte thermische Nutzung der Holz-schwellen und die entsprechenden Substitutionseffekte mit ein, so verbrauchen die Holzschwellen inkl. Gleisbau/Wartung bei einer Wärmerückgewinnung noch ca. 25% der von der Beton- und den umgearbeiteten Stahlschwellen verbrauchten nicht-er-neuerbaren Energie. Bei einer Wärme-Kraft-Kopplung wird ungefähr gleich viel fos-sile Energie substituiert, wie über den Lebenszyklus der Holzschwellen inkl. Gleis-bau/Wartung insgesamt verbraucht wurde.

Naturgemäß ist der Verbrauch erneuerbarer Energieträger bei den Holzschwellen am größ-ten. Deutlich ersichtlich ist auch der Effekt des um ein mehrfaches größeren Energiever-brauchs in dem Betrieb, bei dem die Erwärmung der Schwellen und des Imprägnieröls mit Restholz erfolgt. Werden die Holzschwellen als erneuerbare Energieträger thermisch verwertet – was sich im Verbrauch erneuerbarer Energieträger niederschlägt – so führt dies zu den oben diskutierten Substitutionseffekten beim Verbrauch nicht-erneuerbarer Energieträger.

10.2 Verbrauch nicht-erneuerbarer und erneuerbarer Materialien

In Tabelle 10-2 sind der Verbrauch nicht-erneuerbarer und erneuerbarer Materialien zusam-mengefaßt. Diese Indikatoren widerspiegeln den „Totalen Materialverbrauch“ (engl. Total Material Requirement (TMR)), wie er von EUROSTAT zur Ergänzung der Nationalen Buch-haltungen verwendet wird67 und von CEN TC 350 für die Umweltdeklaration von Bauproduk-ten vorgesehen ist.

Tabelle 10-2 Verbrauch nicht-erneuerbarer und erneuerbarer Materialien, pro Jahr Betonschwelle Stahlschwellen

neu umgearbeitet Eichen-schwelle

Buchen-schwelle

Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 162.66 162.87 159.7 156.7 156.7 davon Gleisbau/Wartung (kg) 154.4 159.5 159.5 155.7 155.7

davon Schwelle (kg) 8.23 3.44 0.28 0.99 1.04 Erneuerbare Materialien (kg) 0.00 0.00 0.00 2.34 2.45

Es wird ersichtlich, daß der Gleisbau und dessen Wartung wegen der eingesetzten Schot-termengen den überaus größten Verbrauch an nicht-erneuerbaren Materialien verursachen. Betrachtet man nur die Schwellen ohne Gleis, so verbraucht die Betonschwelle am meisten nicht-erneuerbare Materialien, gefolgt von der neuen Stahlschwelle. Deutlich weniger nicht-erneuerbare Materialien werden von den Holzschwellen verbraucht. Am wenigsten nicht-er-neuerbare Materialien verbrauchen die umgearbeiteten Stahlschwellen, bedingt durch den geringen Einsatz von neuem Stahl bei der Umarbeitung und durch die geringen Mengen an Befestigungsmaterialien für Stahlschwellen.

67 EC (2001)

10 Sachbilanz

59

Der leicht höhere Verbrauch nicht-erneuerbarer Materialien bei der Buchenschwelle im Ver-gleich zur Eichenschwelle stammt aus der Herstellung des Imprägnieröls, das bei der Buchenschwelle in größerer Menge eingesetzt wird. Die Holzschwellen sind die einzigen Schwellen, bei denen erneuerbare Materialien verwen-det werden.

10.3 Radioaktive Abfälle

In Tabelle 10-3 sind die Beiträge der untersuchten Schwellen zu den radioaktiven Abfällen zusammengestellt.

Tabelle 10-3 Radioaktive Abfälle über den Lebenszyklus der Schwellen, pro Jahr Betonschwelle Stahlschwellen

neu umgearbeitet mit Lochung


Radioaktive Abfälle (kg) 1.54E-04 2.20E-04 1.58E-04 1.46E-04 davon Gleisbau/Wartung (kg) 1.28E-04 1.31E-04 1.31E-04 1.31E-04

davon Schwelle (kg) 2.64E-05 8.91E-05 2.67E-05 1.50E-05

Eichenschwelle

cut-off, Gas-

feuer. cut-off,

Restholzf. Wärmerückg. Gasfeuer.

Wärmerückg. Restholzf.

WKK, Gas-feuer.

WKK, Restholzf.

Radioaktive Abfälle (kg) 1.55E-04 1.57E-04 1.56E-04 1.58E-04 2.19E-05 2.45E-05 davon Gleisbau/Wartung (kg) 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04

davon Schwelle (kg) 2.67E-05 2.93E-05 2.75E-05 3.01E-05 -1.06E-04 -1.04E-04

Buchenschwelle

cut-off, Gas-

feuer. cut-off,



WKK, Gas-feuer.

WKK, Restholzf.

Radioaktive Abfälle (kg) 1.60E-04 1.63E-04 1.59E-04 1.62E-04 -1.64E-05 -1.38E-05

davon Gleisbau/Wartung (kg) 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 davon Schwelle (kg) 3.20E-05 3.46E-05 3.14E-05 3.40E-05 -1.44E-04 -1.42E-04

Auch bei den radioaktiven Abfällen fällt auf, daß Gleisbau und -wartung den überaus größ-ten Teil der Abfallmengen generieren, in der Größenordnung von 80%. Sie stammen zu etwa gleichen Teilen aus der Stromerzeugung für das Brechen des Schotters und aus dem An- und Abtransport des Schotters mit der Bahn. Betrachtet man die Abfallmengen der Schwellen ohne Gleisbau und Wartung, so liegen die Mengen bei den Holzschwellen, der Betonschwelle und einer Version der umgearbeiteten Stahlschwelle in etwa in der gleichen Größenordnung. Die Herstellung einer neuen Stahl-schwelle ist mit deutlich höheren, die umgearbeitete Stahlschwelle mit Rippen mit etwas tie-feren Mengen radioaktiven Abfalls verbunden. Deutlich am besten schneiden die Holzschwellen bei deren thermischer Nutzung in einer Wärme-Kraft-Kopplung (WKK) ab, wobei deutlich mehr radioaktive Abfälle vermieden wer-den, als während der Herstellung und Entsorgung der Schwellen (ohne Gleisbau und -War-tung) anfallen. Im Falle der Buchenschwelle übersteigt die vermiedene Menge radioaktiver Abfälle bei der thermischen Nutzung der Schwelle in einer WKK sogar die Menge radioakti-ver Abfälle, die während der Herstellung und Entsorgung der Schwellen inkl. Gleisbau und Wartung anfallen.


60

Der Anfall radioaktiver Abfälle korreliert stark mit der Verwendung von Strom. Läßt man die dominierenden Einflüsse des Gleisbettes beiseite, so lassen sich folgende Verhältnisse aus den Resultaten herauslesen:

• Bei der Betonschwelle (ohne Gleisbau und -wartung) stammen die radioaktiven Abfälle vor allem aus der Herstellung der Hauptmaterialien (ca. 80%, davon ca. 60% aus der Zementproduktion und 40% aus der Herstellung des Armierungsstahls) und aus der Herstellung des Stahls für die Befestigungsmaterialien (ca. 20%).

• Bei den Stahlschwellen dominiert bei der neuen Stahlschwelle die Herstellung des Stahls. Dagegen bleibt die Herstellung der Befestigungsmaterialien im Vergleich unbedeutend. Bei der umgearbeiteten Schwellen dominiert der Herstellungsprozeß. Bei den Schwellen mit Lochung stammen 90% des radioaktiven Abfalls aus der direkten Ver-wendung des Stroms für die Umarbeitung, 10% wird bei der Herstellung des einge-setzten Stahls generiert. Im Gegensatz dazu wird bei der Umarbeitung mit Lochung mehr Stahl verwendet, dessen Herstellung rund 80%, der Stromverbrauch rund 20% des radioaktiven Abfalls aus der Umarbeitung verursacht. Auch bei den umgearbeite-ten Stahlschwellen ist der radioaktive Abfall aus der Herstellung der Befestigungs-materialien von untergeordneter Bedeutung.

• Bei den Holzschwellen stammt die Mehrheit der radioaktiven Abfälle aus der Stahl-produktion/dem Stahlrecycling für die Herstellung der Befestigungsmaterialien (ca. 60 %), zu geringem Teil aus der Herstellung des Imprägnieröls (12 %) und der Imprägnierung (8 %) sowie aus der Herstellung des Schwellenkörpers (12% direkter Stromverbrauch und 8% für die Herstellung des Diesels für die Forstoperationen und Transporte).

11 Wirkungsabschätzung

61


Sämtliche Daten der Wirkungsabschätzung und der Sensitivitätsbetrachtungen sind in Annex A.5 aufgeführt. Die Graphiken beziehen sich auf Angaben pro Jahr. Bei den materialübergreifenden Vergleichen in den folgenden Kapiteln werden die Ökopro-file der untersuchten Schwellen relativ zueinander dargestellt. Die Umweltwirkungen der Schwellen werden dabei relativ zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle (Indikatorwert = 1) ausgewiesen.

11.1 Einzelauswertung

Die Einzelauswertung der Wirkungsabschätzung dient dazu, die Ökoprofile der Schwellen einzeln zu diskutieren und dabei die für das Ökoprofil relevanten Prozesse zu identifizieren. Wie sich herausstellen wird, tragen Gleisumbau, -wartung und Unterhalt maßgeblich zu allen Wirkungskategorien bei. Da diese Prozesse sich für alle Schwellen nur geringfügig, im Falle der Gleiswartung und Unterhalt gar nicht unterscheiden, werden diese Lebensabschnitte in einem eigenen Kapitel für alle Schwellen diskutiert.

11.1.1 Holzschwellen

In Abbildung 11-1 sind die relativen Beiträge der einzelnen Lebensabschnitte zu den betrachteten Wirkungskategorien für die Buchen- und Eichenschwelle ausgewiesen. In absteigender Reihenfolge sind die Betrachtung des Lebenszyklus vor der energetischen Verwertung und nach der energetischen Verwertung mit Wärmerückgewinnung bzw. mit Wärme-Kraft-Kopplung dargestellt. Generell wird das Ökoprofil der Holzschwellen durch die Wirkungen aus Gleisbau, -wartung und Unterhalt dominiert. Bei den Wirkungskategorien zur Ökotoxizität und beim Photosmog stellt sich die Herstellung der relativ großen Mengen an Befestigungsmaterial aus Stahl mit Beiträgen zwischen 40% und 55% als relevant heraus. Beim Klimawandel ist der C-Speichereffekt der Holzschwellen der dominierende Prozeß: Holzschwellen speichern über ihre Lebensdauer in etwa gleichviel CO2 als C wie Treibhausgase aus fossilen Quellen über ihren Lebensweg inkl. Gleisbau, -wartung und Unterhalt freigesetzt werden. Einen dominierenden Einfluß auf das Ökoprofil von Holzschwellen hat weiter die Substituti-onswirkung aus der heute aufgrund der Altholzverordnung üblichen energetischen Verwer-tung. Diese reduziert die Umweltwirkung der Holzschwellen je nach Indikator zwischen 20% und 100%, wobei sich Wärmerückgewinnung und Wärme-Kraft-Kopplung in ihrer Wirkung auf die einzelnen Indikatoren leicht unterscheiden, in ihrer Gesamtwirkung aber grundsätz-lich ähnlich sind. In einigen Wirkungskategorien führt dies dazu, daß die vermiedenen Emissionen aus der Substitution fossiler Energieträger die Emissionen der Holzschwellen aus ihrer materiellen Nutzung inkl. Gleisbau, -wartung und Unterhalt übersteigen. Dies trifft insbesondere im Falle der Buchenschwelle für die Wirkungskategorien Ozonabbau und Photosmog zu, bei einer Nutzung in einer WKK auch für den Klimawandel und den Verbrauch abiotischer Ressourcen (siehe dazu auch Annex 5). Die Ökoprofile der Buchen- und Eichenschwelle unterscheiden sich kaum. Einzig der rund viermal höhere Eintrag an Imprägnieröl in Buchenschwellen wird ersichtlich, einerseits in der Wirkungskategorie abiotischer Ressourcenverbrauch aus dem Verbrauch an Steinkohle und andererseits bei der Ökotoxizität Frischwasser durch die Emissionen aus der Nutzungs-phase. Dieser im Verhältnis geringe Beitrag zu diesem Ökotoxizitätspotential (ca. 3% der


62

Gesamtwirkung) wird durch Benzo(a)pyren-Emissionen in die Luft verursacht, die ausgewa-schen werden. Insgesamt spielt der Einsatz des Imprägnieröls eine untergeordnete Rolle für das Ökoprofil der Holzschwellen.

Buchenschwelle, cut-off

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Klimaw

ande

l

Abiotis

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Überd

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Strato

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zona

bbau

Human

toxizi

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Ökoto

xizitä

t Fris

chwas

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Ökoto

xizitä

t Salz

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Terre

stris

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Ökotoxiz

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Photo

smog

Eichenschwelle, cut-off

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Klimaw

ande

l

Abiotis

cher

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xizitä

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wasse

r

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stris

che

Ökotox

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Photo

smog

Buchenschwelle, Wärmerückgewinnung

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Klimaw

ande

l

Abiotis

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bbau

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Ökoto

xizitä

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r

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he Ö

koto

xizitä

t

Photo

smog

Eichenschwelle, Wärmerückgewinnung

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Klimaw

ande

l

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zona

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Human

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Ökoto

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ser

Ökoto

xizitä

t Salz

wasse

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che

Ökotoxiz

ität

Photo

smog

Buchenschwelle, Wärme-Kraft-Kopplung

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Klimaw

ande

l

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xizitä

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Ökotox

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Photo

smog

Eichenschwelle, Wärme-Kraft-Kopplung

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Klimaw

ande

l

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cher

Res

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Ökoto

xizitä

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Ökotox

izitä

t

Photo

smog

Abbildung 11-1: Relative Beiträge der Lebensabschnitte zum Ökoprofil der Eichen- und Buchenschwellen

Gewichtung der Feuerungsarten bei der Imprägnierung gemäß Produktionsvolumen

Die wichtigsten umweltrelevanten Einflüsse aus der Herstellung der Befestigungsmaterialien stammt aus der Stahlgewinnung bzw. aus dem Stahlrecycling. Diese wird im Detail für die Stahlschwellen im folgenden Kapitel diskutiert und gilt sinngemäß auch für die Stahlteile der Holzschwellen.

11.1.2 Stahlschwelle

In Abbildung 11-2 sind die relativen Beiträge der Lebensabschnitte zum Ökoprofil der neuen Stahlschwelle sowie den umgearbeiteten Stahlschwellen dargestellt.


63

Das Ökoprofil der neuen Stahlschwelle wird durch die Herstellung des Stahls als Hauptmate-rial dominiert, insbesondere in den Wirkungskategorien Ökotoxizität und Photosmog (Bei-träge zwischen 75% und 85%). Eine dominante Rolle spielen auch der Gleisumbau, -war-tung, dies vor allem in den übrigen, Energie-dominierten Wirkungskategorien mit Beiträgen zwischen 40% und 60%. Relativ zu den Beiträgen aus diesen drei Lebensabschnitten sind alle weiteren Lebensabschnitte vernachlässigbar.

Stahlschwellen neu (63% Primärstahl)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Klimawan

del

Ressou

rcen

abiotis

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Ökoto

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Photo

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Umgearbeitete Stahlschwelle (gewichtet)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

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Humantox

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Ökoto

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Photo

smog

Abbildung 11-2: Relative Beiträge der Lebensabschnitte zum Ökoprofil der Stahlschwellen; Gewichtung der Umarbeitungsszenarien bei den Stahlschwellen: 50%/50%

Bei den umgearbeiteten Schwellen nimmt die Bedeutung von Gleisumbau, -wartung und Unterhalt relativ betrachtet deutlich zu, mit Beiträgen zwischen 50% und 80% der Gesamt-wirkung. Dies ist auf den im Vergleich zu einer neuen Stahlschwelle deutlich geringeren Ein-satz von Stahl bei der Umarbeitung zurückzuführen. Die Ökoprofile der beiden Umarbei-tungsvarianten68 unterscheiden sich nicht maßgeblich: die Umweltlasten aus dem Mehrver-brauch von Stahl bei der Umarbeitung mit Lochung im Vergleich zur Umarbeitung mit Rip-pen werden durch einen Minderverbrauch an Strom in etwa kompensiert (s. dazu Annex 5). In den Kategorien zur Ökotoxizität nimmt bei den umgearbeiteten Schwellen nun auch die ökologische Relevanz der Befestigungsmaterialien aus Stahl zu.

68 Gewichtung: 50/50


64

Abbildung 11-3: Relative Beiträge der Bereitstellung von Stahl als Hauptmaterial und als

Befestigungsmaterial Abbildung 11-3 illustriert die relativen Beiträge aus der Stahlbereitstellung für Stahl als Haupt- bzw. als Befestigungsmaterial. Dabei wird wie in Kapitel 5.2 dargelegt von einem den heutigen Verhältnissen entsprechenden Anteil an Primärstahl von 63% ausgegangen. Der Einfluß dieser Annahme auf das Gesamtresultat wird in Kapitel 11.3.1 diskutiert. Bei den nicht toxizitätsbezogenen Wirkungskategorien ist die Gewinnung des Primärstahls der relevanteste Prozeß. Bei den Wirkungskategorien zur Toxizität stammen die dominanten Wirkungen aus dem Stahlrecycling, bei der Humantoxizität etwa gleichbedeutend aus der Gewinnung von Primärstahl und dem Stahlrecycling. Das Warmwalzen verursacht bei allen Wirkungskategorien einen Beitrag von zwischen 10% und 20%, außer beim Ozonabbau, bei dem sich der Beitrag aus dem Warmwalzen auf ca. 40% beläuft. Beim abiotischen Ressourcenverbrauch verantwortet der Verbrauch an Steinkohle zur Ge-winnung von Primärstahl den Hauptbeitrag. Die Verbrennung des Steinkohlekokses bei der Herstellung von Roheisen dominiert dabei den Beitrag zum Treibhauspotential, zur Versaue-rung, zum Photosmog und zur Überdüngung; bei der Überdüngung ist auch ein Entsor-gungsprozeß für die Infrastruktur von Bedeutung. Der Ozonabbau wird durch eine Vielzahl von Prozessen bei der Gewinnung von fossilen Brennstoffen verantwortet, wobei die Emissionen von Halon 1301 und Halon 121 die Bilanz dominieren. Für die Humantoxizität sind mehrere Prozesse verantwortlich, in absteigender Bedeutung: die Sinterung des Eisenerzes, die Entsorgung von Schlacken aus dem Stahlrecyclings, die Anodenherstellung für das Stahlrecycling und die Herstellung des Roheisens. Die Toxizität Frischwasser wird durch Entsorgungsprozesse von Schlacken und Schlämmen aus dem Stahlrecycling verantwortet (ca. 50%), zu einem geringeren Teil auch aus der Her-stellung von Primärstahl und dem Warmwalzen. Ähnlich gelagert ist die Relevanz der Bei-träge zur Marinen Ökotoxizität. Die terrestrische Ökotoxizität wird durch Quecksilberemissionen aus dem Stahlrecycling verursacht.

11.1.3 Betonschwelle

Das Ökoprofil der Betonschwelle wird ohne Berücksichtigung der Beiträge aus Gleisbau und Wartung von der Herstellung der Hauptmaterialien dominiert (Abbildung 11-4).


65

Betonschwelle

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

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Rückbau

Gleiswartung

Gleisumbau

Befestigungsmaterial

Herstellung

Hauptmaterialien

Abbildung 11-4: Relative Beiträge der Lebensabschnitte zum Ökoprofil der Betonschwelle Die Beiträge der Herstellung der Hauptmaterialien schwanken je nach Indikator zwischen 35% und 85%, wobei die relativen Beiträge zu den Wirkungskategorien zur Toxizität tenden-ziell überdurchschnittlich hoch sind. Für die Beiträge zu den Toxizitätskategorien und zum Photosmog ist mehrheitlich (zwischen 50% und 85%) die Herstellung des Armierungsstahls verantwortlich, wobei je nach Wir-kungskategorie verschiedene Prozesse und Stoffe relevant sind, mehrheitlich aber der Sin-terungsprozeß bei der primären Eisenherstellung (Photosmog, Humantoxizität), die Emissio-nen aus dem Umschmelzen von Sekundärstahl (terrestrische Ökotoxizität) und z.T. die Emissionen aus der Entsorgung von Schlacken (Marine Ökotoxizität, Süßwasser Ökotoxizi-tät). Im Folgenden werden die Beiträge der Hauptmaterialien analysiert (Abbildung 11-5).

Abbildung 11-5: Relative Beiträge der Bereitstellung der Hauptmaterialien für die Beton-

schwelle


66

Das Treibhauspotential wird zu rund 70% durch die Zementklinkerproduktion verursacht, das Überdüngungspotential je hälftig durch die Klinkerproduktion und die Gewinnung des Pri-märstahlanteils im Armierungsstahl. Ähnlich sieht das Verhältnis beim Versauerungspoten-tial aus, wobei der Anteil aus der Herstellung des Zementklinkers leicht überwiegt. Bei der Wirkungskategorie Ozonabbau stammen die Hauptbeiträge aus der Gewinnung der fossilen Brennstoffe für die Zementklinkerherstellung. Der abiotische Ressourcenverbrauch ist praktisch ausschließlich auf den Verbrauch fossiler Energieträger zurückzuführen, wie er in verschiedenen Prozessen bei der Herstellung der Hauptmaterialien und zur Herstellung eines Teils des Deutschen Strommixes vorkommt. Ein hauptsächlich verantwortlicher Prozeß ist nicht identifizierbar.

11.1.4 Gleisumbau, Wartung und Unterhalt

Bei den Ökoprofilen aller Schwellenarten erweisen sich Gleisumbau, -wartung und Unterhalt als relevante, z.T. sogar dominierende Prozesse. Die folgenden Aussagen beziehen sich auf den Prozeß Wartung, der bei allen Schwellen als gleich angenommen wird. Sie gelten sinn-gemäß für den Prozeß Gleisumbau.

Abbildung 11-6: Relative Beiträge der Bereitstellung der Prozesse zur Gleiswartung und Unter-

halt Je nach Wirkungskategorie verursachen die Gewinnung des Schotters, die Stromproduktion für die Bahntransporte oder der Dieselverbrauch für die Gleisarbeiten die Hauptbeiträge. Beim abiotischen Ressourcenverbrauch stammen etwa die Hälfte der Beiträge aus der Gewinnung des Diesels für die Wartungsarbeiten, während die andere Hälfte der Beiträge durch die Stromerzeugung für das Brechen des Schotters bzw. für die Transporte verursacht wird. In etwa ähnliche Verhältnisse finden sich für die Wirkungskategorien Versauerung, Überdüngung, Klimawandel, Photosmog und Ozonabbau, wobei die einzelnen Beiträge die-ser Prozesse je nach Wirkungskategorie um +/- 15% schwanken können. Eine gewisse Rolle spielt die Infrastruktur aus Stahl für die Gewinnung des Schotters mit geringen Beiträgen zu den Wirkungskategorien Photosmog, Versauerung und Überdüngung (zwischen 5% bis 8% der Gesamtbeiträge). Das Humantoxische Potential wird zu gut 65% durch die Verbrennungsemissionen von Die-sel für die Gleisarbeiten verursacht, zu einem geringeren Anteil aus dem Dieselverbrauch für die Gewinnung des Schotters. Weitere Beiträge stammen aus der Gewinnung von Stahl (z.B. für die Infrastruktur der Schottergewinnung) und Aluminium für die Infrastruktur der Bahntransporte (z.B. für die Wagons).


67

Das ökotoxische Potential Frischwasser wird durch verschiedene Entsorgungsprozesse aus der Herstellung von Metallen und von Treibstoffen verursacht; die Hauptbeiträge zur marinen Ökotoxizität stammen aus den direkten Emissionen aus den Bohrlöchern für Rohöl, welches hauptsächlich zur Herstellung des Diesels, aber auch für die Herstellung der Brennstoffe zur Stromerzeugung verbraucht wird. Das terrestrische Ökotoxizitätspotential wird durch die Einträge verschiedener Metalle aus der Stahlherstellung für Transmissionsleitungen, Infra-struktur für den Schotterabbau oder für die Infrastruktur der Bahntransporte verursacht.

11.2 Materialübergreifender Vergleich

In Abbildung 11-7 sind die Resultate der Wirkbilanz für alle Schwellenarten und Szenarien relativ zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle dargestellt.

-1.000 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000

Klimawandel


Versauerung

Überdüngung

Stratosphärischer Ozonabbau

Humantoxizität




Photosmog

Betonschwelle Stahlschwelle neu Stahlschwelle, umgearbeitet

Buchenschwelle, cut-off Buchenschwelle, Wärmerückgewinnung Buchenschwelle WKK

Eichenschwelle, cut-off Eichenschwelle Wärmerückgewinnung Eichenschwelle WKK

Abbildung 11-7: Vergleich der Umweltwirkung aller Schwellen und untersuchten Szenarien rela-

tiv zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle Gewichtung der Feuerungsarten bei der Imprägnierung gemäß Produktionsvolumen;

Gewichtung der Umarbeitungsszenarien bei den Stahlschwellen: 50%/50%


68

Aus obiger Abbildung wird ersichtlich:

• Neue Stahlschwelle schneiden in allen Wirkungskategorien mit den höchsten Beiträ-gen am schlechtesten ab,

• Die Auswirkung der anderen untersuchten Schwellen müssen detaillierter interpretiert werden, was im Folgenden geschieht.

Abbildung 11-8 vergleicht die Umweltwirkungen der umgearbeiteten Stahlschwelle und die beiden Holzschwellen relativ zur Betonschwelle vor der thermischen Nutzung der Holz-schwelle.

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

Klimawandel


Versauerung

Überdüngung


Humantoxizität




Photosmog


Buchenschwelle, cut-off Eichenschwelle, cut-off

Abbildung 11-8: Vergleich der Umweltwirkung der Schwellen relativ zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle vor der thermischen Nutzung der Holzschwelle

Gewichtung der Feuerungsarten bei der Imprägnierung gemäß Produktionsvolumen; Gewichtung der Umarbeitungsszenarien bei den Stahlschwellen: 50%/50%

Die Umweltwirkungen der umgearbeiteten Stahlschwellen liegen in allen Kategorien unter den Umweltwirkungen der Betonschwelle; mit Ausnahme der Wirkungskategorie Klimawan-del schneiden die Holzschwellen im Vergleich zur Betonschwelle schlechter ab. Der tiefe Wert bei der Wirkungskategorie Klimawandel ist auf die C-Speicherwirkung der Holz-schwellen zurückzuführen. Betrachtet man nur die Treibhausgasemissionen aus fossilen


69

Brennstoffen, schneiden die Holzschwellen mit einem relativen Beitrag von ca. 90% bis 95% des Beitrags der Betonschwelle besser ab als die Betonschwelle (siehe dazu auch Kapitel 13). Bei der ausschließlichen Betrachtung des „Materialaspektes“ der Holzschwellen vor der energetischen Verwertung weist die Eichenschwelle ein leicht vorteilhafteres Umweltprofil auf als die Buchenschwelle. Bei obiger Betrachtungsweise – ohne die von Gesetzes wegen heute übliche energetische Verwertung der Holzschwellen – wird aber der Lebenszyklus der Holzschwellen nur unvoll-ständig abgebildet. In den folgenden Abbildungen werden als Standardszenario die ener-getische Verwertung zur Wärmerückgewinnung (Abbildung 11-9) und im Sinne eines Aus-blicks die energetische Verwertung in einer Wärme-Kraft-Kopplung (Abbildung 11-10) darge-stellt.

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Klimawandel


Versauerung

Überdüngung


Humantoxizität




Photosmog



Abbildung 11-9: Vergleich der Umweltwirkung der Schwellen relativ zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle; Wärmerückgewinnung bei den Holzschwellen


Bezieht man die aufgrund der Altholzverordnung heute übliche energetische Verwertung der Holzschwellen mit ein, so läßt sich Folgendes festhalten:


70

• Die Holzschwellen schneiden im Vergleich zu umgearbeiteten Stahlschwellen und Betonschwellen mit Ausnahme der Wirkungskategorie Überdüngung in allen Wir-kungskategorien z.T. deutlich am besten ab. Die Beiträge zur Wirkungskategorie Überdüngung unterscheiden sich bei allen vier untersuchten Schwellenarten nicht signifikant;

• Bei einigen Wirkungskategorien sind die vermiedenen Emissionen aus der Substituti-onswirkung größer als die direkten Emissionen aus dem Lebenszyklus der Schwel-len, insbesondere beim Klimawandel, aber z.T. auch beim abiotischen Ressourcen-verbrauch, dem stratosphärischen Ozonabbau oder dem Photosmog;

-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Klimawandel


Versauerung

Überdüngung


Humantoxizität

ÖkotoxizitätFrischwasser


TerrestrischeÖkotoxizität

Photosmog


Buchenschwelle WKK Eichenschwelle WKK

Abbildung 11-10: Vergleich der Umweltwirkung der Schwellen relativ zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle; Wärme-Kraft-Kopplung bei den Holzschwellen


• Die Buchenschwellen haben durch die höheren Gutschriften aus der energetischen Verwertung – wegen ihrer größeren Holzdichte (atro) und dem höheren Anteil Imprä-gnieröl – ein geringfügig besseres Ökoprofil als die Eichenschwellen, obwohl die Eichenschwelle bis vor ihrer thermischen Nutzung leicht besser abschneidet;


71


11.3 Sensitivitätsbetrachtungen

Methodische Annahmen wie die Annahme zum Rezyklatanteil in Metallen oder die Wahl des Strommixes haben sich in Ökobilanzen als Einflußgrößen herausgestellt, die u.U. entschei-denden Einfluß auf die Resultate haben können. Die Bedeutung solcher Annahmen wird in den folgenden Kapiteln untersucht. Im Weiteren wird dargestellt, wie sich die Resultate ändern, wenn der bei allen Schwellentypen als gleich angenommene Lebensabschnitt des Gleisunterhalts/Wartung nicht in die Graphiken einbezogen wird.

11.3.1 Einfluß des angenommenen Rezyklatanteils für Stahl

Der Anteil an Primärstahl am weltweit verwendeten Stahl liegt heute um die 63%; 37% sind rezyklierter Elektrostahl. Als Standardannahme wird in dieser Studie mit diesen Verhältnis-sen von Primär- und Recyclingstahl gerechnet, entsprechend dem sogenannten „cut-off“ Ansatz. Weil die heute verfügbare Menge an rezyklierbarem Stahl maßgeblich vom früheren Stahl-konsum bestimmt wird und obiger Ansatz nicht die produktspezifische Recyclingrate und -effizienz berücksichtigt, wird von der Metallindustrie der „closed-loop“ Ansatz bevorzugt69. Dieser Ansatz berücksichtigt die Recyclingeffizienz am Ende des Lebenszyklus eines Pro-duktes und ergänzt die Materialverluste aus dem Lebenszyklus mit Primärstahl (Abbildung 11-11). Damit ergibt sich unter Berücksichtigung heutiger Sammel-, Sortier- und Umschmelzverluste ein Rezyklatanteil von rund 85 %.

Primärstahl

Elektrostahl

63%

37%

Recycling

Primärstahl

Elektrostahl85%

15%

„Cut-off“ Ansatz „closed-loop“ Ansatz

Primärstahl

Elektrostahl

63%

37%

Recycling

Primärstahl

Elektrostahl85%

15%

„Cut-off“ Ansatz „closed-loop“ Ansatz

Abbildung 11-11: Der “cut-off” und der “closed-loop” Ansatz zur Modellierung des Stahlrecyc-

lings Als Sensitivitätsanalyse wird dieser „closed-loop“ Ansatz für den bei allen Schwellen einge-setzten Stahl verwendet; die Resultate sind in Abbildung 11-12 zusammengestellt und in Anhang 5 dokumentiert. Es läßt sich Folgendes feststellen:

• Die umgearbeiteten Stahlschwellen weisen nach wie vor das günstigere Ökoprofil auf als die Betonschwellen

• Bei den Kategorien zur Ökotoxizität und Humantoxizität haben sich die Wirkungen der drei Schwellen angenähert. Bei der Ökotoxizität Salzwasser und der Humantoxi-

69 Atherton (2007)


72

ität schneiden die beiden Holzschwellen nach wie vor am günstigsten ab; bei der Ökotoxizität Frischwasser schneiden nun die umgearbeiteten Stahlschwellen leicht besser ab als die Holzschwellen; bei der terrestrischen Ökologie lassen sich keine signifikanten Unterschiede feststellen.

• Bei allen anderen Wirkungskategorien – Klimawandel, abiotischer Ressourcenver-brauch, Versauerung, Stratosphärischer Ozonabbau und Photosmog schneiden nach wie vor die Holzschwellen deutlich am besten ab.

Die Wahl des Rezyklatanteils für Stahl erweist sich als sensitive Annahme. Während sich die Wirkungskategorien zur Öko- und Humantoxizität angleichen, schneiden die Holz-schwellen bei allen anderen Wirkungskategorien nach wie vor am besten ab.

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

Klimawandel


Versauerung

Überdüngung


Humantoxizität




Photosmog



Abbildung 11-12: Sensitivitätsbetrachtung mit produkt-bezogenem Rezyklatanteil für Stahl: Vergleich der Umweltwirkung der Schwellen relativ zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle; Wärmerückgewinnung bei den Holzschwellen



73

11.3.2 Einfluß der Wiederverwendung von Betonschwellen

Nach Auskunft der Deutschen Bahn werden heute zwischen 10% und 20% der ausgebauten Betonschwellen umgearbeitet70. Dazu werden ausgebaute Schwellen in einem ersten Schritt auf ihre Weiterverwendbarkeit geprüft. Bei geeigneten Schwellen werden die Dübel mit Druckluft herausgesprengt und neue Dübel gesetzt, um die geforderte Spurbreite wieder zu gewährleisten. Sämtliche Befestigungen werden danach ersetzt. Am eigentlichen Schwellen-körper werden keine weiteren Arbeiten vorgenommen. In Abbildung 11-13 wird davon ausgegangen, daß 20% der eingesetzten Betonschwellen aus wiederverwendeten Schwellen bestehen. Das bedeutet, daß nur 80% der Hauptmateria-lien und der Herstellung der Betonschwelle verrechnet werden. Dabei wird der Aufwand für die Umarbeitung vernachlässigt:

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

Klimawandel


Versauerung

Überdüngung


Humantoxizität




Photosmog



Abbildung 11-13: Sensitivitätsbetrachtung unter der Annahme, daß 20% der Betonschwellen wiederverwendet werden: Vergleich der Umweltwirkung der Schwellen relativ zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle; Wärmerückgewinnung bei den Holz-schwellen


70 Deutsche Bahn, Beschaffung Oberbaumaterial, Hr. H. Jäger


74

Da auch das Ökoprofil der Betonschwelle von den Arbeiten für das Gleisbett dominiert wird, wirkt sich die Annahme einer 20%-igen Wiederverwendung nicht wesentlich auf den Ver-gleich der Schwellen aus. Insgesamt ändern sich die Grundaussagen aus Kapitel 11.2 nicht.

11.3.3 Einfluß des Strommixes: Schweizer Strommix statt deutscher Strommix

Im Sinne einer Sensitivitätsanalyse wird der deutsche Strommix in allen in dieser Studie modellierten Prozessen durch den Schweizer Strommix (Konsummix) eingesetzt. Im Ver-gleich zum deutschen Strommix weist der Schweizer Strommix einen deutlich geringeren Anteil an mit fossilen Energieträgern erzeugtem Strom auf. Dies widerspiegelt sich in Abbildung 11-14:

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Klimawandel


Versauerung

Überdüngung


Humantoxizität




Photosmog



Abbildung 11-14: Sensitivitätsbetrachtung mit Schweizer Strommix: Vergleich der Umweltwir-kung der Schwellen relative zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle; Wär-merückgewinnung bei den Holzschwellen



75

Da das Ökoprofil von mit Wasserkraft erzeugtem Strom günstiger ist als Strom aus fossilen Energiequellen, fallen die Ökoprofile der Schwellen allgemein günstiger aus (siehe Annex 5). Um so bedeutender tritt bei den Holzschwellen im Vergleich zu Abbildung 11-9 die Gutschrift aus der Substitution fossiler Energieträger aus der thermischen Nutzung zu Tage. Insgesamt ändern sich die Grundaussagen aus Kapitel 11.2 nicht.

11.3.4 Karbonatisierung von Beton

Eine Umweltwirkung von Beton, die in letzter Zeit vermehrt in Ökobilanzen berücksichtigt wird, ist die Rückbindung von geogenem CO2, das bei der Herstellung von Zementklinker freigesetzt wird. Dieser Effekt wird auch als Karbonatisierung bezeichnet. Pro kg Zementklinker werden aus der Umwandlung von CaCO3 zu CaO ca. 0.54 kg geoge-nes CO2 freigesetzt71. Diese Menge CO2 kann über lange Zeiträume betrachtet theoretisch vollständig rückgebunden werden72. In Abbildung 11-15 ist die Relevanz der Karbonatisie-rung relativ zur Betonschwelle ohne Karbonatisierung für die Wirkungskategorie Treibhaus-effekt dargestellt (Klinkergehalt des Zements: 90%).

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Betonschwelle

Betonschwelle (minus geogenesCO2)

Stahlschwelle, umgearbeitet

Buchenschwelle,Wärmerückgewinnung

EichenschwelleWärmerückgewinnung

Abbildung 11-15: Sensitivitätsbetrachtung: Karbonatisierung: Vergleich der Beiträge zum

Treibhauseffekt der Schwellen relative zu den Umweltwirkungen der Beton-schwelle; Wärmerückgewinnung bei den Holzschwellen


Die Treibhauswirkung der Betonschwelle reduziert sich durch die Karbonatisierung um rund 10%. Insgesamt ändern sich die Grundaussagen aus Kapitel 11.2 nicht.

11.3.5 Sensitivität der Annahmen zur Imprägnierung der Holzschwellen

Um die Robustheit der Annahmen zur Imprägnierung der Holzschwellen zu prüfen, wurde folgendes Szenario gerechnet:

• Masse-bezogene Allokation des Verkokungsprozesses, d.h. die Verkokung von 1.38 kg Steinkohle werden 1 kg Rohteer alloziert (statt 0.714 kg bei ökonomischer Alloka-tion),

• Effizienz der Abluftreinigungssysteme bei der Imprägnierung nur 95% (statt 99%),

• Verdunstung von 10% des eingetragenen Imprägnieröls über die Nutzungsdauer der Schwellen (statt 5%).

71 Kellenberger, Althaus et al. (2003) 72 Kjellsen, Guimaraes et al. (2005)


76

Das Ergebnis dieses Szenarios ist in Abbildung 11-16 dargestellt.

-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Klimawandel


Versauerung

Überdüngung


Humantoxizität




Photosmog



Abbildung 11-16: Sensitivitätsbetrachtung: Veränderte Annahmen zur Imprägnierung der Holz-schwellen


Sämtliche Wirkungskategorien insbesondere der Buchenschwelle sind jetzt geringfügig höher als in Abbildung 11-9. Insgesamt ändern sich die Grundaussagen aus Kapitel 11.2 nicht.

11.3.6 Materialübergreifender Vergleich ohne Gleiswartung/Unterhalt

Der Lebensabschnitt des Gleisunterhalts/Wartung wird bei allen Schwellentypen als gleich angenommen. In Abbildung 11-17 wird deshalb das Ökoprofil der Schwellen ohne Gleiswar-tung/Unterhalt im Standardszenario mit Wärmerückgewinnung bei den Holzschwellen dar-gestellt.


77

-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

Klimawandel


Versauerung

Überdüngung


Humantoxizität




Photosmog



Abbildung 11-17: Sensitivitätsbetrachtung: Vergleich der Umweltwirkung der Schwellen relative zu den Umweltwirkungen der Betonschwelle; ohne Gleisunterhalt/Wartung; Wär-merückgewinnung bei den Holzschwellen


Auch in dieser Abbildung widerspiegelt sich der große Einfluß des Gleisbettes und insbe-sondere der Wartungsarbeiten auf das Ökoprofil der Schwellen. Im Vergleich zu Abbildung 11-9 hat sich das vorteilhafte Ökoprofil der Holzschwellen noch akzentuiert. In mehreren Umweltkategorien übersteigen nun die Gutschriften aus der Substitution fossiler Energieträ-ger bei der thermischen Nutzung die Umweltwirkungen aus der „materiellen“ Nutzung der Holzschwellen deutlich. Insgesamt ändern sich die Grundaussagen aus Kapitel 11.2 nicht.


78

12 Schlußfolgerungen aus der Ökobilanz

In der vorliegenden Ökobilanz werden die Ökoprofile von Beton-, Buchen-, Eichen- und mehreren Stahlschwellen gemäß EN/ISO 14040ff berechnet und miteinander verglichen. Dabei wird der ganze Lebenszyklus der Schwellen von der Herstellung der Hauptmaterialien und Befestigungsmaterialien über die Nutzung bis hin zum Rückbau betrachtet. Zusätzlich werden anteilmäßig der Gleisumbau inkl. Verlegung der Schwellen sowie Gleiswartung und Unterhalt berücksichtigt, da sich der Gleisaufbau je nach Schwellentyp unterscheidet. Die Arbeit aktualisiert eine von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsan-stalt (Empa) im Jahr 1998 erstellten Ökobilanz. Maßgebende Aktualisierungen umfassen:

• Aktualisierung der Prozeßdaten, insbesondere der Holzschwelle (s. unten),

• Verwendung der im November 2007 für alle Prozesse aktualisierten Datenbank ecoinvent 2.0. Dies betrifft für diese Studie relevante Prozesse zur Zement- und Stahlherstellung, Transporte, Strommixe, Entsorgungsprozesse, etc.

• Verwendung aktualisierter Bewertungsmethoden für alle Wirkungskategorien. Von Bedeutung sind hier insbesondere die Wirkungskategorien zur Human- und Ökotoxi-zität. In diesen Wirkungskategorien wird im Gegensatz zur Empa-Studie explizit die Verteilung und Exposition (engl. fate and exposure) der Emissionen berücksichtigt. Dies ermöglicht es, die Wirkung chronischer Belastungen in Ökobilanzen besser abzubilden.

• Anpassung der Studie an deutsche Verhältnisse. Somit wird in der Studie der deut-sche Strommix verwendet und für die Liegedauern der Schwellen die Verhältnisse der Deutschen Bahn zugrunde gelegt.

• Neuberechnung des Wartungsaufwandes für alle Schwellen. Die Daten für die Stahl- und Betonschwellen wurden mehrheitlich der Empa-Studie entnom-men. Damit sind etwaige Optimierungen im Herstellungsprozeß oder beim Design für diese Schwellen nicht berücksichtigt. Es ist aber anzunehmen, daß deren Einfluß auf die Ökobi-lanz im Vergleich zum Einfluß der Hintergrunddaten, z.B. zur Zement- oder Stahlherstellung, von untergeordneter Bedeutung ist. Bei den Holzschwellen wurden die Ökobilanzdaten über den gesamten Lebensweg aktuali-siert. Dadurch konnte die z.T. unbefriedigende Datenlage in der Empa-Studie verbessert sowie maßgebliche Prozeßoptimierungen berücksichtigt werden. Diese Aktualisierungen umfassen u.a.:

• Bilanzierung der Forstprozesse für Buchen und Eichen basierend auf Untersuchun-gen der Universität Hamburg,

• Aktualisierung der Daten zur mechanischen Bearbeitung und Imprägnierung auf-grund der Angaben von zwei Herstellern,

• Aktualisierung der Daten zur Herstellung des Imprägnieröls aufgrund der Angaben eines Herstellers und der Allokation des Destillationsprozesses basierend auf den heutigen wirtschaftlichen Gegebenheiten des Herstellers,

• Aktualisierung der Allokation des Verkokungsprozesses zu Rohteer basierend auf den heutigen wirtschaftlichen Gegebenheiten einer deutschen Kokerei,

• Ausschließliche Verwendung von Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991,

• Reduzierte Einbringmengen von Imprägnieröl gemäß Herstellerangaben zur prakti-schen Anwendung von DIN 68811:2007-01,

12 Schlussfolgerungen aus der Ökobilanz

79

• Abschätzung der Emissionen aus der Imprägnierung aufgrund von Daten der U.S Environmental Protection Agency,

• Abschätzung der Emissionen während der Liegedauer der Holzschwellen basierend auf aktualisierten Einbringmengen und der stark reduzierten Verdunstungsneigung von Imprägnieröl Typ C,

• Gesetzeskonforme thermische Nutzung der Altschwellen und Verwendung aktuali-sierter Daten zu den resultierenden Emissionen,

• Berücksichtigung des Substitutionseffektes der thermischen Nutzung von Holz-schwellen, d.h. der Verbrennung von Holzschwellen anstelle von fossilen Energieträ-gern, gestützt auf extra für diese Studie durchgeführte Laboruntersuchungen zum Heizwert von Altschwellen.

Die Ergebnisse der Studie lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Generell wird das Ökoprofil aller Schwellen durch die Wirkungen aus Gleisbau, -war-tung und Unterhalt dominiert.

• Neue Stahlschwellen schneiden in allen untersuchten Wirkungskategorien mit Abstand am schlechtesten ab. Dies gilt auch bei Berücksichtigung produktspezifi-scher Recyclingraten für Stahls. In Deutschland werden (im Gegensatz zur Schweiz) gegenwärtig allerdings keine neuen Stahlschwellen mehr verwendet.

• Umgearbeitete, d.h. nach Reparaturarbeiten wiederverwendete Stahlschwellen schneiden in allen Wirkungskategorien besser ab als die Betonschwelle. Allerdings werden zur Zeit in Deutschland zumindest bei der Deutschen Bahn kaum umgear-beitete Stahlschwellen eingesetzt.

• Bei Berücksichtigung der thermischen Nutzung schneiden die Holzschwellen im Ver-gleich zu umgearbeiteten Stahlschwellen und Betonschwellen in allen Wirkungskate-gorien z.T. deutlich am besten ab, mit Ausnahme der Wirkungskategorie Überdün-gung. Die Beiträge zur Wirkungskategorie Überdüngung unterscheiden sich bei allen vier untersuchten Schwellenarten nicht signifikant.

• Bei einigen Wirkungskategorien können die vermiedenen Emissionen aus der Substitutionswirkung der energetischen Verwertung der Holzschwellen größer sein als die direkten Emissionen aus dem Lebenszyklus der Schwellen, so beim Klima-wandel, aber auch beim abiotischen Ressourcenverbrauch, dem stratosphärischen Ozonabbau oder dem Photosmog.

• Die Ökoprofile der Buchen- und Eichenschwelle unterscheiden sich kaum.

• Die Umstellung auf Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 und die Einbringung nach DIN 68811:2007-01 hat dazu geführt, daß die Verwendung von Imprägnieröl im Ver-gleich zu früheren Studien nunmehr eine untergeordnete Rolle für das Ökoprofil der Holzschwellen spielt.


• Holzschwellenschwellen speichern über ihre Lebensdauer in etwa gleichviel CO2 als C, wie Treibhausgase aus fossilen Quellen über ihren Lebensweg inkl. Gleisbau, -wartung und Unterhalt freigesetzt werden. Bei konsequenter thermischer Nutzung von Altschwellen – vorzugsweise in Wärme-Kraft-Kopplungen – wird durch die Sub-stitution fossiler Energieträger etwa gleichviel CO2 vermieden, wie über den Lebens-zyklus der Holzschwellen inkl. Gleisbau und -unterhalt emittiert wird. So sind Holz-schwellen bei nachhaltiger Waldbewirtschaftung nicht nur hinsichtlich ihres biogenen Kohlendioxids CO2-neutral, sondern auch hinsichtlich des CO2 aus fossilen Quellen.

• Zur Zeit werden bei der Deutschen Bahn nur Betonschwellen zu 10% bis 20% wiederverwendet. Dadurch läßt sich der Herstellungsaufwand reduzieren, was sich


80

aber aufgrund der großen Bedeutung des Aufwandes für das Gleisbett nicht wesent-lich auf das Ökoprofil der Betonschwelle auswirkt.

Aus der Ökobilanz lassen sich für die Schwellen folgende Strategien zur Verbesserung ihrer Ökoprofile ableiten:

• Aufgrund der Dominanz des Gleisumbaus und der Gleiswartung ist jede technische Maßnahme geeignet, das Ökoprofil von Schwellen zu verbessern, welche den Ver-brauch von neuem Schotter bzw. dessen Transport reduziert. Darunter fällt z.B. eine „Besohlung“ der Betonschwelle mit speziellen Elastomeren.

• Die Liegedauer der Schwellen ist ein entscheidender Einflußfaktor für das Ökoprofil aller Schwellen. Die Entwicklung und Umsetzung technischer Möglichkeiten zur Ver-längerung der Lebensdauer der Schwellen und zur Verlängerung des Unterhaltsin-tervalls stellt eine Kernstrategie für alle Schwellen dar.

• Bei den Holzschwellen haben sich verschiedene Prozeßoptimierungen bewährt. Ins-besondere die Umstellung auf Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 mit Einbring-mengen nach Deutscher Norm DIN 68811:2007-01 und die heute übliche energeti-sche Verwertung der Holzschwellen zahlt sich aus. Damit sind die Umweltwirkungen der vergleichsweise großen Mengen an Befestigungsmaterial bei Holzschwellen in den Fokus gerückt. Eine Reduzierung der eingesetzten Stahlmengen, eine verstärkte Wiederverwendung von Befestigungsmaterialien oder auch die Entwicklung besser wieder verwendbarer Befestigungsmaterialien könnten das Ökoprofil von Holz-schwellen weiter verbessern.

• Bei den Stahlschwellen steht nach wie vor die Umarbeitung von Stahlschwellen im Vordergrund; die Herstellung von Stahlschwellen aus Neustahl und selbst aus Recyclingstahl weisen dagegen ein schlechteres Ökoprofil auf. Möglichkeiten zur Reduktion des eingesetzten Stahls pro Schwelle über ein verändertes Design der Schwelle wären zu prüfen, wobei die Materialeinsparung nicht zu Lasten der Lebens-dauer gehen darf.

• Auch bei den Betonschwellen steht die Prüfung der Möglichkeiten zur Reduktion des eingesetzten Betons und Armierungsstahls pro Schwelle über ein verändertes Design im Vordergrund, wobei auch hier die Materialeinsparung nicht zu Lasten der Lebens-dauer bzw. der Möglichkeit der Wiederverwendung gehen darf. Auch wäre der Ein-satz von rezykliertem, gebrochenem Beton als Kiesersatz zumindest in einer Ökobi-lanz zu prüfen.

Aufgrund verschiedener Sensitivitätsanalysen können diese Schlußfolgerungen als robust bezeichnet werden, auch wenn die Ökoprofile der Stahlschwellen und der Betonschwelle auf älteren Prozeßdaten beruhen. Abschließend kann festgehalten werden, daß aufgrund maßgeblicher prozeß-technischer und ökonomischer Veränderungen über den Lebenszyklus der Holzschwellen sowie durch die Verfügbarkeit aktualisierter Daten zu den Emissionen aus der Imprägnierung, Nutzung und energetischen Verwertung von Holzschwellen die Ergebnisse der Empa-Studie (Künni-ger und Richter 1998) – zumindest für Mitteleuropa – als überholt angesehen werden kön-nen.

13 Treibhausgaswirkung von Holzschwellen

81


Holzschwellen tragen wie alle Holzprodukte auf vielfältige Weise zur Minderung des Treib-hauseffektes bei73:

• CO2 wird der Atmosphäre beim Wachstum eines Baumes entzogen und im Holz als Kohlenstoff eingelagert. Dabei wird über die Bildung von Ästen, Laub und Wurzeln weit mehr C eingelagert als im tatsächlich genutzten Holz. Dies gilt insbesondere auch für den Waldboden als C-Speicher, der in Wäldern der temperierten Zone oft größer ist als der in der lebenden Baumbiomasse gespeicherte C-Vorrat.

• Dieser C-Speichereffekt von Bäumen kann bei der Nutzung von langlebigen Holzpro-dukten entsprechend verlängert werden, wobei bei nachhaltiger Waldwirtschaft im Wald neues CO2 anstelle des gefällten Baumes absorbiert werden kann.

• Die Herstellung von Holzprodukten ist in der Regel mit weniger CO2-Emissionen aus fossilen Energieträgern verbunden als funktional gleichwertige Produkte. Dies rührt nicht zuletzt daher, daß ein Teil des anfallenden Restholzes energetisch für die Her-stellung von Holzprodukten verwendet werden kann. Dieser Effekt wird im Folgenden als Materialsubstitution bezeichnet.

• Am Ende ihrer Lebensdauer können Holzprodukte thermisch verwendet werden, wodurch fossile Energieträger zur Wärmeerzeugung ersetzt werden können. Dieser Effekt wird im Folgenden als energetische Substitution bezeichnet.

Die Größenordnungen der drei letztgenannten Effekte sind basierend auf den Ökobilanzer-gebnissen in Abbildung 13-1 pro Jahr dargestellt.

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Betonschwelle


Buchenschwelle

Eichenschwelle

kg CO2-Äq./Jahr

C-Speicherung in Holz Energetische Substitution Emissionen aus fossilen Energieträgern Abbildung 13-1: Treibhausgaswirkung der untersuchten Schwellen (ohne neue Stahlschwelle);

C-Speicherung, energetische Substitution und fossile Emissionen über den Lebenszyklus (pro Jahr)


73 siehe dazu z.B. Marcea und Lau (1992); Buchanan und Honey (1994); IPCC (1997); Marland und Schlamadinger (1998); Skog und Nicholson (1998); Buchanan und Levine (1999); Pingoud und Lehtilä (2002); Sedjo (2002); Werner, Taverna et al. (2006); IPCC (2007); Sathre (2007); Taverna, Hofer et al. (2007); Werner und Richter (2007)


82

Es wird ersichtlich, daß die Treibhausgasemissionen aus der materiellen Nutzung aller Schwellen in etwas der gleichen Größenordnung liegen. Umgearbeitete Stahlschwellen sind tendenziell mit weniger, die Betonschwelle mit geringfügig mehr Emissionen verbunden. Ebenfalls in der gleichen Größenordnung (mit umgekehrtem Vorzeichen!) liegen die Substi-tutionseffekte durch die Vermeidung der Nutzung fossiler Energieträger sowie die C-Spei-cherung in den Holzschwellen. Werden die fossilen Emissionen aus der materiellen Nutzung mit der Substitutionswirkung der thermischen Nutzung verrechnet (Abbildung 13-2; Angaben pro Jahr), so reduzieren sich die fossilen Emissionen der Holzschwellen auf rund 16% der Betonschwelle bzw. 13% der umgearbeiteten Stahlschwelle.

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Betonschwelle


Buchenschwelle

Eichenschwelle

kg CO2-Äq./Jahr

C-Speicherung in Holz Emissionen aus fossilen Quellen minus energetische Substitution

Abbildung 13-2: Treibhausgaswirkung der untersuchten Schwellen (ohne neue Stahlschwelle); C-Speicherung und resultierende fossile Emissionen aus der materiellen Nut-zung und Wärmerückgewinnung (pro Jahr)


Werden die Holzschwellen gar in einer Wärme-Kraft-Kopplung thermisch verwertet, so wer-den durch die thermische Nutzung mehr Emissionen vermieden als über den Lebenszyklus der Schwellen inkl. Gleisumbau, -wartung und Unterhalt freigesetzt werden (Abbildung 13-3).

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Betonschwelle


Buchenschwelle

Eichenschwelle

kg CO2-Äq./Jahr

C-Speicherung in Holz Emissionen aus fossilen Quellen minus energetische Substitution Abbildung 13-3: Treibhausgaswirkung der untersuchten Schwellen (ohne neue Stahlschwelle);

C-Speicherung und resultierende fossile Emissionen aus der materiellen Nut-zung und thermischen Nutzung in einer Wärme-Kraft-Kopplung (pro Jahr)



83

Es lohnt sich, diese Zahlen in Relation zum heutigen Schienennetz Deutschlands zu setzten. Dabei wird von folgenden Annahmen ausgegangen:

• Schienennetz: 42'000 km bei 1700 Schwellen pro km = 71’400'000 Schwellen

• Anteile: Beton 52%, Stahlschwellen neu 0%, Stahlschwellen umgearbeitet 8%, Holz-schwellen 40% (davon 40% Eichen-, 60% Buchenschwellen)

• Energetische Verwertung zur Wärmerückgewinnung Dabei wird von den in Tabelle 13-1 zusammengestellten Werten ausgegangen:

Tabelle 13-1 Treibhauswirkung von Holzschwellen, pro Jahr und pro Schwelle über 30 Jahre kg CO2/(Schwelle x Jahr) kg CO2/Schwelle C Speicherung pro Schwelle -132 Materialsubstitution pro Schwelle und Jahr -0.07 -2.0 Energetische Substitution -3.91 -117 Substitution total -3.97 -119

Die aus diesem Szenario resultierende Wirkung von Holzschwellen läßt sich wie folgt zusammenfassen:

• In jeder Holzschwelle sind rund 132 kg CO2 gespeichert. Hochgerechnet auf das gesamte deutsche Schienennetz sind dies 3.78 Mio. t CO2, die heute in Holzschwel-len gespeichert sind.

• Werden die heute verbauten Holzschwellen ersetzt und dabei die Altschwellen geset-zeskonform thermisch verwertet, so werden jährlich 111'600 t CO2-Äq. aus der Verbrennung fossiler Energieträger vermieden, was sich hochgerechnet auf die heute verbauten Schwellen auf total -3.35 Mio. t CO2-Äq./Jahr beläuft.

• Die materielle Substitution nimmt sich dagegen vergleichsweise bescheiden aus. Jährlich werden durch den Ersatz von Holzschwellen rund 1'900 t CO2-Äq. vermie-den; hochgerechnet auf die heute verbauten Holzschwellen sind dies -56'800 t CO2 -Äq./Jahr.

• Grob geschätzt kann man also davon ausgehen, daß die materielle und die energeti-sche Substitutionswirkung der Holzschwellen bei gleichbleibendem Verbrauch die C-Speicherwirkung der Schwellen über einen Zeitraum von 35 Jahren übersteigt. Dies unterstreicht die Bedeutung der mit jeder neuen Schwelle wiederkehrenden Substitu-tionswirkung von Holzprodukten im Vergleich zur C-Lagerwirkung, die letztlich von der (begrenzten) Zu- oder Abnahme des Pools an Holzschwellen abhängt.

Angesichts dieser Zahlen kann geschlußfolgert werden, daß Holzschwellen mit ihrer C-Spei-cherwirkung und der mit der thermischen Nutzung einhergehenden Substitution fossiler Energieträger einen relevanten Beitrag zur Verminderung des Treibhauseffektes leisten können.


84

14 Quellenverzeichnis

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86

A. Annex A.1 Rechtliche Grundlagen und Praxis der Entsorgung von Holzschwellen A.2 Berechnung der VOC-Emissionen aus den Holzschwellen während der Nutzung A.3 Marginale Technologien der Wärmeerzeugung gemäß Deutscher Gesamtenergie-

statistik A.4 Summenparameter der Sachbilanz nach Lebensabschnitten A.5 Ergebnisse der Wirkungsabschätzung A.6 Externes Review durch Dr. K. Richter, Empa Dübendorf Weitere im Rahmen dieses Projektes erstellte Prozeßmodule und die Charakterisierungs-faktoren für die Summenparameter der Sachbilanz sind in einem eigenen Bericht als Annex zu diesem Bericht dargestellt.

Annex

87

A.1 Rechtliche Grundlagen und Praxis der Entsorgung von Holz-schwellen

Textbeitrag von Dr. Rainer Schrägle, System direkt GmbH & Co., Leonberg

Sofern eine Wieder- oder Weiterverwendung von Altschwellen nicht in Betracht kommt und auch nicht tatsächlich durchgeführt wird, sind Altschwellen zu entsorgen, d.h. zu verwerten oder zu beseitigen.

Dies ist unabhängig von dem für die Herstellung verwendeten Werkstoff (Holz, Metall, Beton). Es handelt sich bei den nicht mehr verwendeten Schwellen um Abfall im Sinne § 3 (1) Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW-/AbfG).

Um eine qualifizierte ökobilanzielle Betrachtung vornehmen zu können ist es notwendig, die vor dem rechtlichen Hintergrund überhaupt möglichen Entsorgungsmöglichkeiten darzustel-len, da nur gesetzeskonforme Entsorgungslösungen überhaupt in der Betrachtung Berück-sichtigung finden können. Im Folgenden sollen die Randbedingungen für die Entsorgung von Holzschwellen dargelegt werden.

1. Rechtliche Grundlagen Bei der Entsorgung von Holzschwellen sind die einschlägigen rechtlichen Rahmenbedingun-gen zu beachten. Die zu beachtenden Regelungen finden sich insbesondere im Bereich des Abfallrechts, des Energierechts und des Chemikalienrechts. Es kann an dieser Stelle nur eine sehr vereinfachte Darstellung der Gesamtsachverhalte erfolgen.

1.2 Abfallrecht

1.1.1 Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW-/AbfG

Bei den nicht mehr verwendeten Holzschwellen handelt es sich um Abfall i.S. § 3 (1) Kreis-laufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW-/AbfG), das heißt um „bewegliche Sachen…., deren sich ihr Besitzer entledigt, entledigen will oder entledigen muss“.

Abfälle sind, sofern ihre Entstehung nicht vermieden werden kann, zu verwerten. Dies kann in sowohl als stoffliche oder als energetische Verwertung erfolgen. Nicht verwertbare Abfälle sind zu beseitigen. Für die Beseitigung kommt nur die thermische Behandlung (z.B. MVA, KVA) in Betracht. Die Deponierung (Ablagerung) ist in der Bundesrepublik Deutschland nicht (mehr) zulässig.

Weitergehende spezifische Regelungen finden sich in den im Folgenden erläuterten Verord-nungen, welche einen Teil des so genannten untergesetzlichen Regelwerks bilden.

1.1.2 Abfallverzeichnisverordnung (AVV)

Abfälle sind gemäß AVV mit einem sechsstelligen Abfallschlüssel zu kennzeichnen. Für die Bezeichnung von Altschwellen kommen die Abfallschlüssel 17 02 04* und 19 12 06* in Betracht.


88

Unzerkleinerte Holzschwellen

Unzerkleinerte Holzschwellen sind Holzschwellen direkt nach dem Ausbau. Sie sind nicht mechanisch zerkleinert worden. Platten und sonstige Metallteile können entfernt worden sein.

Die unzerkleinerten Holzschwellen sind auf Grundlage der AVV wie folgt einzustufen:

Kapitelüberschrift: Bau- und Abbruchabfälle

Gruppenbezeichnung: Holz, Glas und Kunststoff

Abfallschlüssel: 17 02 04*

Abfallbezeichnung: Glas, Kunststoff und Holz, die gefährliche Stoffe enthalten oder durch gefährliche Stoffe verunreinigt sind (hier: nur Holz)

Zerkleinerte Holzschwellen

Zerkleinerte Holzschwellen sind Holzschwellen, welche mechanisch zerkleinert wurden. Dies geschieht üblicherweise mit langsam laufenden Brechern oder schnell laufenden Schred-dern; meist auf Altholzplätzen, welche als Abfallbehandlungsanlagen einzustufen sind.

Die zerkleinerten Holzschwellen sind auf Grundlage der AVV wie folgt einzustufen:

Kapitelüberschrift: Abfälle aus Abfallbehandlungsanlagen …

Gruppenbezeichnung: Holz, das gefährliche Stoffe enthält

Abfallschlüssel: 19 12 06*

Abfallbezeichnung: Glas, Kunststoff und Holz, die gefährliche Stoffe enthalten oder durch gefährliche Stoffe verunreinigt sind (hier: nur Holz)

Da es sich um gefährliche Abfälle handelt, sind die Abfallschlüssel mit einem „*“ gekenn-zeichnet und unterliegen den Regelungen der Nachweisverordnung zur Kontrolle von gefährlichen Abfällen.

1.1.3 Altholzverordnung (AltholzV)

Die Entsorgung von Altholz, wozu Holzschwellen gehören, ist in der AltholzV geregelt. Auf Grundlage der AltholzV sind Holzschwellen (salzbehandelt oder teerölbehandelt) der Alt-holzkategorie A IV zuzuordnen.

Altholzkategorie A IV gem. AltholzV § 2 4. d):

Mit Holzschutzmitteln behandeltes Altholz, wie Bahnschwellen, Leitungsmasten, Hop-fenstangen, Rebpfähle, sowie sonstiges Altholz, das aufgrund seiner Schadstoffbelastung nicht den Altholzkategorien A I, A II oder A III zugeordnet werden kann, ausgenommen PCB-Altholz

Diese Zuordnung wird auch im Anhang III der AltholzV bestätigt, in welcher Holzschwellen direkt in die Kategorie A IV eingestuft und dem Abfallschlüssel 17 02 04* zugeordnet wer-den.

Bei der Abgabe von Holzschwellen zur Entsorgung sind vom Abfallerzeuger neben den Informationen auf dem Begleitschein (siehe NachweisV) noch folgende Informationen auf den Praxispapieren anzugeben:

• Herkunft des Materials (Beladestelle)

Annex

89

• Zuordnung zur Altholzkategorie

Alternativ kann auch der Anlieferungsschein für Altholz gemäß Anhang VI AltholzV verwen-det werden.

In der Praxis kommt für Holzschwellen nur die energetische Verwertung in Betracht. Diese hat entsprechend den Regelungen des Bundes-Immissionsschutzgesetzes und den auf sei-ner Grundlage ergangenen Rechtsverordnungen zu erfolgen.

Die Deponierung von Altholz ist auf Grundlage der AltholzV seit deren Inkrafttreten am 01.02.2003 verboten. Altholz, das nicht verwertet wird ist zum Zwecke der Beseitigung einer dafür zugelassenen thermischen Behandlungsanlage zuzuführen (§ 9 AltholzV).

1.1.4 Nachweisverordnung (NachwV)

Da es sich bei den (salz-. oder teerölimprägnierten) Holzschwellen um gefährliche Abfälle i.S.d. Abfallverzeichnisverordnung handelt, unterliegen sie den Regelungen der Nachweis-verordnung.

Die Nachweisverordnung schreibt vor, dass im Rahmen der so genannten „Vorabkontrolle“ mit Hilfe eines Entsorgungsnachweises die Rechtmäßigkeit des vorgesehenen Entsor-gungsweges belegt werden muss.

Der Verbleibsnachweis wird mit Hilfe eines Begleitscheins (bei Kleinmengen im Rahmen der Sammelentsorgung auch mit Hilfe eines Übernahmescheins) geführt.

Das bedeutet, dass von allen (Abfall-)Holzschwellen jederzeit die Herkunft und der Verbleibt (Entsorgung) nachvollzogen werden kann.

1.2 Chemikalienrecht

Auf Grundlage der „Verordnung über Verbote und Beschränkungen des Inverkehrbringens gefährlicher Stoffe, Zubereitungen und Erzeugnisse nach dem Chemikaliengesetz (Chemi-kalien-Verbotsverordnung - ChemVerbotsV)“ ist die Abgabe und Verwendung von gebrauch-ten (teerölbehandelten) Holzschwellen im Privatbereich verboten.

Ausnahmen gibt es lediglich für die Wieder- und Weiterverwendung, sofern

„..diese ausschließlich erneut als Eisenbahnschwellen oder Strom- und Telegrafenmasten oder für gewerbliche oder industrielle Zwecke anderer Art gemäß dem ursprünglichen Her-stellungszweck wiederverwendet werden sollen“ (ChemVerbotsV, Anhang, 17. Teeröle, Spalte 3 (2) 2.

Dies bedeutet, dass sofern eine Wieder- oder Weiterverwendung als Produkt nicht prakti-ziert wird, die Entsorgung als gefährlicher Abfall vorgegeben ist.

1.3 Energierecht

Wie oben dargelegt kommt praktischerweise für die Entsorgung von Holzschwellen nur die energetische Verwertung in Betracht. Die Kapazitäten für die energetische Verwertung von gefährlichen Holzabfällen wurden in der Bundesrepublik Deutschland nach dem Inkrafttreten des

1.3.1 Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG)

stark ausgebaut. Im Rahmen des EEG erhalten Produzenten von Strom, welcher aus rege-nerativen Energieträgern hergestellt wurde, eine definierte Vergütung. Im Hinblick auf den regenerativen Energieträger „Biomasse“ ist in der


90

1.3.2 Biomasseverordnung (BiomasseV)

als Teil des untergesetzlichen Regelwerks des EEG geregelt, für welche Biomasse diese privilegierte Vergütung bezahlt werden muss. Gemäß § 2 (3) 1. gilt Altholz i.S.d. AltholzV als Biomasse i.S.d. BiomasseV.

Für Altholz der Kategorien A III und A IV, wozu Holzschwellen gehören, gilt dies jedoch nur, sofern die energetischen Verwertungsanlagen bis 3 Jahre nach Inkrafttreten des EEG errichtet wurden.

Für Anlagen, welche ausschließlich Strom (ohne Wärmenutzung) produzieren sind in Abhängigkeit von der Leistung Mindestwirkungsgrade von 25-29% vorgeschrieben.

2 Praktische Umsetzung Vor dem Hintergrund der Entwicklung der aktuellen Gesetzgebung in allen oben beschrie-benen Bereichen hat eine dynamisch Entwicklung des Marktes für die energetische Ver-wertung von Altholz und auch des Segments „Holz, welches gefährliche Stoffe enthält“ statt-gefunden. Es entstanden eine große Anzahl von Biomasse(heiz)kraftwerken, von welchen eine große Zahl auch für die energetische Verwertung von gefährlichen Holzabfällen genehmigt ist.

Der Aufbau dieser Verwertungskapazitäten führt zu einem deutlichen Marktwandel. In Berei-chen in welchen vor 10-15 Jahren die Vermarktung von bestimmten Altholzsortimenten schwierig war, ist bis heute eine deutliche Marktnachfrage entstanden. Dieser Bedarf kann aktuell nicht mehr ausschließlich über den inländischen Altholzanfall gedeckt werden, so daß es seit einigen Jahren nennenswerte Importe von gefährlichen Holzabfällen (insbesondere auch in Form von Holzschwellen) aus der Schweiz, Italien und Österreich gibt.

2.1 Anlagenbestand

Der aktuelle Anlagenbestand liegt bei Autor vor, welcher gerne Einzelanfragen beantwortet.

2.2 Bewertung als Energieträger

Für die Bewertung von Holzschwellen als Energieträger liegen in der Literatur zum Teil widersprüchliche Angaben vor.

Als Grundlage für eine qualifizierte Abschätzung wurden deshalb eigene Untersuchungen beauftragt und durchgeführt (Wessling Laboratorien 2008). Die Ergebnisse sind in Tabelle A.1 dargestellt.

Tabelle A.1: Ergebnisse der Schwellenuntersuchungen

Altschwelle Eiche Altschwelle Buche

Feuchtigkeit (%) 12.5% 23.2% Aschegehalt bez. auf Trockensubstanz (Gew-%) 1.8% 1.5% Heizwert Hu bezogen auf Trockensubstanz (MJ/kg) 20.22 20.44 Heizwert Hu bezogen auf Originalsubstanz (MJ/kg) 16.59 14.23

Annex

91

A.2 Berechnung der VOC-Emissionen aus den Holzschwellen während der Nutzung

Tabelle A.2-1 dokumentiert die Berechnung der jährlichen Emissionen von VOC aus mit Imprägnieröl Typ C gemäß EN 13991 behandelten Eichen- und Buchenschwellen ausge-hend von Abschätzungen aus Künniger & Richter (1998).

Tabelle A.2-1: Abschätzung der VOC-Emissionen aus den Holzschwellen während der Nutzung Buche Eiche

kg/Jahr a)kg/kg

Eintrag/Jahrkg/kg

Eintrag/Jahr kg/Jahr kg/JahrAromaten 1.59E-01 1.05E-02 1.16E-03 1.64E-02 3.77E-03Napthalin 6.48E-02 4.26E-03 4.74E-04 6.68E-03 1.53E-03

Benzo(a)pyren b) 1.18E-06 2.70E-07Phenol 5.63E-03 3.70E-04 4.12E-05 5.80E-04 1.33E-04Eintragmenge pro Schwelle (kg) 15.2 15.2 15.2 14.1 3.24Anteil der Emissionen 45% 45% 5% 5% 5%a) aus Künniger und Richter (1998)b) ausgehend v on max . 50 ppm bei 5% Verdunstung

Buche (basierend auf Künniger & Richter 1998)Berechnung der VOC-Emissionen aus Holzschwellen


92

A.3 Marginale Technologien der Wärmeerzeugung gemäß Deut-scher Gesamtenergiestatistik

In Tabelle A.3.1 werden diejenigen „marginalen“ Technologien zur Wärmeerzeugung bestimmt, deren Anteil in den letzten 10 bis 15 Jahren tendenziell abgenommen hat. Die Statistik des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie ist ohne Energieträger zur Stromerzeugung und ohne Kraftstoffe ausgewertet.

Tabelle A.3.1: Marginale Technologien der Wärmeerzeugung gemäß Deutscher Gesamt-energiestatistik

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

Steinkohle

11%

10%

10%

9%9%

9%8%

9%8%

8%9%

8%8%

8%7%

8%8%

23.8%

Braunkohle

18%

11%

7%6%

5%4%

3%3%

2%2%

2%2%

1%2%

2%2%

2%5.5%

Heizöl schwer

4%4%

4%4%

4%3%

3%3%

3%3%

2%2%

2%2%

2%2%

2%5.8%

Heizöl leicht

24%

29%

30%

31%

30%

29%

30%

29%

29%

26%

25%

27%

25%

24%

21%

21%

22%

64.9%

Gas

35%

39%

41%

43%

44%

46%

47%

47%

49%

51%

52%

51%

52%

54%

54%

52%

50%

100.0%

Fernwärme

7%7%

7%7%

7%7%

6%6%

6%6%

6%5%

6%6%

6%6%

6%

Sonstige

1%1%

1%1%

1%2%

2%3%

4%4%

4%5%

5%6%

8%9%

10%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

Quelle:http://www.bmwi.de/BM

Wi/N

avigation/Energie/energiestatistiken,did=176658.html und eigene Berechnungen

Annex

93

A.4 Summenparameter der Sachbilanz nach Lebensabschnitten

Tabelle A.4.1: Summenparameter der Sachbilanz nach Lebensabschnitten für die Stahlschwel-len und die Betonschwelle (pro Jahr)

Stahlschwelle

Stahlschwelle, neu Haupt-materialien HerstellungBefestigungs-material Totalumbau Wartung Rückbau Total

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 58.75 0.60 2.99 16.60 33.85 0.19 112.98Erneuerbare Energie (MJ) 1.29 0.03 0.06 0.69 1.04 0.01 3.11Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 3.28 0.01 0.13 64.71 94.71 0.02 162.87Erneuerbare Materialien (kg) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00Gefährliche Abfälle (kg) 7.09E-04 3.92E-06 2.78E-05 2.09E-03 3.08E-03 1.68E-04 6.08E-03Inerte Abfälle (kg) 5.84E-01 2.07E-03 2.33E-02 2.32E-01 3.45E-01 1.62E-03 1.19E+00Radioaktive Abfälle (kg) 8.25E-05 2.41E-06 3.42E-06 5.22E-05 7.86E-05 7.85E-07 2.20E-04

Stahlschwelle, umgearbeitet mit Lochung Umarbeitung Befestigungsmaterial Totalumbau Wartung Rückbau TotalNicht-erneuerbare Energie (MJ) 8.98 2.99 16.60 33.85 0.19 62.61Erneuerbare Energie (MJ) 0.27 0.06 0.69 1.04 0.01 2.06Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.12 0.13 64.71 94.71 0.02 159.70Erneuerbare Materialien (kg) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00Gefährliche Abfälle (kg) 5.19E-05 2.78E-05 2.09E-03 3.08E-03 1.68E-04 5.41E-03Inerte Abfälle (kg) 2.82E-02 2.33E-02 2.32E-01 3.45E-01 1.62E-03 6.30E-01Radioaktive Abfälle (kg) 2.25E-05 3.42E-06 5.22E-05 7.86E-05 7.85E-07 1.58E-04

Stahlschwelle, umgearbeitet mit Rippen Umarbeitung Befestigungsmaterial Totalumbau Wartung Rückbau TotalNicht-erneuerbare Energie (MJ) 7.03 2.99 16.60 33.85 0.19 60.66Erneuerbare Energie (MJ) 0.16 0.06 0.69 1.04 0.01 1.96Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.36 0.13 64.71 94.71 0.02 159.94Erneuerbare Materialien (kg) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00Gefährliche Abfälle (kg) 8.25E-05 2.78E-05 2.09E-03 3.08E-03 1.68E-04 5.45E-03Inerte Abfälle (kg) 6.76E-02 2.33E-02 2.32E-01 3.45E-01 1.62E-03 6.69E-01Radioaktive Abfälle (kg) 1.07E-05 3.42E-06 5.22E-05 7.86E-05 7.85E-07 1.46E-04

Betonschwelle

Haupt-materialien HerstellungBefestigungs-material Totalumbau Wartung Rückbau Total

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 9.87 0.45 5.84 15.40 33.85 0.57 65.98Erneuerbare Energie (MJ) 0.34 0.02 0.08 0.65 1.04 0.03 2.16Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 8.00 0.00 0.18 59.72 94.71 0.06 162.66Erneuerbare Materialien (kg) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00Gefährliche Abfälle (kg) 5.00E-04 2.32E-06 3.74E-05 1.93E-03 3.08E-03 6.38E-04 6.18E-03Inerte Abfälle (kg) 6.84E-02 2.65E-04 3.20E-02 2.16E-01 3.45E-01 4.96E-03 6.66E-01Radioaktive Abfälle (kg) 1.78E-05 1.84E-06 4.46E-06 4.91E-05 7.86E-05 2.34E-06 1.54E-04


94

Tabelle A.4.2: Summenparameter der Sachbilanz nach Lebensabschnitten für die Buchen-schwelle (pro Jahr)

Buchenschwelle HerstellungBefestigungs-material Imprägnierung Totalumbau Wartung Rückbau

Energetische Nutzung Total

Eichenschwelle, cut-off, Gasfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 3.40 12.76 18.65 15.79 33.85 0.30 84.75Erneuerbare Energie (MJ) 0.02 0.28 0.20 0.65 1.04 0.02 2.19Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.12 0.68 0.21 60.99 94.71 0.03 156.74Erneuerbare Materialien (kg) 2.45 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.45Gefährliche Abfälle (kg) 7.28E-05 1.44E-04 5.33E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 5.49E-03Inerte Abfälle (kg) 1.32E-02 1.19E-01 1.36E-02 2.19E-01 3.45E-01 2.51E-03 7.13E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.10E-06 1.74E-05 9.17E-06 4.94E-05 7.86E-05 1.25E-06 1.60E-04Eichenschwelle, cut-off, Restholzfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 3.40 12.76 18.31 15.79 33.85 0.30 84.42Erneuerbare Energie (MJ) 0.02 0.28 29.49 0.65 1.04 0.02 31.49Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.12 0.68 0.21 60.99 94.71 0.03 156.74Erneuerbare Materialien (kg) 2.45 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.45Gefährliche Abfälle (kg) 7.28E-05 1.44E-04 5.78E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 5.49E-03Inerte Abfälle (kg) 1.32E-02 1.19E-01 1.55E-02 2.19E-01 3.45E-01 2.51E-03 7.15E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.10E-06 1.74E-05 1.18E-05 4.94E-05 7.86E-05 1.25E-06 1.63E-04Eichenschwelle, Wärmerückgewinnung, Gasfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 3.40 12.76 18.65 15.79 33.85 0.30 -70.36 14.39Erneuerbare Energie (MJ) 0.02 0.28 0.20 0.65 1.04 0.02 44.25 46.44Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.12 0.68 0.21 60.99 94.71 0.03 0.01 156.75Erneuerbare Materialien (kg) 2.45 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.45Gefährliche Abfälle (kg) 7.28E-05 1.44E-04 5.33E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 3.32E-05 5.52E-03Inerte Abfälle (kg) 1.32E-02 1.19E-01 1.36E-02 2.19E-01 3.45E-01 2.51E-03 3.89E-02 7.52E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.10E-06 1.74E-05 9.17E-06 4.94E-05 7.86E-05 1.25E-06 -5.99E-07 1.59E-04Eichenschwelle, Wärmerückgewinnung, Restholzfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 3.40 12.76 18.31 15.79 33.85 0.30 -70.36 14.06Erneuerbare Energie (MJ) 0.02 0.28 29.49 0.65 1.04 0.02 44.25 75.74Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.12 0.68 0.21 60.99 94.71 0.03 0.01 156.75Erneuerbare Materialien (kg) 2.45 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.45Gefährliche Abfälle (kg) 7.28E-05 1.44E-04 5.78E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 3.32E-05 5.52E-03Inerte Abfälle (kg) 1.32E-02 1.19E-01 1.55E-02 2.19E-01 3.45E-01 2.51E-03 3.89E-02 7.53E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.10E-06 1.74E-05 1.18E-05 4.94E-05 7.86E-05 1.25E-06 -5.99E-07 1.62E-04Eichenschwelle, Wärme-Kraft-Kopplung, Gasfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 3.40 12.76 18.65 15.79 33.85 0.30 -93.28 -8.52Erneuerbare Energie (MJ) 0.02 0.28 0.20 0.65 1.04 0.02 42.31 44.50Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.12 0.68 0.21 60.99 94.71 0.03 -0.04 156.70Erneuerbare Materialien (kg) 2.45 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.45Gefährliche Abfälle (kg) 7.28E-05 1.44E-04 5.33E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 -1.61E-04 5.33E-03Inerte Abfälle (kg) 1.32E-02 1.19E-01 1.36E-02 2.19E-01 3.45E-01 2.51E-03 3.07E-02 7.43E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.10E-06 1.74E-05 9.17E-06 4.94E-05 7.86E-05 1.25E-06 -1.76E-04 -1.64E-05Eichenschwelle, Wärme-Kraft-Kopplung, Restholzfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 3.40 12.76 18.31 15.79 33.85 0.30 -93.28 -8.85Erneuerbare Energie (MJ) 0.02 0.28 29.49 0.65 1.04 0.02 42.31 73.80Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.12 0.68 0.21 60.99 94.71 0.03 -0.04 156.70Erneuerbare Materialien (kg) 2.45 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.45Gefährliche Abfälle (kg) 7.28E-05 1.44E-04 5.78E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 -1.61E-04 5.33E-03Inerte Abfälle (kg) 1.32E-02 1.19E-01 1.55E-02 2.19E-01 3.45E-01 2.51E-03 3.07E-02 7.45E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.10E-06 1.74E-05 1.18E-05 4.94E-05 7.86E-05 1.25E-06 -1.76E-04 -1.38E-05

Annex

95

Tabelle A.4.3: Summenparameter der Sachbilanz nach Lebensabschnitten für die Eichen-schwelle (pro Jahr)

Eichenschwelle HerstellungBefestigungs-material Imprägnierung Totalumbau Wartung Rückbau

Energetische Nutzung Total

Eichenschwelle, cut-off, Gasfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 4.69 12.76 3.94 15.81 33.85 0.27 71.32Erneuerbare Energie (MJ) 0.03 0.28 0.06 0.65 1.04 0.01 2.07Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.15 0.68 0.13 60.99 94.71 0.03 156.70Erneuerbare Materialien (kg) 2.34 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.34Gefährliche Abfälle (kg) 9.83E-05 1.44E-04 1.60E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 5.47E-03Inerte Abfälle (kg) 1.54E-02 1.19E-01 3.83E-03 2.19E-01 3.45E-01 2.23E-03 7.05E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.53E-06 1.74E-05 3.64E-06 4.95E-05 7.86E-05 1.11E-06 1.55E-04Eichenschwelle, cut-off, Restholzfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 4.69 12.76 3.61 15.81 33.85 0.27 70.99Erneuerbare Energie (MJ) 0.03 0.28 29.36 0.65 1.04 0.01 31.36Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.15 0.68 0.14 60.99 94.71 0.03 156.70Erneuerbare Materialien (kg) 2.34 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.34Gefährliche Abfälle (kg) 9.83E-05 1.44E-04 2.03E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 5.48E-03Inerte Abfälle (kg) 1.54E-02 1.19E-01 5.76E-03 2.19E-01 3.45E-01 2.23E-03 7.07E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.53E-06 1.74E-05 6.28E-06 4.95E-05 7.86E-05 1.11E-06 1.57E-04Eichenschwelle, Wärmerückgewinnung, Gasfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 4.69 12.76 3.94 15.81 33.85 0.27 -53.28 18.04Erneuerbare Energie (MJ) 0.03 0.28 0.06 0.65 1.04 0.01 42.33 44.40Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.15 0.68 0.13 60.99 94.71 0.03 0.02 156.72Erneuerbare Materialien (kg) 2.34 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.34Gefährliche Abfälle (kg) 9.83E-05 1.44E-04 1.60E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 4.88E-05 5.52E-03Inerte Abfälle (kg) 1.54E-02 1.19E-01 3.83E-03 2.19E-01 3.45E-01 2.23E-03 4.55E-02 7.50E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.53E-06 1.74E-05 3.64E-06 4.95E-05 7.86E-05 1.11E-06 8.09E-07 1.56E-04Eichenschwelle, Wärmerückgewinnung, Restholzfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 4.69 12.76 3.61 15.81 33.85 0.27 -53.28 17.71Erneuerbare Energie (MJ) 0.03 0.28 29.36 0.65 1.04 0.01 42.33 73.69Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.15 0.68 0.14 60.99 94.71 0.03 0.02 156.72Erneuerbare Materialien (kg) 2.34 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.34Gefährliche Abfälle (kg) 9.83E-05 1.44E-04 2.03E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 4.88E-05 5.53E-03Inerte Abfälle (kg) 1.54E-02 1.19E-01 5.76E-03 2.19E-01 3.45E-01 2.23E-03 4.55E-02 7.52E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.53E-06 1.74E-05 6.28E-06 4.95E-05 7.86E-05 1.11E-06 8.09E-07 1.58E-04Eichenschwelle, Wärme-Kraft-Kopplung, Gasfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 4.69 12.76 3.94 15.81 33.85 0.27 -70.71 0.61Erneuerbare Energie (MJ) 0.03 0.28 0.06 0.65 1.04 0.01 40.85 42.92Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.15 0.68 0.13 60.99 94.71 0.03 -0.02 156.68Erneuerbare Materialien (kg) 2.34 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.34Gefährliche Abfälle (kg) 9.83E-05 1.44E-04 1.60E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 -9.89E-05 5.38E-03Inerte Abfälle (kg) 1.54E-02 1.19E-01 3.83E-03 2.19E-01 3.45E-01 2.23E-03 3.93E-02 7.44E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.53E-06 1.74E-05 3.64E-06 4.95E-05 7.86E-05 1.11E-06 -1.33E-04 2.19E-05Eichenschwelle, Wärme-Kraft-Kopplung, Restholzfeuerung

Nicht-erneuerbare Energie (MJ) 4.69 12.76 3.61 15.81 33.85 0.27 -70.71 0.27Erneuerbare Energie (MJ) 0.03 0.28 29.36 0.65 1.04 0.01 40.85 72.22Nicht-erneuerbare Materialien (kg) 0.15 0.68 0.14 60.99 94.71 0.03 -0.02 156.68Erneuerbare Materialien (kg) 2.34 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.34Gefährliche Abfälle (kg) 9.83E-05 1.44E-04 2.03E-05 1.97E-03 3.08E-03 1.69E-04 -9.89E-05 5.38E-03Inerte Abfälle (kg) 1.54E-02 1.19E-01 5.76E-03 2.19E-01 3.45E-01 2.23E-03 3.93E-02 7.46E-01Radioaktive Abfälle (kg) 4.53E-06 1.74E-05 6.28E-06 4.95E-05 7.86E-05 1.11E-06 -1.33E-04 2.45E-05


96

Tabelle A4.4 Abfälle über den Lebenszyklus der Schwellen, pro Jahr Betonschwelle Stahlschwellen

neu umgearbeitet mit Lochung


Gefährliche Abfälle (kg) 6.18E-03 6.08E-03 5.41E-03 5.45E-03 davon Gleisbau/Wartung (kg) 5.01E-03 5.17E-03 5.17E-03 5.17E-03

davon Schwelle (kg) 1.17E-03 9.05E-04 2.45E-04 2.75E-04 Inerte Abfälle (kg) 0.666 1.188 0.630 0.669 davon Gleisbau/Wartung (kg) 0.561 0.577 0.577 0.577

davon Schwelle (kg) 0.102 0.624 0.066 0.105 Radioaktive Abfälle (kg) 1.54E-04 2.20E-04 1.58E-04 1.46E-04 davon Gleisbau/Wartung (kg) 1.28E-04 1.31E-04 1.31E-04 1.31E-04

davon Schwelle (kg) 2.64E-05 8.91E-05 2.67E-05 1.50E-05

Eichenschwelle

cut-off,

Gasfeuer. cut-off,



WKK, Gasfeuer.

WKK, Restholzf.

Gefährliche Abfälle (kg) 5.47E-03 5.48E-03 5.52E-03 5.53E-03 5.38E-03 5.38E-03 davon Gleisbau/Wartung (kg) 5.05E-03 5.05E-03 5.05E-03 5.05E-03 5.05E-03 5.05E-03

davon Schwelle (kg) 4.24E-04 4.29E-04 4.73E-04 4.78E-04 3.26E-04 3.30E-04 Inerte Abfälle (kg) 0.705 0.707 0.750 0.752 0.744 0.746 davon Gleisbau/Wartung (kg) 0.564 0.564 0.564 0.564 0.564 0.564

davon Schwelle (kg) 0.141 0.143 0.186 0.188 0.180 0.182

Radioaktive Abfälle (kg) 1.55E-04 1.57E-04 1.56E-04 1.58E-04 2.19E-05 2.45E-05 davon Gleisbau/Wartung (kg) 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04

davon Schwelle (kg) 2.67E-05 2.93E-05 2.75E-05 3.01E-05 -1.06E-04 -1.04E-04

Buchenschwelle

cut-off,

Gasfeuer. cut-off,



WKK, Gasfeuer.

WKK, Restholzf.

Gefährliche Abfälle (kg) 5.49E-03 5.49E-03 5.52E-03 5.52E-03 5.33E-03 5.33E-03 davon Gleisbau/Wartung (kg) 5.05E-03 5.05E-03 5.05E-03 5.05E-03 5.05E-03 5.05E-03

davon Schwelle (kg) 4.36E-04 4.41E-04 4.70E-04 4.74E-04 2.76E-04 2.80E-04 Inerte Abfälle (kg) 0.713 0.715 0.752 0.753 0.743 0.745 davon Gleisbau/Wartung (kg) 0.564 0.564 0.564 0.564 0.564 0.564

davon Schwelle (kg) 0.713 0.151 0.188 0.189 0.179 0.181 Radioaktive Abfälle (kg) 1.60E-04 1.63E-04 1.59E-04 1.62E-04 -1.64E-05 -1.38E-05

davon Gleisbau/Wartung (kg) 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 1.28E-04 davon Schwelle (kg) 3.20E-05 3.46E-05 3.14E-05 3.40E-05 -1.44E-04 -1.42E-04

Annex

97

A.5 Ergebnisse der Wirkungsabschätzung Standardszenarien Tabelle A.5.1: Ergebnisse der Wirkungsabschätzung: Lebensabschnitte (pro Jahr)

Stahlschwellen EinheitHauptma-terialien (neue Schwellen)

Herstellung (neue Schwellen)

Umarbeitung (Schwellen mit Lochung)

Umarbeitung (Schwellen mit

Rippen)Befestigungs-materialien

Totalumbau Gleisbett Nutzung pro Jahr

Wartung Gleisbett Rückbau

Klimawandel kg CO2-Äqu. 3.91E+00 3.63E-02 5.70E-01 4.65E-01 1.73E-01 9.97E-01 0.00E+00 2.06E+00 3.64E-02

Abiotischer Ressourcenverbrauch kg Sb-Äqu. 3.33E-02 2.73E-04 4.19E-03 3.94E-03 1.63E-03 7.07E-03 0.00E+00 1.46E-02 7.47E-05

Versauerung kg SO2-Äqu. 1.22E-02 7.09E-05 1.24E-03 1.40E-03 5.92E-04 4.40E-03 0.00E+00 1.11E-02 5.83E-05

Überdüngung kg PO4-Äqu. 2.67E-03 8.90E-06 1.70E-04 3.04E-04 1.17E-04 7.24E-04 0.00E+00 2.05E-03 1.20E-05

Stratosphärischer Ozonabbau kg CFC-11-Äqu. 1.49E-07 1.45E-09 3.68E-08 1.78E-08 1.29E-08 7.23E-08 0.00E+00 1.85E-07 7.32E-10Humantoxizität kg 1,4-DB-Äqu. 1.64E+00 4.34E-02 1.69E-01 2.62E-01 6.57E-02 3.95E-01 0.00E+00 9.59E-01 1.74E-02Ökotoxizität Frischwasser kg 1,4-DB-Äqu. 1.58E+00 5.97E-03 6.93E-02 1.86E-01 6.15E-02 8.70E-02 0.00E+00 1.41E-01 3.19E-02Ökotoxizität Salzwasser kg 1,4-DB-Äqu. 1.48E+03 9.96E+00 9.99E+01 1.79E+02 5.79E+01 1.49E+02 0.00E+00 2.71E+02 3.42E+01Terrestrische Ökotoxizität kg 1,4-DB-Äqu. 6.87E-02 2.64E-04 3.38E-03 8.05E-03 2.68E-03 3.64E-03 0.00E+00 5.97E-03 4.83E-05

Photosmog kg C2H4-Äqu. 2.03E-03 5.04E-06 1.09E-04 2.32E-04 8.18E-05 1.75E-04 0.00E+00 3.76E-04 2.44E-06

Betonschwelle Einheit Hauptmaterial Herstellung Befestigungsmaterial Gleisumbau Gleiswartung Rückbau

Klimawandel kg CO2-Äqu. 1.26E+00 2.56E-02 2.84E-01 9.24E-01 2.06E+00 1.30E-01

Ressourcen abiotisch kg Sb-Äqu. 4.98E-03 1.97E-04 3.08E-03 6.55E-03 1.46E-02 2.23E-04

Versauerung kg SO2-Äqu. 2.50E-03 3.84E-05 1.12E-03 4.06E-03 1.11E-02 1.75E-04

Überdüngung kg PO4-Äqu. 4.27E-04 3.95E-06 1.90E-04 6.62E-04 2.05E-03 3.93E-05

Ozonabbau kg CFC-11-Äqu. 4.19E-08 1.18E-09 3.78E-08 6.63E-08 1.85E-07 2.19E-09Humantoxizität kg 1,4-DB-Äqu. 2.06E-01 2.98E-03 9.18E-02 3.63E-01 9.59E-01 6.31E-02Ökotox. Frischwasser kg 1,4-DB-Äqu. 1.31E-01 8.99E-04 8.36E-02 8.15E-02 1.41E-01 1.20E-01Ökotox. Salzwasser kg 1,4-DB-Äqu. 1.33E+02 2.86E+00 7.92E+01 1.39E+02 2.71E+02 1.28E+02Terrestrische Ökotox. kg 1,4-DB-Äqu. 6.76E-03 7.18E-05 3.64E-03 3.40E-03 5.97E-03 1.46E-04

Photosmog kg C2H4-Äqu. 2.19E-04 1.83E-06 1.20E-04 1.62E-04 3.76E-04 7.34E-06

Holzschwelle Buche Einheit HerstellungImprägnierung Gasfeuerung

Imprägnierung Restholzfeuerung Befestigungs-material Gleisumbau Nutzung Gleiswartung Rückbau

Wärmerück-gewinnung Ko-Generation

Klimawandel (fossile Emissionen) kg CO2-Äqu. 2.07E-01 5.02E-01 5.02E-01 8.19E-01 9.49E-01 0.00E+00 2.06E+00 4.26E-02 -3.97E+00 -5.01E+00

Klimawandel (C-Speicherung) kg CO2-Äqu. -4.49E+00

Ressourcen abiotisch kg Sb-Äqu. 1.52E-03 1.37E-02 1.35E-02 7.13E-03 6.73E-03 0.00E+00 1.46E-02 1.19E-04 -3.62E-02 -4.49E-02

Versauerung kg SO2-Äqu. 1.05E-03 1.84E-03 2.55E-03 2.65E-03 4.21E-03 0.00E+00 1.11E-02 9.21E-05 -2.01E-02 -1.76E-02

Überdüngung kg PO4-Äqu. 2.15E-04 2.18E-04 3.70E-04 5.60E-04 6.95E-04 0.00E+00 2.05E-03 1.65E-05 -5.73E-04 -5.57E-04

Ozonabbau kg CFC-11-Äqu. 2.46E-08 3.80E-08 3.60E-08 3.93E-08 6.91E-08 0.00E+00 1.85E-07 1.16E-09 -4.33E-07 -4.15E-07Humantoxizität kg 1,4-DB-Äqu. 8.47E-02 9.59E-02 1.42E-01 3.36E-01 3.77E-01 1.03E-05 9.59E-01 1.96E-02 -7.84E-01 -7.35E-01Ökotox. Frischwasser kg 1,4-DB-Äqu. 1.54E-02 1.18E-02 1.56E-02 3.19E-01 8.24E-02 1.96E-02 1.41E-01 3.26E-02 -1.07E-01 -1.56E-01Ökotox. Salzwasser kg 1,4-DB-Äqu. 2.48E+01 3.38E+01 3.99E+01 3.00E+02 1.42E+02 3.05E-01 2.71E+02 3.54E+01 -6.03E+02 -7.08E+02Terrestrische Ökotox. kg 1,4-DB-Äqu. 6.83E-04 8.01E-04 9.36E-04 1.39E-02 3.44E-03 5.37E-05 5.97E-03 7.60E-05 -1.17E-02 -1.49E-02

Photosmog kg C2H4-Äqu. 4.18E-05 1.33E-04 1.49E-04 4.14E-04 1.66E-04 0.00E+00 3.76E-04 3.86E-06 -1.63E-03 -1.36E-03

Holzschwelle Eiche Einheit HerstellungImprägnierung Gasfeuerung









Photosmog kg C2H4-Äqu. 5.18E-05 3.88E-05 5.53E-05 4.14E-04 1.67E-04 0.00E+00 3.76E-04 3.42E-06 -1.23E-03 -1.02E-03 Tabelle A.5.2: Ergebnisse der Wirkungsabschätzung: Szenarien (pro Jahr)

Einheit Beton Stahl (neu)Stahl (Umarb. Lochung) Stahl (Umarb. Rippen)

Klimawandel kg CO2-Äqu. 4.69E+00 7.21E+00 3.84E+00 3.73E+00

Ressourcen abiotisch kg Sb-Äqu. 2.96E-02 5.69E-02 2.75E-02 2.73E-02

Versauerung kg SO2-Äqu. 1.90E-02 2.84E-02 1.74E-02 1.75E-02

Überdüngung kg PO4-Äqu. 3.38E-03 5.59E-03 3.08E-03 3.21E-03

Ozonabbau kg CFC-11-Äqu. 3.34E-07 4.21E-07 3.08E-07 2.89E-07Humantoxizität kg 1,4-DB-Äqu. 1.69E+00 3.12E+00 1.61E+00 1.70E+00Ökotox. Frischwasser kg 1,4-DB-Äqu. 5.59E-01 1.91E+00 3.91E-01 5.08E-01Ökotox. Salzwasser kg 1,4-DB-Äqu. 7.54E+02 2.00E+03 6.13E+02 6.92E+02Terrestrische Ökotox. kg 1,4-DB-Äqu. 2.00E-02 8.13E-02 1.57E-02 2.04E-02

Photosmog kg C2H4-Äqu. 8.86E-04 2.67E-03 7.44E-04 8.67E-04

Einheit

Buche (Restholzfeuerung/cut-

off)Buche (Gasfeuerung/

cut-off) Buche (Resth./Wärme)Buche (Gasfeuerung/

Wärme)

Buche (Restholzfeuerung/Ko-

Generation)Buche (Gasfeuerung/ Ko-Generation)

Klimawandel kg CO2-Äqu. 8.80E-02 8.84E-02 -3.88E+00 -3.88E+00 -4.92E+00 -4.92E+00

Ressourcen abiotisch kg Sb-Äqu. 4.36E-02 4.38E-02 7.31E-03 7.53E-03 -1.38E-03 -1.16E-03



Ozonabbau kg CFC-11-Äqu. 3.55E-07 3.57E-07 -7.73E-08 -7.53E-08 -6.02E-08 -5.82E-08Humantoxizität kg 1,4-DB-Äqu. 1.92E+00 1.87E+00 1.14E+00 1.09E+00 1.18E+00 1.14E+00Ökotox. Frischwasser kg 1,4-DB-Äqu. 6.26E-01 6.22E-01 5.19E-01 5.15E-01 4.71E-01 4.67E-01Ökotox. Salzwasser kg 1,4-DB-Äqu. 8.13E+02 8.07E+02 2.10E+02 2.04E+02 1.05E+02 9.90E+01Terrestrische Ökotox. kg 1,4-DB-Äqu. 2.51E-02 2.49E-02 1.34E-02 1.32E-02 1.01E-02 1.00E-02

Photosmog kg C2H4-Äqu. 1.15E-03 1.14E-03 -4.75E-04 -4.92E-04 -2.03E-04 -2.20E-04

Einheit

Eiche (Restholzfeuerung/ cut-

off)Eiche (Gasfeuerung/

cut-off)

Eiche (Restholzfeuerung/Wä

rme)Eiche (Gasfeuerung/

Wärme)

Eiche (Restholzfeuerung/ Ko-

Generation)Eiche (Gasfeuerung/ Ko-Generation)





Ozonabbau kg CFC-11-Äqu. 3.50E-07 3.52E-07 2.18E-08 2.38E-08 3.48E-08 3.68E-08Humantoxizität kg 1,4-DB-Äqu. 1.90E+00 1.86E+00 1.35E+00 1.30E+00 1.39E+00 1.34E+00Ökotox. Frischwasser kg 1,4-DB-Äqu. 6.00E-01 5.96E-01 5.27E-01 5.23E-01 4.90E-01 4.87E-01Ökotox. Salzwasser kg 1,4-DB-Äqu. 7.96E+02 7.90E+02 3.43E+02 3.37E+02 2.63E+02 2.57E+02Terrestrische Ökotox. kg 1,4-DB-Äqu. 2.44E-02 2.43E-02 1.58E-02 1.56E-02 1.33E-02 1.32E-02

Photosmog kg C2H4-Äqu. 1.07E-03 1.05E-03 -1.63E-04 -1.79E-04 4.41E-05 2.77E-05


98

Sensitivitätsanalyse: Einfluß des angenommenen Rezyklatanteils bei Stahl Anteil Sekundärstahl: 85% Tabelle A.5.3: Ergebnisse der Wirkungsabschätzung: Lebensabschnitte (pro Jahr)
















































Einheit




Wärme)



Klimawandel kg CO2-Äqu. -2.04E-01 -2.04E-01 -4.17E+00 -4.17E+00 -5.21E+00 -5.21E+00


Versauerung kg SO2-Äqu. 2.06E-02 1.99E-02 4.29E-04 -2.80E-04 2.93E-03 2.22E-03




Einheit



cut-off)



Wärme)









Annex

99

Sensitivitätsanalyse: Einfluß des Strommixes: Schweizer Strommix Tabelle A.5.5: Ergebnisse der Wirkungsabschätzung: Lebensabschnitte (pro Jahr)



















Ozonabbau kg CFC-11-Äqu. 4.05E-08 7.42E-10 3.73E-08 6.05E-08 1.76E-07 2.19E-09Humantoxizität kg 1,4-DB-Äqu. 2.01E-01 1.42E-03 9.01E-02 3.43E-01 9.27E-01 6.31E-02Ökotox. Frischwasser kg 1,4-DB-Äqu. 1.29E-01 2.47E-04 8.29E-02 7.28E-02 1.28E-01 1.20E-01Ökotox. Salzwasser kg 1,4-DB-Äqu. 1.26E+02 6.62E-01 7.69E+01 1.10E+02 2.25E+02 1.28E+02Terrestrische Ökotox. kg 1,4-DB-Äqu. 6.70E-03 5.41E-05 3.62E-03 3.17E-03 5.60E-03 1.46E-04





























Einheit




Wärme)




Ressourcen abiotisch kg Sb-Äqu. 3.71E-02 3.74E-02 -1.62E-04 1.26E-04 6.15E-03 6.44E-03

Versauerung kg SO2-Äqu. 2.07E-02 2.00E-02 3.70E-04 -3.29E-04 5.15E-03 4.45E-03




Einheit



cut-off)



Wärme)




Ressourcen abiotisch kg Sb-Äqu. 2.81E-02 2.84E-02 -2.44E-04 4.34E-05 4.56E-03 4.85E-03






100

Sensitivitätsanalyse: Annahmen zur Imprägnierung

Masse-bezogene Allokation des Verkokungsprozesses, d.h. die Verkokung von 1.38 kg Steinkohle werden 1 kg Rohteer alloziert (statt 0.714 kg bei ökonomischer Allokation),

Effizienz der Abluftreinigungssysteme bei der Imprägnierung nur 95% statt 99%,

Verdunstung von 10% des eingetragenen Imprägnieröls über die Nutzungsdauer der Schwellen statt 5%. Tabelle A.5.7: Ergebnisse der Wirkungsabschätzung: Lebensabschnitte (pro Jahr)
















































Einheit




Wärme)


Generation)Buche (Gasfeuerung/

Ko-Generation)







Einheit



cut-off)



Wärme)









101

Externe kritische Prüfung

Ökologische Bilanzierung von Eisenbahnschwellen

Vergleich von Schwellen aus

Buchenholz, Eichenholz, Beton und Stahl

erstellt von

Dr. Frank Werner Umwelt & Entwicklung Waffenplatzstrasse 89

CH-8002 Zürich

Externe kritische Prüfung

Dr. Klaus Richter Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa)

Überlandstr. 129 CH-8600 Duebendorf

November 2008

102

Inhalt

1 Auftrag und Ziel der externen kritischen Begutachtung.........................................................103

2 Auftraggeber, Auftragnehmer und Begleitgruppe zur Ökobilanz ..........................................103

3 Bericht und Dokumentation.......................................................................................................104

4 Begutachtung der Elemente der vorgelegten Ökobilanz........................................................104

4.1 Zieldefinition und Untersuchungsrahmen............................................................................104

4.2 Funktionale Einheit, Systemgrenze, Randbedingungen......................................................104

4.3 Prozesse und Dateninventar Holzschwelle .........................................................................105

4.4 Prozesse und Dateninventar Betonschwelle .......................................................................105

4.5 Prozesse und Dateninventar Stahlschwelle ........................................................................105

4.6 Beurteilung und Interpretationen .........................................................................................105

4.7 Treibhausgaswirkung ..........................................................................................................106

5. Schlussfolgerungen und Empfehlungen..................................................................................106

103

1 Auftrag und Ziel der externen kritischen Begutachtung

Dr. Frank Werner, Umwelt & Entwicklung, CH-8002 Zürich erstellte im Auftrag der Studiengemeinschaft Holzschwellenoberbau e.V. D- Bingen eine Studie „Ökologische Bilan-zierung von Eisenbahnschwellen. Vergleich von Schwellen aus Buchenholz, Eichenholz, Beton und Stahl“. Im Rahmen der Zielvereinbarung zwischen Auftraggeber und Ersteller der Ökobilanz wurde vereinbart, den Bericht zur Studie einer externen kritischen Prüfung zu unterziehen, wie dies in der Norm EN ISO 14040 gefordert ist. Eine begleitende kritische Begutachtung, wie sie als Option gem. ISO Norm ebenfalls möglich ist, wurde vom Auftrag-geber nicht als notwendig erachtet, da sich der Untersuchungsumfang und die Zielsetzung der Ökobilanz eng an eine Studie anlehnt, die im Jahr 1998 von der Empa Dübendorf erstellt worden war. Der Auftraggeber beauftragte Dr. Klaus Richter, Leiter der Abteilung Holz der Empa Düben-dorf, diese externe kritische Begutachtung durchzuführen. Dr. Richter war Projektleiter und Mitautor der Schwellenstudie von 1998 (Künniger und Richter 1998) die im Auftrag des schweizerischen Bundesamts für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL, heute BAFU) durchgeführt wurde. Er hat zwischen 1990 und 2002 die methodische und anwendungsori-entierte Entwicklung der Ökobilanzierung aktiv mitverfolgt und verfügt über die in der Norm EN ISO 14040, Abs. 7.3.2 geforderte Erfahrung zur Durchführung eines externen kritischen Reviews. Die externe kritische Begutachtung sollte klären, ob:

• die Methoden und das Vorgehen bei der Erstellung der Ökobilanz konsistent sind mit den Vorgaben der EN ISO Normenreihe 14040ff ist;

• die benutzten Methoden und Beurteilungsmodelle wissenschaftlich sinnvoll und tech-nisch korrekt angewendet sind;

• die benutzten und erhobenen Daten geeignet und von ausreichender Qualität sind in Bezug auf die Zielsetzung der Studie;

• die gemachten Interpretationen die Ziele der Studie reflektieren und die notwendigen Einschränkungen berücksichtigen;

• die Studie transparent und konsistent aufgebaut und präsentiert ist.

2 Auftraggeber, Auftragnehmer und Begleitgruppe zur Öko-bilanz

In der vorgelegten Ökobilanz werden die Umweltwirkungen von Beton-, Buchen-, Eichen- und mehreren Stahlschwellen berechnet und miteinander verglichen. Der Auftraggeber ist die Studiengemeinschaft Holzschwellenoberbau e.V. Bingen (D), eine Interessenvertretung der Holzschwellenproduzenten in Deutschland. Sie hat den Auftrag zur Ausarbeitung und Erstellung der Ökobilanz an des Umweltbüro Dr. Frank Werner Umwelt & Entwicklung, Zürich (CH) vergeben. Dr. Werner ist seit 1996 aktiv mit der Erstellung von Ökobilanzen tätig, hat über Umweltmanagementkonzepte im Zusammenhang mit der Sachbilanzierung promoviert, und ist seit 2003 als selbständiger Umweltmanagement-Berater mit Mandaten für unterschiedliche Zielgruppen tätig. Der Auftraggeber hat für die Studie eine Projektbegleitgruppe zusammengestellt, den neben Mitgliedern aus der Umfeld der Holzschwellenproduzenten (inkl. Imprägniermittelhersteller) auch Vertreter der Gleistechnik, der Schweizer Bundesbahn und aus dem Entsorgungsrecht angehörten.

104

Vertreter der Schwellensysteme Stahl- und Betonschwelle waren in der Begleitgruppe nicht eingeladen.

3 Bericht und Dokumentation

Grundlage der externen kritischen Begutachtung ist ein von Dr. Werner am 23.10.2008 elektronisch zugestellter Bericht (datiert September 2008) mit 95 Seiten (inkl. Annex) sowie einem Anhang zu Hintergrunddaten und Bewertungsmodellen (17 Seiten). Sowohl der Bericht als auch der Annex stellen den finalen Entwurf des Abschlußberichtes dar, wie er an den Auftraggeber abgeben werden soll.

4 Begutachtung der Elemente der vorgelegten Ökobilanz

4.1 Zieldefinition und Untersuchungsrahmen

Die Gründe zur Durchführung der Ökobilanz für die Schwellensysteme aus Sicht des Auf-traggebers sind präzise genannt und nachvollziehbar: die sachgemäße und aktualisierte Abbildung und Beurteilung von Holzschwellen im bundesdeutschen Schienennetz und Ver-gleich zu den allgemeinen im Gleisoberbau anfallenden Aufwendungen sowie zu anderen Schwellenarten. Anlaß waren neue Entwicklungen in der Prozessen der Holzschwellenferti-gung, verbesserte Kenntnisse und Daten zu den Emissionen aus Imprägniermitteln und er-weiterte Bewertungsmodellen. Als Grundlage wurde die Datensituation und der Untersuchungsrahmen der Empa Studie von 1998 übernommen. Während für einzelne Prozesse der Holzschwellenproduktion aus-gewählte Inventardaten aktualisiert wurden, wurde gemäß Abklärung bei Firmen aus dem Bereich Gleistechnik und Entsorgung für Beton- und Stahlschwellen keine Aktualisierung der Prozeßdaten, da diese nicht wesentlich verändert angesehen wurden. Diese Feststellung sollte in der Studie mit einem Zitat belegt sein. Die Zielgruppe (Interessierte Kreise) sind im Kapitel 3 der Studie klar genannt, es handelt sich um Fachgruppen aus den Bereichen Gleisoberbau, Schwellenproduktion, sowie Bahn-betreiber.

4.2 Funktionale Einheit, Systemgrenze, Randbedingungen

Die Funktionale Einheit ist nachvollziehbar definiert und entspricht den Vorgaben der Norm. Durch den Bezug auf ein Jahr geht die mittlere Einsatzdauer der Schwellen in die Funktio-nelle Einheit ein. Diese wird für die Holzschwellen im Hauptgleis 1 mit 30 Jahren angegeben, was eine um 6 Jahre längere Einsatzdauer gegenüber der von Künniger und Richter (1998) zugrunde gelegten Annahme bedeutet. Die Annahmen basieren auf Angaben der Deutschen Bundesbahn und können sachtechnisch nicht überprüft werden. Eine genauere Zitierung der Quelle ist für diese wichtige Angabe zu empfehlen. Die Systemgrenzen und die Randbedingungen zur Studie sind plausibel und nachvollzieh-bar. Der konsequente Lebenszyklusansatz verlangt die Definition von Abschneideregeln bzw. Allokationsansätzen, die mit dem cut-off Ansatz zur Modellierung von Rezyklat für die Studie sachlich korrekt gewählt sind. Es werden zudem wichtige Sensitivitäten abgeleitet (Annahmen zu Stahlrecycling, Strommix). Angaben zur Aktualität der Daten, zur geographi-schen und zeitlichen Repräsentativität der Studie sind in der Studie gemacht.

105

Korrekt, aber gleichwohl einschränkend für die Interpretation der Ergebnisse ist die Aus-sage, daß durch die Datenlage und die Herkunft der Stahl- und Betonschwellendaten (aus der Schweiz) die Vergleichbarkeit der Schwellen, und damit implizit der Resultate der Öko-bilanz, nur bedingt gegeben ist. Die Bewertungsmethodik stützt sich auf der auswirkungsorientierten Klassifikation (CML-Methode) ab, die gemäß EN ISO 14040 für das Benchmarking im Rahmen von Produkt-Ökobilanzen verwendet werden darf. Die zusätzlich selektieren Indikatoren zum Ressour-cenverbrauch sowie die Summenparameter zu den radioaktiven Abfällen sind wissenschaft-lich begründet und ergänzen die Bewertung im Sinne der Zieldefinition.

4.3 Prozesse und Dateninventar Holzschwelle

Die Herleitung der Inventardaten für die Holzschwelle stellt einen Schwerpunkt des Berichtes dar. Die mechanischen Holzbearbeitungsdaten entstammen einer deutschen Produktion. Es wird nicht angegeben, ob eine Plausibilitätsbetrachtung gegenüber den Daten aus der Stu-die Künniger und Richter (1998) vorgenommen wurde. Auch die Daten zum Imprägnieröl, zum Imprägnierprozeß und zur den Emissionsfaktoren sind neu zusammengestellt. Die Dateninventare zu den Prozessen für die Imprägnierung wurden für den Review detailliert überprüft und sind als korrekt und plausibel eingestuft. Zur Modellierung der energetischen Nutzung wurden in einem Labor Heizwertbestimmungen an imprägnierten Schwellenspänen durchgeführt, deren Ergebnisse bei der Berechnung der Nutzenergie und der Substitutionswirkung berücksichtigt wurde. Die Wahl der Technologien für die Substitutionsberechnung ist begründet. Die nach wie vor nicht gesicherte Datenlage zu den Emissionen der Verbrennung imprä-gnierter Schwellen ist klar hervorgehoben und ist ein methodischer Schachpunkt der Studie. Es sind dem Ersteller dieses Reviews keine aktuelleren Datengrundlagen bekannt, als die für die Studie herangezogenen. Zudem kann aus den bekannten großen Schwankungen nicht unbedingt erwartet werden, daß neue Messungen die Datenkonsistenz verbessern.

4.4 Prozesse und Dateninventar Betonschwelle

Es wurden die Angaben aus der Empa Studie übernommen, die Inputmenge für die Armie-rung wurde marginal erhöht. Die Anteile einer Wiederverwendung der Betonschwelle wurden als Sensitivität identifiziert.

4.5 Prozesse und Dateninventar Stahlschwelle

Es wurden die Angaben aus der Empa Studie übernommen.

4.6 Beurteilung und Interpretationen

Grundlage für die Beurteilung sind Szenarien, deren Zusammenstellung anhand der Einga-beprozesse einheitlich und übersichtlich dargestellt ist. Auf Stufe Sachbilanz erfolgt eine erste Interpretation in Bezug auf die Verbräuche von Ener-gieträgern und Materialien, jeweils unterschieden nach erneuerbarem bzw. nicht erneuerba-rem Ursprung; zudem werden die aus der Stromerzeugung resultierenden radioaktiven

106

Abfälle zusammengestellt. Die Ergebnisse sich tabellarisch und verbal korrekt dargestellt und werden hinsichtlich der Verursachung kommentiert, wobei die Präsentation der Fakten und der Hintergrundinformationen neutral, informativ sachlich erfolgt. Der Leser erfährt die Hintergründe des Zustandekommens der Ergebnisse und kann die Relevanz der Schwel-lenmaterialien im Vergleich zum Gleisbau beurteilen. Auch auf Stufe Wirkungsabschätzung erfolgen die Interpretationen sinngemäß, zunächst Schwellentyp spezifisch und später materialübergreifend. Als Bezug sind die Ergebnisse der Wirkungsabschätzung in Balkendiagrammen dargestellt. Es kommen die wesentlichen verursachenden Einflüsse deutlich zum Ausdruck: die Auf-wendungen des Gleisbettumbaus und -unterhalts, die Reduktion der Umweltwirkungen bei umgearbeiteten Stahlschwellen, die Relevanz der Wärme- und Stromnutzung bei der Ver-wertung der Holzschwellen. Der in der Norm geforderten Untersuchungen des Einflusses von besonders ergebnisrele-vanten Festlegungen und Annahmen kommt die Studie durch sechs Sensitivitätsbetrachtun-gen nach. Diese betreffen den Recyclatanteil bei Stahl, eine 20% Wiederverwendung bei Betonschwellen, den Strommix D/CH, die für Betonmaterialien diskutierte Untersuchung des Karbonatisierungseffektes, Annahmen bei der Bewertung des Imprägnierprozesses und die Herausrechnung der dominanten Gleiswartung- und Unterhaltsarbeiten. Diese Sensitivitäten sind sachlich begründet und zeigen auf, daß die Feststellungen der Hauptstudie inhaltlich korrekt und belastbar sind. Keine der Sensitivitäten führt zu einer grundsätzlich veränderten Erkenntnislage, so daß die Schlußfolgerungen trotz der nicht aktualisierten Prozeßdaten der Beton- und Stahlschwellen als robust bezeichnet werden. Die Feststellungen und Verbesserungsstrategien sind in Hinblick auf die durchgeführte Stu-die begründet, ausgewogen formuliert und richten sich an die identifizierten Zielgruppen.

4.7 Treibhausgaswirkung

Die im letzten Kapitel der Studie dargestellten Effekte der Holzschwellenverwendung mit Bezug auf die Treibhausgasemissionen sind methodisch korrekt berechnet und erweitern die wirkungsorientierte Bewertung der Kategorie Klimawandel, indem die positiven Auswirkun-gen die C-Speicherung und C-Substitution (materiell und energetisch) quantifiziert werden. Die Ansätze zur Verrechnung der materiellen und energetischen Substitution sind durch aktuelle Literaturstellen belegt.

5 Schlußfolgerungen und Empfehlungen

Die vorgelegte Studie erfüllt die Anforderungen, die in ISO EN 14040 für Produkt-Ökobilan-zen gestellt werden. Die benutzten Methoden und das Vorgehen bei der Konzeption, Erstel-lung und Berichterstattung sind transparent und konsistent dargestellt, die Beurteilungsmo-delle basieren auf wissenschaftlich begründeten und international anerkannten Ansätzen, die in der Studie technisch korrekt angewendet wurden. Die benutzten und teilweise speziell für die Studie erhobenen Daten zur Holzschwelle sind von sehr guter Qualität, neue Daten sind als eigene Prozeßdaten ausreichenden dokumentiert. Die Datenbasis ist somit geeignet (trotz der kaum quantifizierbaren Unterschiede bei der Datenlage der Beton- und Stahl-schwellen zur Datenlage bei den Holzschwellen), die Aussagen der Studie im Hinblick auf die Zielsetzung abzustützen. Die Interpretationen aufgrund der Ergebnisse der Berechungen

107

sind nachvollziehbar und weisen für die Holzschwellen eine deutlich verbesserte Umweltbi-lanz aus. Die wenigen bei der externen kritischen Begutachtung gefundenen Formulierungs- und Formatierungsfehler wurden an Dr. Werner übermittelt und sind im Endbericht behoben. Im Rahmen der stichpunktartigen Überprüfung der Sachbilanzinventare wurden keine sachli-chen Fehler oder Auffälligkeiten gefunden. Es geht die Empfehlung an den Ersteller und den Auftraggeber, bei der Kommunikation der Resultate deutlich auf die für die positive Umweltbeurteilung der Holzschwelle verantwortli-che energetische Verwertung der Altschwellen in Restholzfeuerungen bzw. Anlagen zur Wärmekraftkopplung hinzuweisen. Insbesondere der Auftraggeber der Studie als Interes-senvertreter der Holzschwellenproduzenten muß sich politisch dafür einsetzten, daß umwelt-konforme Anlagen zur thermischen und energetischen Nutzung der Altschwellen in genü-gender Anzahl und geographischer Lage verfügbar sind, um die aufgezeigten Potentiale der Holzschwellen nutzen zu können. Damit einhergehend sind aktuellere und die neuen Filter-technologien berücksichtigende Messungen zu den Emissionen vorzulegen, damit dieser in der Datenlage nach wie vor suboptimale Prozeßschritt besser abgebildet werden kann. Aufgrund der Sensitivitätsberechnungen schließt sich der kritische Begutachter der Aussage an, daß die Schlußfolgerungen der Studie trotz der Datenunterschiede als robust bezeichnet werden können. Literatur: Künniger, T. und K. Richter (1998): Ökologischer Vergleich von Eisenbahnschwellen in der Schweiz;

Streckenschwellen aus vorgespanntem Beton, Profilstahl und teerölimprägniertem Buchen-holz. Forschungs- und Arbeitsbericht 115/38, Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA), Dübendorf.

lca of railway sleepers

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