Nachhaltigkeit

Material-Challenge bei Gasdruckbehältern

| Autor / Redakteur: Susanne Hartard, Vanessa Wilcken und Peter Böhm / Simone Käfer

Nachhaltigkeit beginnt bereits bei der Materialauswahl. Wissenschaftler der Hochschule Trier unterzogen Gasdruckbehälter einer Ökobilanzstudie, um den geeignetsten Werkstoff zu finden.
Nachhaltigkeit beginnt bereits bei der Materialauswahl. Wissenschaftler der Hochschule Trier unterzogen Gasdruckbehälter einer Ökobilanzstudie, um den geeignetsten Werkstoff zu finden. (Bild: gemeinfrei (Amigos3D/pixabay) / CC0)

Aluminium, Stahl oder Kunststoff – welcher Werkstoff ist wohl der umweltverträglichste für wiederbefüllbare Druckbehälter? Dieser Frage gingen Wissenschaftler der Hochschule Trier nach. Dazu unterzogen sie verschiedene Druckbehälter für Flüssiggas einer Ökobilanz.

Druckgasflaschen, die extremen Witterungs­bedingungen ausgesetzt sind, werden bevorzugt aus Aluminium gefertigt, da der Werkstoff eine besonders gute Korrosionsbeständigkeit und eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Zum Transport eignen sich jedoch leichte Faserverbundwerkstoffe. Die im Rahmen der Studie untersuchten ortsbeweglichen Druckgasflaschen sind abhängig von den Umgebungsbedingungen mit den brennbaren Flüssiggasen Propan, Butan oder deren Gemischen befüllt. Die Auslegung der untersuchten Druckbehälter erfolgt nach standardisierten Regelwerken des Deutschen Instituts für Normung (DIN) respektive der Europäischen Normung (EN).

Der Grundkörper der aus Stahl und Aluminium gefertigten Druckbehälter setzt sich aus zwei miteinander verschweißten Teilen zusammen: der unteren und der oberen Halbschale. Zur leichteren Hand­habung ist der Behälter an der oberen Halbschale abhängig vom Einsatzbereich beiderseits des Ventils mit zwei Handgriffen oder einem Ventilschutzkragen ausgestattet. Zur Gewährleistung der Aufnahme des Ventils, das zum Ein- und Auslassen des Füllgutes dient, ist an der oberen Halbschale eine Muffe befestigt. Ein Fußring an der unteren Halbschale ermöglicht ein aufrechtes Stehen des Behälters.

Die Nachhaltigkeit eines Produktes messen

Druckbehälter aus Kunststoff setzen sich aus drei wesentlichen Komponenten zusammen, einer nahtlosen Innenverkleidung aus Polyethylen hoher Dichte (HD-PE), einem drucktragenden Zylinder aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) und einer Außenverkleidung aus HD-PE, welche die spätere Handhabung des Druckbehälters ermöglicht und aus den drei Teilen Boden, Deckel und Grundkörper zusammengesetzt ist.

Die Ökobilanz ist eine Umweltmanagementmethode, die zur Abschätzung produktspezifischer potenzieller Umweltwirkungen dient. Die Untersuchungen berücksichtigen den gesamten Lebensweg eines Produktes, ausgehend von der Rohstoffgewinnung über die Herstellung und Distribution bis hin zur Entsorgung beziehungsweise bis zum Recycling des Produktes.

Untersucht werden hier ortsbewegliche Druckgas­behälter, die rund 27 l fassen, was rund 11 kg Propan entspricht. Bislang können noch keine exakten Aussagen über die Lebensdauer der verschiedenen Behälter getroffen werden. Bisherige Erfahrungen lassen den Schluss zu, dass die Lebensdauer von Aluminiumdruckbehältern bei 70 Jahren und die der Kunststoff- und Stahldruckbehälter bei 25 Jahren liegt. Mengenangaben sämtlicher Stoff- und Energieströme, die im Produktsystem Aluminium auftreten, stammen aus Messungen eines deutschen Herstellers von Druckgasflaschen auf Aluminiumbasis. Für die Produktsysteme Stahl und Kunststoff fand sich kein Studienpartner. Deswegen beruhen diese Mengenangaben auf Annahmen, die aus verschiedenen Datenquellen ermittelt wurden.

Auch Recycling und Entsorgung zählen

Im Rahmen der Sachbilanz werden die in den Produktsystemen Aluminium, Stahl und Kunststoff auftretenden relevanten Materialmassen- und Energieströme auf der Inputseite sowie die Produkte (erwünscht) und Kondukte (unerwünscht) auf der Outputseite analysiert, über entsprechende Pro­zess­module verknüpft und darauf aufbauend Stoffstromanalysen erstellt, die einen anschließenden ökobilanziellen Vergleich der Produktsysteme ermöglichen.

Bei dem in dieser Studie gewählten Ansatz werden alle EoL-Prozesse (End-of-Life) berücksichtigt, also auch Recycling und Entsorgung. Um Emissions- und Energiebeiträge auswerten zu können, gehen die Wissenschaftler davon aus, dass die Druckbehälter ausschließlich mit Primärwerkstoffen hergestellt sind. Die Berücksichtigung der stofflichen und thermischen Verwertbarkeit der Werkstoffe erfolgt unter Berücksichtigung von Materialverlusten beim Recycling über eine Gutschrift der Verwertungsprozesse der im Verlaufe der im Lebenszyklus anfallenden Abfallmaterialien. In diesem Fall tragen die Abnehmer der Sekundärwerkstoffe die volle Verantwortung für die Umweltwirkungen der Verwertungsprozesse.

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