Umwelt

Nachhaltiges Bauen mit Feuerverzinkung: Minimierter Energieaufwand für die Erhaltung der Stahlkonstruktion

Der kumulierte Energieaufwand für das Verzinken von einem Kilogramm Stahl stellt nur 4% des kumulierten Energieaufwandes des Stahls dar. Durch den Korrosionsschutz bleibt die „graue Energie“* des Stahls über einen sehr langen Zeitraum erhalten und kann sogar für weitere Nutzungszyklen recycelt werden.

Durch das Vermeiden von Instandhaltungen bei feuerverzinkten Teilen fällt ein wesentlich niedriger Energieaufwand an.

Bei Lebenszyklus bezogenen Betrachtungen trägt das Feuerverzinken in erheblichem Masse zu einer Reduzierung des Energieverbrauches an Stahlkonstruktionen bei

Graue Energie oder kumulierter Energieaufwand: Energiemenge, welche für die Herstellung, Transport, Lagerung, Verkauf, und Entsorgung des Produktes verbraucht wird. Dabei werden auch alle Vorprodukte bis zur Rohstoffgewinnung berücksichtigt. Beim Feuerverzinken liegt die graue Energie bei ca. 4.5 MJ/kg Stahl oder in der Grössenordnung von 100 MJ/m2.

SBB-Fahrleitungsmast, 1930-1984
Haute Geneveys und Renens Zinkschicht nach 54 Jahren über 80 µm


Hafenanlage Arbon, Hafenkonstruktion inklusive 150m Spundwand, Baujahr 1971. Auch nach 36 Jahren in der aggressiven Wechselwasserzone ist die Feuerverzinkung noch intakt. Schichtdicke Hafenanlage heute um 40 – 80 um.

Recycling beim Feuerverzinken

Zink-Recycling

Zink kann ohne Qualitätsverlust beliebig oft recycelt werden. Zurzeit werden ungefähr 30% des Bedarfs durch recyceltes Zink gedeckt. Die Recyclingquote des zur Verfügung stehenden Zinks beträgt ca. 80%. Zur Herstellung von primärem Zink (aus Erzen) werden 50 MJ Energie pro kg benötigt, beim Umschmelzzink aus recycelten Bauzinkprodukten lediglich 2.5 MJ/kg.

Recycling von Feuerverzinkungsrückständen

Während des Feuerverzinkungsprozesses wird nur soviel Zink verbraucht wie notwendig, der Überschuss läuft ins Zinkbad zurück. Bei anderen Korrosionsschutzverfahren durch Sprühen entstehen im Gegensatz dazu grosse Materialverluste durch Overspray.
Auf der Zinkbadoberfläche entstehen durch Oxidation Zinkasche, im Zinkbad durch die Reaktion mit Eisen Hartzink. Beide Nebenprodukte werden vollständig recycelt und als Zusätze zum Beispiel im Gummi von Reifen oder in der Kosmetik eingesetzt.

Erneutes Verzinken von feuerverzinkten Bauteilen

Feuerverzinkte Stahlprodukte können nach jahrzehntelangem Einsatz in einem Säurebad „abgebeizt“, erneut verzinkt und wieder eingesetzt werden.

Recycling von feuerverzinktem Stahl

Feuerverzinkter Stahl kann mit anderem Stahlschrott recycelt werden. Zink verflüchtigt sich früh bei diesem Prozess, wird aufgefangen und recycelt.

Feuerverzinkung und Beschichtung im Umweltvergleich

Eine Studie des Institutes für Technischen Umweltschutz (Lehrstuhl Systemumwelttechnik) der TU Berlin untersuchte die Ökobilanzen einer Feuerverzinkung (ISO 1461) im Vergleich zu einer Beschichtung (ISO 12944).

Eine Ökobilanz bezieht sich auf den ganzen Lebenszyklus des Produktes (Herstellung, Nutzung, Entsorgung) und berücksichtigt alle umweltrelevanten Stoffe, welche der Umwelt entnommen werden (z.B. Erze, Erdöl) sowie Stoffe, welche in die Umwelt gelangen (z.B. Emissionen, Abfälle). Aus den Daten werden dann die Auswirkungen auf verschiedene Aspekte der Umwelt ermittelt (z.B. Ressourcenverbrauch, Treibhauseffekt).

Betrachtete Korrosionsschutzsysteme

Anforderung: Korrosionsschutz für mittelschweren Stahlbau (20m2/t) mit 60 Jahren Nutzungszeit in einer Umgebung mit der Korrosivitätsklasse C3.

Feuerverzinkung:	Schichtdicke von 100 μm, Korrosionsrate bei Kategorie C3 von 1 μm/Jahr
Beschichtung:	3-Schicht-System von insgesamt 240 μm, nach 20 und 40 Jahren eine fachgerechte, bauseitige Instandsetzung durch teilweise Reinigung und Renovierungsbeschichtung

Umweltbelastung der beiden Systeme in verschiedenen Wirkungskategorien

© 2008 Institut Feuerverzinken GmbH
Ressourcenverbrauch: Rohstoffe, Energie etc. / Treibhauseffekt: Globale Erwärmung / Photooxidantien: Bewirken Sommersmog / Versauerung: Versauerung von Böden und Gewässern / Eutrophierung: Belastung von Gewässern.

Die Länge der Balken ist ein Mass für die Umweltbelastung. Das System Feuerverzinken führt in allen Kategorien zu einer deutlich geringeren Belastung der Umwelt als die Beschichtung. Besonders eindeutig ist der Unterschied beim der Eutrophierung (- 82 %), dem Ressourcenverbrauch (-68 %) und dem Treibhauseffekt (- 62%).

Fazit

Für ein langlebiges Stahlbauobjekt stellt das Feuerverzinken gegenüber einem Beschichtungssystem die deutlich geringere Umweltbelastung dar. Die Wartungsfreiheit und Langlebigkeit der Feuerverzinkung garantieren seine Umweltfreundlichkeit.

Zink in der Umwelt

Zink in der Natur

Viele natürliche Gesteinsarten enthalten Zink in unterschiedlicher Menge. Der durchschnittliche Anteil in der Erdkruste beträgt 70 mg/kg (Trockengewicht) und variiert zwischen 10 und 300 mg/kg.

Durch natürliche geologische Prozesse ist an manchen Stellen ein weit höherer Anteil konzentriert und die Erzvorkommen werden zur Zinkproduktion genutzt. Auf allen Kontinenten wird Zink industriell abgebaut, am meisten in China, Australien und Peru.

Durch die natürliche Verwitterung von Gesteinen durch Wind und Wasser wird ein geringer Teil des Zinks ständig bewegt und in die Umwelt transportiert. Das Leben auf der Erde hat sich aufgrund der guten Verfügbarkeit des Zinks dessen spezifische Eigenschaften bei biologischen Reaktionen zunutze gemacht. Zink spielt bei Lebewesen eine wichtige Rolle in mehr als 200 Enzymen zum Beschleunigen von biochemischen Reaktionen wie z.B. dem Abbau von Alkohol im Körper. Es stabilisiert auch die Struktur von Proteinen und der DNS, unserem Erbmaterial.

Zink ist somit essentiell für alles Leben. Bei zu niedriger Aufnahme treten Mangelerscheinungen wie verminderter Geruchs- und Geschmackssinn, Hauterkrankungen, Lethargie und verminderte Fruchtbarkeit auf. Man geht heute davon aus, dass nahezu für die Hälfte der Weltbevölkerung das Risiko besteht, an Zinkmangel zu leiden.

Zink in der industrialisierten Umwelt

Obwohl für den Menschen und das Ökosystem Zink unabkömmlich ist, kann eine zu hohe Konzentration schaden. Für die Umwelt gibt es einen optimalen Konzentrationsbereich, welcher weder zu Mangelerscheinungen noch zu toxischen Auswirkungen führt.

Die industriellen Zinkemissionen haben in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich abgenommen. Die Natur ist zudem in der Lage, Zink zu binden und damit seine Bioverfügbarkeit zu reduzieren. Das Zink wird je nach Umweltfaktoren wie z.B. dem pH-Wert, der Wasserhärte oder der Zusammensetzung des Untergrundes im Boden gebunden und zeigt daher ein geringeres Potential für Umweltwirkungen.

Diese reduzierte Verfügbarkeit von Zink erklärt, warum erhöhte Zinkkonzentrationen im Boden im Umfeld von feuerverzinkten Konstruktionen wie Strommasten in der Praxis nicht die toxischen Auswirkungen zeigen, welche unter Umständen aufgrund theoretischer Überlegungen erwartet worden wären.