Theorie betrieblicher Reduktion: Grundlagen, Modellierung und Optimierungsansätze stofflicher Entsorgungsprozesse
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Heidelberg
Physica-Verl.
1996
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis Seite
Abbildungsverzeichnis XVI
Tabellenverzeichnis XK
Abkürzungsverzeichnis XX
Symbolverzeichnis XXI
1 Einleitung 1
1.1 Aufgabenstellung 1
1.2 Aufbau und Gang der Untersuchung 6
TeüA:
Grundlegende empirische und theoretische Überlegungen
(State of the Art) 11
2 Einordnung der Entsorgung in das gesamtwirtschaftliche System 12
2.1 Konzeptionelle und begriffliche Überlegungen zur Schließung des
ökonomischen Stoffkreislaufs 12
2.2 Entwicklungstendenzen und Strukturanalysen der deutschen Entsorgungs¬
wirtschaft 19
2.2.1 Gesetzliche Grundlagen 20
2.2.2 Träger der deutschen Entsorgungswirtschaft 21
2.2.3 Entsorgung unterschiedlicher Abfallkategorien durch öffentliche
und private Entsorger 24
X
3 Entsorgungssysteme und prozesse: Darstellung in der Literatur und
Überlegungen zu deren Management 27
3.1 Entsorgungssysteme und prozesse als Gegenstand produktionstechnischer
und wirtschaftlicher Analysen 27
3.1.1 Entsorgung in der technischen Literatur 27
3.1.2 Entsorgung in Teilbereichen der betriebswirtschaftlichen Literatur 29
3.2 Besonderheiten des Managements von Entsorgungssystemen 33
3.2.1 Zielbeziehungen in Entsorgungssystemen 33
3.2.2 Rahmenbedingungen der Entsorgung 37
3.2.2.1 Fundamentale naturgesetzliche Einbettung: Das Entropiegesetz
als ökologisch ökonomischer Hintergrund der Entsorgung 37
3.2.2.2 Gesetzliche Vorgaben 41
3.2.2.3 Gesellschaftliches und wirtschaftliches Umfeld 42
3.2.3 Planungsrichtungsumkehr und Abfall Inhomogenität als Einflußgrößen
der Planung und Gestaltung von Entsorgungssystemen und prozessen 44
3.2.3.1 Allgemeine ökonomische Überlegungen 44
3.2.3.2 Gestaltungsmöglichkeiten betrieblicher Entsorgungssysteme 48
4 Reduktion: Theoretischer Ansatz zur Beschreibung und Analyse der
Entsorgungsprozesse 50
4.1 Grundlegende Darstellung einer umweltorientierten Produktionstheorie
das 3 Ebenen Modell 50
4.1.1 Die Objektebene 52
4.1.2 Die Ergebnisebene 53
4.1.3 Die Erfolgsebene 56
4.2 Begriffliche Einordnung der Reduktion aus Sicht einer umweltorientierten
Produktionstheorie 57
4.2.1 Produktionstheoretische Definition des Reduktionsbegriffs 57
4.2.2 Abgrenzung der Reduktion gegenüber verwandten Begriffen 59
4.3 Aufteilung der Objektarten nach ihrer Stellung im Reduktionsprozeß 61
XI
4.4 Formale Darstellung der Reduktionsprozesse im Rahmen der linearen
Aktivitätsanalyse 65
4.4.1 Quantitative Darstellung der Reduktionsprozesse auf der
Objektebene (Produktionsmodelle) 66
4.4.1.1 Grundlagen der linearen Aktivitätsanalyse 66
4.4.1.2 Modellierung elementarer Reduktionstechnologien 70
4.4.1.3 Komplexere Formen linearer Reduktionstechnologien 73
4.4.2 Beurteilung der Reduktionsprozesse auf der Ergebnisebene 77
4.4.3 Bewertung der Reduktionsprozesse auf der Erfolgsebene
(Wertmodelle) 78
Teil B:
Das Konzept der Komponentenmodellierung zur
Darstellung von Reduktionsprozessen 81
5 Beschreibung der Objektqualität mittels Komponentenbetrachtung 82
5.1 Komponenten: Definition und Darstellung ihrer Möglichkeiten zur
Objektbeschreibung 82
5.2 Beschreibung unterschiedlicher Werkobjektqualitäten durch die Berück¬
sichtigung ihrer Komponenten 85
5.2.1 Darstellung der Werkobjektqualität Möglichkeiten und Grenzen 85
5.2.2 Einteilung der Objekte in Objektarten und Sorten 87
6 Komponentenmodellierung: Erweiterungen der umweltorientierten
Produktionstheorie stofflicher Reduktionsprozesse 90
6.1 Auswirkungen der Komponentenmodellierung auf die umweltorientierte
Produktionstheorie 90
6.2 Erweiterungen auf der Objektebene 93
6.2.1 Elementare Zusammenhänge der Komponentenmodellierung 93
6.2.2 Verschiedene Formen der Komponententransformation 97
6.2.2.1 Komponentenverteilung 97
6.2.2.2 Komponentenverändemng 98
xn
6.3 Erweiterungen auf der Ergebnisebene 105
6.4 Erweiterungen auf der Erfolgsebene 112
7 Typologie stofflicher Reduktionsprozesse 115
7.1 Produktionstheoretische Typologisierungskriterien 115
7.1.1 Ableitung der Kriterien aus produktionstheoretischen Überlegungen 115
7.1.2 Zusammenhänge zwischen den gewählten Kriterien 120
7.2 Produktionstheoretischer Typologisierungsansatz 122
7.2.1 Überblick 122
7.2.2 Abtrennungsprozesse 124
7.2.3 Hinzufügungsprozesse 126
7.2.4 Umwandlungsprozesse 127
7.2.5 Einteilung technischer Entsorgungsverfahren nach dem
Reduktionsprozeßtyp 131
7.2.6 Aussagen zur Erwünschtheit der Outputobjekte bei verschiedenen
Reduktionsprozeßtypen 133
7.3 Überlegungen zur Erweiterung der Typologie 135
TeüC:
Detailanalysen verschiedener Reduktionsprozeßtypen
und spezieller Problemfelder 137
8 Abtrennungsprozesse 138
8.1 Zielsetzungen der Abtrennung und daraus abgeleitete Kennzahlen 140
8.2 Modellierung elementarer Abtrennungsprozesse 145
8.2.1 Allgemeingültige Modelle i45
8.2.2 Modellpräzisierung für sortenreine Abtrennungsprozesse 149
8.2.3 Modellpräzisierung für vollständige, sortenreine Abtrennungsprozesse 150
xm
8.3 Konzept zur Optimierung einstufiger, sortenreiner Abtrennungsprozesse 151
8.3.1 Abhängigkeit der Objektwertbestandteile vom Abtrennungsgrad der
abgetrennten Objektart 153
8.3.2 Ermittlung des optimalen Abtrennungsgrads 158
8.4 Konzept zur Optimierung einstufiger, unsauberer Abtrennungsprozesse 162
8.4.1 Abhängigkeit der Objektwertbestandteile von der Sortenreinheit der
abgetrennten Objektart 163
8.4.2 Ermittlung der optimalen unsauberen Abtrennung durch simultane
Optimierung von Abtrennungsgrad und Sortenreinheit 166
8.5 Sequentielle Verknüpfung einstufiger Abtrennungsprozesse zu einem mehr¬
stufigen Abtrennungsmodell 169
8.5.1 Konsolidierung der Produktions und Wertmodelle sequentiell
hintereinander geschalteter Abtrennungsprozesse 170
8.5.2 Abhängigkeit der Optimierung eines Teilprozesses von vor und
nachgelagerten Teilprozessen 173
8.5.3 Gesamtoptimierung bei mehrstufigen Abtrennungsprozessen 175
8.5.3.1 Bestimmung des optimalen Gesamtwerts bei vorgegebener
Prozeßreihenfolge 175
8.5.3.2 Bestimmung des optimalen Gesamtwerts bei frei wählbarer
Prozeßreihenfolge 176
9 Hinzufügungsprozesse 179
9.1 Modellierung elementarer Hinzufügungsprozesse 180
9.2 Grundlegende Überlegungen zur Optimierung einstufiger
Hinzufügungsprozesse 182
9.2.1 Einfluß der verschiedenen Objektartkategorien auf die Gestaltung
des Hinzufügungsprozesses 182
9.2.2 Bestimmung der notwendigen Zusatzinputquantität bei einem
vorgegebenen Grenzwert für eine Restreduktkomponente 184
9.2.3 Bestimmung der optimalen Zusatzinputquantität bei variierender
Restreduktbewertung 186
9.2.4 Optimierung der Zusatzinputsorte 189
10 Umwandlungsprozesse 191
10.1 Zielsetzungen der Umwandlung und daraus abgeleitete Kennzahl 192
XIV
10.2 Modellierung elementarer Umwandlungsprozesse 194
10.3 Konzept zur Optimierung des Zusatzinput bei einstufigen
Umwandlungsprozessen 196
10.3.1 Umwandlungsprozesse mit quantitativ unabhängig voneinander
ablaufenden Reaktionen 197
10.3.1.1 Grundlegende Zusammenhänge 197
10.3.1.2 Wirtschaftliche Optimierungsanalysen 201
10.3.2 Umwandlungsprozesse mit quantitativ abhängig voneinander
ablaufenden Reaktionen 207
10.4 Konzept zur Bestimmung optimaler Prozeßbedingungen 209
10.5 Vereinfachungen der Prozeßsteuerung in der Praxis 214
11 Berücksichtigung der Redukt Inhomogenität in der Produktions¬
theorie und Prozeßoptimierung 218
11.1 Analysegegenstände und prämissen im Rahmen der Inhomogenitäts
Problematik 218
11.2 Grundlegende Überlegungen zur Modellierung, Bewertung und
Optimierung 221
11.2.1 Einfluß der Inhomogenität auf die Modellierung der Reduktion 221
11.2.2 Einfluß der Inhomogenität auf die Bewertung der Reduktart bzw.
klasse 228
11.2.3 Einfluß der Inhomogenität auf die Optimierung des Reduktions¬
prozesses 230
11.3 Konzept zur Prozeßoptimierung bei deterministischer Redukt Inhomogenität 232
11.3.1 Eingrenzung möglicher Untersuchungsgegenstände 232
11.3.2 Optimierungsanalysen 234
11.4 Konzept zur Prozeßoptimierung bei stochastischer Redukt Inhomogenität 238
11.4.1 Eingrenzung möglicher Untersuchungsgegenstände 238
11.4.2 Optimierungsanalysen 239
12 Resümee und Ausblick 246
XV
Anhang A: Zahlenmaterial und Erläuterungen zu Entsorgungsschritten
verschiedener Abfallkategorien 250
Anhang B: Ermittlung der optimalen Zusatzinputquantität bei vorgegebenem
Grenzwert (Nebenrechnungen) 253
Anhang C: Ermittlung der Umwandlungsgrade aus der Zusatzinputquantität
(Nebenrechnungen und Erläuterungen) 254
Literaturverzeichnis 256
Abbildungsverzeichnis Seite
Abb. 1.1: Funktionsschema eines natürlichen Ökosystems 2
Abb. 1.2: Stofflich nicht geschlossenes Wirtschaftssystem 3
Abb. 1.3: Annähernd geschlossener ökonomischer Stoffkreislauf 4
Abb. 1.4: Aufbau und Gang der Untersuchung 8+9
Abb. 2.1: Ökonomischer Stoffkreislauf im Rahmen der Industriellen
Reproduktionswirtschaft 13
Abb. 2.2: Verfeinerte Darstellung der Industriellen Reproduktionswirtschaft mit
Einordnung und Abgrenzung der Entsorgung und des Recycling 17
Abb. 3.1: Technische Einteilung der Abfallbehandlungsverfahren 28
Abb. 3.2: Entropieverlauf eines Objekts in seinen verschiedenen Wirtschafts¬
kreislaufphasen 39
Abb. 4.1: Aufbau der umweltorientierten Produktionstheorie 51
Abb. 4.2: Darstellung eines Reduktionsprozesses mittels Input/Output Graph 63
Abb. 4.3: Darstellung eines Reduktionsprozesses mittels vereinfachtem
Input/Output Graph 64
Abb. 4.4: Typen elementarer Reduktionsprozesse 71
Abb. 4.5: Reduktionstechnologietypen 74
Abb. 5.1: Bodenklassifikation durch das US Landwirtschaftsministerium 88
Abb. 6.1: Verfeinerte Produktionstheorie für Reduktionsprozesse 91
Abb. 6.2: Graphische Veranschaulichung eines elementaren Reduktionsprozesses
unter Berücksichtigung der Komponentenmodellierung 95
Abb. 6.3: Input/Output Graphen zweier Reduktionsaltemativen 109
XVII
Abb. 7.1: Verschiedene Reduktionsprozeßtypen 118
Abb. 7.2: Typologie stofflicher Reduktionsprozesse 123
Abb. 8.1: Abtrennungsprozeß mit einem Zweikomponentenredukt und zwei
Outputobjektarten 142
Abb. 8.2: Abhängigkeit des Wertbestandteils des Zusatzinput vom
Abtrennungsgrad a„+u 153
Abb. 8.3: Abhängigkeit des Wertbestandteils der abgetrennten Objektart vom
Abtrennungsgrad am+11 154
Abb. 8.4: Abhängigkeit des Wertbestandteils des Restredukts vom
Abtrennungsgrad am+u 155
Abb. 8.5: Abhängigkeit der Prozeßobjektkosten vom Abtrennungsgrad cc„+14 157
Abb. 8.6: Wertbestandteile und Gesamtwertverlauf bei Abtrennungsprozessen
mit vom Abtrennungsgrad otm+1; linear abhängigen Objektartwerten 160
Abb. 8.7: Wertbestandteile und Gesamtwertverlauf bei Abtrennungsprozessen
mit vom Abtrennungsgrad ocm+u teilweise nicht linear abhängigen
Objektartwerten 161
Abb. 8.8: Wertgebirge über Abtrennungsgrad am+,_, und Sortenreinheit ßm+,, 167
Abb. 8.9: Grundstruktur mehrstufiger Abtrennungsprozesse 171
Abb. 9.1: Optimierung der Zusatzinputquantität Xj eines Verdünnungsprozesses
mit unterschiedlichen Restreduktkategorien 188
Abb. 10.1: Mögliche Verläufe des Stückwerts w3 der Outputobjektart 3 in
Abhängigkeit von der Zusatzinputquantität x, 202
Abb. 10.2: Wertbestandteile und Gesamtwertverlauf bei Umwandlungs¬
prozessen in Abhängigkeit von der Zusatzinputquantität x^ 203
Abb. 10.3: Umwandlungsgrade 5, und Sj in Abhängigkeit von der Zusatzinput¬
quantität % 205
Abb. 10.4: Wertbestandteile und Gesamtwertverlauf bei Umwandlungs¬
prozessen in Abhängigkeit von einer Prozeßbedingung p 213
Abb. 10.5: Heizwertdiagramm 216
xvm
Abb. 11.1: Input/Output Graph bei summarischer Reduktsortenmodellierung 223
Abb. 11.2: Input/Output Graph bei vollkommen differenzierter Reduktsorten¬
modellierung 224
Abb. 11.3: Input/Output Graph bei teilweise differenzierter Reduktsorten¬
modellierung 227
Abb. 11.4: Optimierung einer Kennzahl (KZ) bei drei deterministischen Reduktsorten 235
Abb. 11.5: Optimierung einer Kennzahl (KZ) bei stochastischen Reduktsorten 241
Tabellenverzeichnis Seite
Tab. 2.1: Prozentuale Verteilung der Abfallquantitäten auf die private und
öffentliche Entsorgung in Deutschland im Jahre 1990 (1987) 25
Tab. 4.1: Input und Outputkategorien 54
Tab. 7.1: Einteilung verschiedener Reduktionsprozeßtypen bezüglich ihrer
Werkobjekt und Komponentenströme 121
Tab. 7.2: Zuordnung technischer Entsorgungsverfahren zum Reduktionsprozeßtyp 132
|
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