Projekt 12242/01

Entwicklung eines Verfahrens zur Optimierung der Auswahl und Konfigurierung von Anlagen für eine ökologische Gewinnung und den umweltschonenden Transport von Lockergestein

Projektdurchführung

Ingenieurbüro Dr.-Ing. V. Patzold
Kleiberweg 20
21244 Holm-Seppensen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Gewinnung oberflächennaher Lockergesteine stellt einen erheblichen Eingriff in die Umwelt dar, da es sich um nicht erneuerbare Rohstoffe handelt. Ziel dieser Arbeit war es, eine Reduzierung von Flächeneingriffen und des Energieverbrauches zu erreichen. Dazu war es nötig ein Planungssystem für den Abbau von Lockergesteinen zur Erarbeitung von Entscheidungsvorschlägen zur Auswahl und Dimensionierung von Gewinnungs-, Voraufbereitungs- und Fördergeräte und Konfigurierung der Abbauanlagen, gestützt auf eine komplexe Bewertung der Handlungsalternativen, zu entwickeln.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Entwicklung des rechnergestützten Planungssystems wurde zunächst in einer Erhebungsphase das Wissen über Einflussgrößen, Zusammenhänge und Vorgehensweisen erfasst. In der sich anschließenden Strukturierungsphase wurden einzelne Planungsschritte identifiziert und mit den für die Durchführung des Planungssystems zu erstellenden Programmmodulen, Methoden und Datenbanken verknüpft. Ausgehend von den Zielen und Anforderungen des zu erstellenden Planungssystems und der Wissenserhebung und Wissensstrukturierung wurden 7 Phasen des Planungsablaufes benannt. Um die Struktur des Planungssystems zu entwickeln, wurden anschließend ausgehend vom Planungsablauf, zunächst Programmmodule definiert, die die erforderlichen Bewertungs- und Berechnungsverfahren enthalten. Anschließend wurden das Planungssystem in ein Windows-basiertes Programm überführt. Zur Bereitstellung der in den einzelnen Programmmodulen erforderlichen Eingangsdaten sowie der Verbindung der Module wurde zunächst die Stammdatenbank und die projektspezifische Datenbank als zweidimensionale Listen im ASCII-Format erstellt. Damit war sichergestellt, dass alle verwendeten Programme, wie C++, IF-PROLOG und Excel aus Datenbanken Informationen auslesen und Zwischenergebnisse in die Datenbanken schreiben können. Die Aktualisierung der projektspezifischen Datenbank und Stammdatenbank kann mittels graphischer Oberflächen des Programms, die Erweiterung mittels eines herkömmlichen Textverarbeitungsprogramms vorgenommen werden.


Ergebnisse und Diskussion

Zum Projekt liegt der ausführliche Abschlussbericht von Juli 1999 vor.Abbauanlagen in der Kies- und Sandindustrie wurden bisher vor allem aufgrund wirtschaftlicher Kriterien, wie spezifischen Herstellkosten oder dem Kapitalwert, bewertet. Die Forschungsarbeit hatte dagegen das Ziel insbesondere die ökologischen Gesichtspunkte beim Abbau von Kies und Sand zu berücksichtigen. Um dies zu gewährleisten, wurde innerhalb des entwickelten Planungssystems ein Modul geschaffen, in dem ökologische Kriterien, wie Flächen-, Energiebedarf sowie Emissionsbelastungen in die Bewertung alternativer Abbauanlagen einbezogen werden.
Zur Realisation des Planungssystem war es aufgrund der unterschiedlichen Arten der verwendeten Kriteriengrößen bzw. -eigenschaften erforderlich, die bereits bestehenden Bewertungsstrategien der dazu eingesetzten Nutzwertanalyse methodologisch zu erweitern. Die erreichten ökologisch relevanten Ergebnisse können dabei in folgenden Bereichen gekennzeichnet werden:
· Flächenbedarf für den Abbau
Spezifische Gewinnungsverluste in Abhängigkeit des eingesetzten Gewinnungsgerätes werden zunächst als unmittelbares Bewertungskriterium zur Entscheidungsfindung herangezogen. Zudem sind die spezifische Gewinnungsverluste ein wesentliches Kriterium in der Wirtschaftlichkeitsanalyse, da hierdurch die wirtschaftliche Lebensdauer des Tagebaues und damit verbunden die über den Planungszeitraum erzielbaren Gewinne beeinflusst werden. Dies hatte bei den behandelten Lastfällen zur Folge, dass Abbauanlagen mit geringen spezifischen Gewinnungsverluste sowohl hinsichtlich der Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsanalyse als auch der mehrkriteriellen Gesamtbewertung zu den besten Entscheidungsalternativen gehörten.
· Energiebedarf
Die untersuchten Lastfälle zeigten bei einer ökologisch-wirtschaftlichen Wahl der Bewertungskriterien, dass bei einem Vergleich von Abbauanlagen mit einem höherem Energie- aber relativ geringem Flächenbedarf mit solchen mit geringem Energie- aber relativ hohem Flächenbedarf verglichen werden, nicht immer die Abbauanlagen mit einem geringeren Energiebedarf zu den besten Entscheidungsalternativen gehörten. Dieses Ergebnis kann einerseits durch die Erhöhung des Kriteriengewichtes der CO2-Emissionen oder einer deutlichen Erhöhung der derzeitigen Energiepreise zugunsten der Varianten mit geringerem Energiebedarf beeinflusst werden.
· Emission
Emissionen, wie Lärm, Staub, Suspensionen, Öle und Fette werden als unmittelbare Bewertungskriterien zur Entscheidungsfindung herangezogen. Je nach Wahl der Kriteriengewichte können gezielt Gewinnungsgeräte mit geringeren Emissionen ausgewählt werden. Dies führt vor allem bei notwendigen Unterhaltungsbaggerungen in ökologisch sensiblen Wasserbereichen zu einem umweltschonenden Eingriff.
Zudem konnte festgestellt werden, dass Anwender insbesondere durch die explizite Einbeziehung der ökologischen Bewertungskriterien in die wirtschaftlichen Ergebnisse des Planungsprozesses umwelttechnisch sensibilisiert wurden.
Die Ziele des Projektantrages
· eine Primärgewinnung mit minimalen Gewinnungsverlusten zu realisieren,
· die Akzeptanz von Sekundärgewinnungen zu erhöhen und
· den Umweltschutz beim Tagebau zu verbessern
sind damit, dargestellt in den untersuchten Lastfällen, erreicht worden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Forschungsergebnisse wurden in verschiedenen Zeitschriften publiziert. Des Weiteren wurden sie auf nationalen Fachtagungen vorgestellt (u.a. an den Hochschulen in Aachen, Freiberg, Hamburg-Harburg) und für Fachgutachten genutzt.


Fazit

Mit dem Forschungsprojekt wurde die Entwicklung eines rechnergestützten Planungssystems zur Auswahl der optimalen Abbauanlage (bestehend aus Gewinnungs-, Voraufbereitungs- und Fördergeräten) unter besonderer Berücksichtigung des Umweltschutzes erfolgreich durchgeführt. Dazu wurden entsprechende Strategien, erforderliche Methoden erarbeitet sowie ein entsprechendes Softwaresystem programmiert. Das Planungssystem wurde im Zusammenhang mit speziellen Lastfallstudien, die im Abschlussbericht näher erläutert sind, erfolgreich angewendet.