Rohstoffe / Ausgangsstoffe

Hauptbestandteile

Rohgipse unterscheiden sich in ihren chemischen Hauptbestandteilen wegen ihrer unterschiedlichen Herkunft, sei es aus natürlichen Lagerstätten oder uas REA-Gipsanlagen. Mittelwertefür das Calciumsulfat-Dihydrat sind nachfolgend angegeben:

CaSo4 • 2 H2O	%	81,2	(71,7 - 100)
Kristallwasser	%	17,0	(15,0 - 20,9)
CaO	%	26,5	(23,4 - 32,5)
SO3	%	37,8	(33,3 - 46,4)

Folgende Begleitminerale können vorhanden sein:

• Anhydrit CaSO₄
• Calciumcarbonat CaCO₃
• Dolomit CaCO₃ • MgCO₃
• Tonminerale (z. B. Muskovit)

Quelle: Gips-Datenbuch, Bundesverband der Gipsindustrie e. V. 2003

Naturgips und -anhydrit
Ausgangsstoff für die Gipsherstellung ist der Gipsstein (CaSO₄ ∙ 2 H₂O). Dieser gehört zu den Sedimentgesteinen und hat sich durch chemische Ausfällung aus dem Wasser in flachen Binnenmeeren gebildet. Dabei haben sich die Gipskristalle am Meeresboden abgesetzt und zu Gipsstein verfestigt.
Neben dem Gipsstein (CaSO₄ ∙ 2 H₂O) findet man in den Abbaustätten auch natürlichen Anhydrit (CaSO₄). Er ist aus dem Gipsstein bei hoher Temperatur und unter großer Auflast durch Entwässerung entstanden. Beide Minerale (Gipsstein + Anhydrit) haben sich in Millionen Jahren im Laufe geologischer Vorgänge gebildet.

REA-Gips
Als Rohstoff ist neben Naturgips der REA-Gips (Gips aus Rauchgas-Entschwefelungs-Anlagen) von hoher Bedeutung und deckt etwas mehr als die Hälfte des Gipsbedarfes in Deutschland.
Bei der Verbrennung von Kohle in Heiz- oder Stromkraftwerken entsteht neben dem Hauptverbrennungsprodukt CO₂ das umweltschädliche Gas SO₂. Es reagiert mit dem in der Atmosphäre vorkommenden Wasser zu schwefeliger Säure und trägt damit wesentlich zum sauren Regen bei. Daher muss es nach den Vorgaben des Bundesimmissionsschutzgesetzes (Verordnung über Großfeuerungsanlagen, 13. BimSchV - 1983) aus den Abgasen herausgewaschen werden. Dazu wird im Kalkwaschverfahren der Abgasstrom durch eine Suspension aus Kalkstein oder Branntkalk geleitet, wodurch sich der SO₂-Gehalt im Rauchgas von vorher 800 - 1.000 mg SO₂/m³ auf rund 100 mg/m³ reduzieren lässt. Durch eine weitere Reaktion mit dem Luftsauerstoff wird das Produkt Gips (CaSO₄ ∙ 2 H₂O) gebildet. Dieser sehr feine Gips liegt als wässrige Suspension vor, die vor der weiteren Behandlung mit Reinstwasser gewaschen werden muss, um zu vermeiden, dass lösliche Salze zur Nicht-Verwendbarkeit des REA-Gipses führen.

Damit beim Transport sowie beim späteren Brennvorgang der Energiebedarf minimiert wird, entzieht man dem Gips mit Hilfe von Zentrifugen und Vakuumfiltern zum größten Teil das physikalisch gebundene Wasser (ca. 10 % Restfeuchte), das mit Braunkohleflugasche gebunden für Rekultivierungsmaßnahmen im Bergbau verwendet werden kann.

Der entstandene REA-Gips kann ohne weitere Nachbehandlung als naturgipsidentischer Rohstoff zur Herstellung aller Gipsbaustoffe eingesetzt werden (siehe z.B. Beckert-Studie). U.a. deshalb ist REA-Gips auch von der OECD-Abfallliste gestrichen und im Rahmen der von der EU-Kommission zur Novellierung der Abfallrahmen-Richtlinie untersuchten Beispiele als Produkt anerkannt worden.

Durch die Entwicklung spezieller Reinigungsverfahren wird REA-Gips inzwischen aus Braunkohle in gleicher Qualität wie aus Steinkohle hergestellt. REA-Gips aus Braunkohlekraftwerken stellt zwischenzeitlich mehr als 50% des verbrauchten REA-Gipses. Abweichungen von der REA-Gips-Qualität aufgrund Mitverbrennung von Klärschlamm konnten bis jetzt nicht nachgewiesen werden.

Eine Gewinnung aus Müllverbrennungsanlagen ist prinzipiell möglich, scheitert aber derzeit an den installierten Entschwefelungsverfahren, die für die Müllverbrennung günstiger sind (z. B. wesentlich geringerer Schwefelgehalt von Müll), deren Entschwefelungsprodukte (staubförmiges Gemisch aus Calciumsulfit, Calciumsulfat + Asche) aber nicht zu REA-Gips aufbereitet werden können.

Umwelt- und Gesundheitsrelevanz

Gewinnung der Primärrohstoffe

Naturgips
Die Naturgipsreserven sind begrenzt. Der Abbau erfolgt im Tagebau oder unter Tage. Damit verbunden sind Umweltbelastungen durch Eingriffe in Natur und Landschaft.
Abbaugebiete in Deutschland sind Bayern (Franken), Baden-Württemberg, Hessen (Nordhessen), Niedersachsen (Solling + Harz), Thüringen (Südharz + Saale-Orla-Kreis). Unter Tage wird derzeit u.a. in Hüttenheim (Bayern), Stadtoldendorf (Niedersachsen), Neckarzimmern (Baden-Württemberg), Lamerden (Hessen) und Krölpa (Thüringen) abgebaut.

Naturanhydrit₁
Vorkommen in Deutschland: Südharz, Iphofen (Unterfranken)

Verfügbarkeit

Gips- und Anhydrit-Lagerstätten sind weltweit verbreitet und konnten (Stand 2010) an ca. 4300 Fundorten nachgewiesen werden.² In Deutschland befinden sich umfangreiche erkundete und genehmigungsfähige Sulfatrohstoff-Lagerstätten insbesondere in den Bundesländern Thüringen und Baden-Württemberg.³ Im Jahr 2006 wurden in Deutschland ca. 9 Millionen Tonnen Gips- und Gipserzeugnisse produziert, von denen die Menge von Naturgips und Naturanhydrit bei nur ca. 1,5 Millionen Tonnen lag. Die verbleibenden 7,5 Millionen Tonnen Gips stammen aus Rauchgasentschwefelungsanlagen (REA-Gips).⁴

Verwendung von Recyclingmaterialien / Produktionsabfällen

REA-Gips
Die zukünftige Versorgungsmöglichkeit durch REA-Gips als Ersatz für Naturgips lässt sich derzeit nicht prognostizieren, da unklar ist, wieweit die für die weitere Verfügbarkeit dringend notwendige Modernisierung von Kohlekraftwerken durch Neubau- oder Retrofit-Maßnahmen erfolgt und/oder statt dessen andere Energieträger zum Einsatz kommen (Gas, Kernkraft, regenerative Energien), die keinen REA-Gips liefern.

Die meisten Gipswerke befinden sich in der Nähe der Gips-Abbaustätten bzw. inzwischen auch direkt an Großkraftwerkstandorten.

Synthetischer Anhydrit¹
Synthetischer Anhydrit ist ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Flusssäure aus Flussspat (CaF₂) und Schwefelsäure. Der Vorteil von synthetischem Anhydrit gegenüber dem natürlichen Vertreter ist die gleichbleibend hohe Qualität.

Von den Rohstoffen, die für Gipsherstellung verwendet werden, kann in Einzelfällen eine geringe natürliche Strahlung ausgehen. Diese liegt im Schwankungsbereich der natürlichen Strahlung.

Quellen

¹Backe H., Hiese W., Möhring R.; Baustoffkunde für Ausbildung und Praxis; Werner Verlag, 12. Auflage, 2013

²Gips-Wikipedia (Online-Quelle)

³Mitteilung der Landesämter für Geologie und Umwelt der Bundesländer Bayern, Baden-Württemberg, Hessen, Rheinland-Pfalz, Saarland, Thüringen und Niedersachsen an das Bundesinstitut für Bau- Stadt- und Raumforschung (BBSR) Berlin, Referat II-6, Bauen und Umwelt, 2011

⁴GIPS-Datenbuch, Bundesverband der Gips- und Gipsplattenindustrie e.V. Darmstadt, 2006

Zapke W., Blomensaht F.; Grundlagenermittlung zur Erarbeitung von Informationen über Fragen des gesunden Bauens und Wohnens im Zusammenhang mit Ausbaustoffen (F 736); 1994; Institut für Bauforschung e.V.; Hannover

Herstellung

Prozesskette

Herstellungsprozess

Ausgangsstoff natürlicher Anhydrit

Natürlicher Anhydrit muss zur weiteren Verarbeitung nur noch gebrochen und gemahlen werden und ist ohne Brennen verwendbar (z. B. als Calciumsulfat-Fließestrich). Um eine größere Mahlfeinheit zu erreichen, kann vor dem Mahlen die freie Feuchte vermindert werden (Trocknung von ca. 2 % auf 0,1 % freie Feuchte).

Ausgangsstoff Gipsstein und REA-Gips

Naturgips muss im Gegensatz zu REA-Gips vor dem Brennen zuerst gebrochen und gemahlen werden. Der Gips wird je nach Verwendungszweck bei verschiedenen Temperaturen zwischen 120 bis 500°C gebrannt. Als Energieträger finden heute fast ausschließlich Erdgas und Heizöl Verwendung.

Entwässert man den Gipsstein in Wasserdampf, entsteht α-Halbhydrat, bzw. α-Anhydrit III. Wird der Gipsstein trocken entwässert, entsteht β-Halbhydrat bzw. β-Anhydrit III. Die unterschiedlichen Gipsarten entstehen durch verschiedene Anteile der Brennprodukte.

Produkt:	Bestandteile:
Stuck- bzw. Putzgips	β-Halbhydrat, β-Anhydrit III, Anhydrit II
Estrichgips	Anhydrit II, Anhydrit I, α-Halbhydrat

Umweltindikatoren / Herstellung

Energieaufwand

Bei der Herstellung von Gipsbindern wird Energie zur Trocknung und Mahlung benötigt. Mehr Energie ist nötig, um den Naturgips bzw. REA-Gips zu Gipsbinder zu brennen. Im Vergleich zu anderen Bindemitteln wie Kalk und Zement wird durch den Brand bei niedrigeren Temperaturen (120°C-500°C) weniger Energie aufgewendet.

Gefahrstoffverordnung

Gips und daraus hergestellte Produkte sind nicht kennzeichnungspflichtig nach Gefahrstoffverordnung.

Charakteristische Emissionen

Bei der Herstellung von Gips / Anhydrit fallen je nach Verfahren und technischer Ausrüstung eines Werkes Emissionen von Staub, Lärm und gasförmigen Schadstoffen an.

Grenzwerte der TA-Luft
staubförmige Emissionen	bis 0,02 g/m³
Stickstoffoxide (angegeben als Stickstoffdioxid)	bis 0,5 g/m³

Maßnahmen Gesundheitsschutz

Es sollte persönliche Schutzausrüstung (Gehör-, Atem-, Augenschutz) getragen werden.

Maßnahmen Umweltschutz

Einhausung von Anlagen und der Reinigung der Abluft- und Abgasmengen, ehe sie in die Atmosphäre gelangen, trägt zum Schutz der Umwelt bei. 

Transport

Der Transport von Gips findet auf nationaler Ebene statt, da es in Deutschland sowohl Naturgips und Naturanhydrit als auch REA-Gips gibt.

Verarbeitung

Arbeitshygienische Risiken

Allgemeines

Bei der Arbeit mit Gips kann es zu einer Staubentwicklung kommen. Deshalb sollten Atemschutzmasken getragen werden.

AGW-Werte

Calciumsulfat (Gips)

A-Staub: 6 mg/m³ (Alveolengängige Fraktion, früher: Feinstaub)

Einstufungen und Gesundheitsgefahren nach GISBAU

Für Calciumsulfat werden folgende Angaben in WINGIS-online gemacht:
„Einatmen oder Verschlucken kann zu Gesundheitsschäden führen. Kann die Atemwege und Augen reizen: z. B. Brennen, Augentränen.“

Emissionen

Bei der Verarbeitung von Gips sind außer einer möglichen Staubentwicklung keine schädlichen Emissionen zu erwarten.

Umweltrelevante Informationen

Energiebedarf

Bei der Verarbeitung von Gipsbindern wird Energie beim Anmischen mit Wasser verbraucht. Die Energiemenge ist abhängig von den verwendeten Mischaggregaten, ist aber im Vergleich zur Energie die bei der Herstellung aufgewendet werden muss gering.

Wassergefährdung

Von Gipsen geht keine Wassergefährdung aus.

Nutzung

Umwelt- und Gesundheitsrisiken Neuzustand

Untersuchungen von Gipsprodukten zur Emission von flüchtigen organischen Verbindungen zeigten keine gesundheitlichen Gefährdungen in Wohninnenräumen, welche auf Gips zurückzuführen waren.¹

Umwelt- und Gesundheitsrisiken im Schadensfall

Brandfall

Gips selbst ist nicht brennbar. Im Brandfall kann es aber zur Entwässerung des Gipses führen, ähnlich des Brennens bei der Herstellung. Ein Mörtel oder Putz auf Gipsbasis wird dadurch zerstört. Ein Umwelt- oder Gesundheitsrisiko besteht aber nicht.

Wassereinwirkung

Da Gips wasserlöslich ist, kann eine Exposition von Wasser auf einen Gipsmörtel oder –putz diesen zerstören. Ein Umwelt- oder Gesundheitsrisiko besteht aber nicht.

Quellen

¹Scherer, C. R. et al, Emissionseigenschaften von Gipsprodukten des Wohninnenraums, Tagung Bauchemie 2010, Tagungsbericht GDCh-Monographie Bd. 42, S. 252-259

Nachnutzung

Umwelt- und Gesundheitsrisiko Rückbau

Beim Rückbau von Gipsprodukten kann es zu Staubentwicklung kommen.

Wiederverwendung

Da verwendeter Gips bereits abgebunden ist, kann er nicht einfach wiederverwendet werden. Es ist aber möglich ihn einer stofflichen Verwertung zuzuführen.

Stoffliche Verwertung

Da Deponiekosten für Gips immer mehr steigen, bekommt das Recycling von Gipsplatten eine immer größere Bedeutung. Der zurückgewonnene Recyclinggips hat einen sehr hohen Reinheitsgrad von über 95%. Der Recyclinggips kann ohne weitere Behandlung wieder in die Produktion einfließen.¹

Energetische Verwertung

Eine energetische Verwertung von Gips ist aufgrund der mineralischen Natur nicht möglich.

Beseitigung / Verhalten auf der Deponie

Gegenwärtig sind ca. 75 % der Gipsabfälle Bestandteil des Bauschutts und werden deshalb überwiegend durch Deponierung beseitigt.

EAK-Abfallschlüssel

10 01 05	Reaktionsabfälle auf Calciumbasis aus der Rauchgasentschwefelung in fester Form
17 08 01	Baustoffe auf Gipsbasis, die durch gefährliche Stoffe verunreinigt werden
17 08 02	Baustoffe auf Gipsbasis mit Ausnahme derjenigen, die unter 17 08 01 fallen

Quellen

¹Meier, R. H. :Gips-Recycling senkt Abfallkosten; Applica 13-14, S. 14-16; 2007

Bundesverband der Gipsindustrie e.V.: Konzeption zum Gipsrecycling (Online-Quelle)