Stefan Gößling, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2001 :

"Entropieproduktion als Maß für Ressourcenverbrauch - Methodenentwicklung und Anwendung auf metallurgische Prozesse."


"Entropy production as a measure for resource use - Method development and application to metallurgical processes"



Schlagwörter: ecology-; entropy-; irreversible-thermodynamics; sustainable development; energy resources; natural resources; environmental engineering; recycling; environmental factors; metallurgy; copper;
PACS : 05.65.+b ; 05.70.-a ; 05.70.Ln ; 89.20.Bb ; 89.20.Kk ; 89.30.-g ; 89.60.-k ; 89.75.Fb
Volltext

Summary

Kurzfassung

In dieser Arbeit wird Entropieproduktion als Maß für Ressourcenverbrauch eingeführt. Als hauptsächliche Motivation dienen dabei zwei Umstände: Ressourcenverbrauch ist ein wichtiger Parameter in der ökologischen Einschätzung von menschlichen Aktivitäten, und es gibt bisher noch kein befriedigendes Maß für den Ressourcenverbrauch von industriellen Prozessen. Außerdem spielt Entropieproduktion und -export eine wichtige Rolle für die Entwicklung von lebenden Strukturen, ein Tatbestand der somit ökologische und ökonomische Aspekte von industriellen Prozessen miteinander verbindet. Aufbauend auf den Gesetzen der Thermodynamik, wird der mathematische Rahmen für eine Analyse der Entropieproduktion von beliebigen Prozessen entwickelt, inklusive einer Methode zum Ausgleich von fehlenden Daten. Einige grundlegende Anwendungen werden präsentiert, mithilfe derer die Bedeutung von Entropieproduktion als Maß für Ressourcenverbrauch bestätigt wird. Die Praktikabilität der Methode wird bewiesen mittels ihrer Anwendung auf ein industrielles Fallbeispiel: der Herstellung von Kupfer aus Erzkonzentraten und sekundärem (rezykliertem) Material. Eine Interpretation der Resultate enthüllt Startpunkte für eine Prozessoptimierung und ermöglicht den Vergleich von Kupferproduktion aus Erzkonzentraten, beziehungsweise sekundärem Material. Von anderer Seite vorgeschlagene Maße für Ressourcenverbrauch werden diskutiert und mit der Entropieproduktion verglichen. Abschließend wird gezeigt, wie sich die Methode der Entropieanalyse in den Rahmen der ökologischen Bewertung von Prozessen (oder Produkten) einbauen lässt, insbesondere in die Methode der Lebenszyklusanalyse (LCA).

Titel

Kurzfassung

Summary

In this thesis, entropy production is introduced as a measure for resource use based on the laws of thermodynamics. The main motivation for the development of this measure is given by two facts: resource use is an important parameter in the ecological assessment of human activity and there exists as yet no satisfactory measure for the resource use of industrial processes. Also, linking ecological and economical aspects of industrial processes, entropy production and entropy export play an important role for the development of living structures. On the grounds of the laws of thermodynamics, the mathematical framework for analysing the entropy production of arbitrary processes is developed, including a method to compensate for incomplete data. Several basic applications of the concept of entropy analysis are given, which verify the proposition that entropy production and resource use are equivalent. In order to prove the method's practicability, an industrial-scale case-study is performed on the production of copper from ore concentrates and secondary (recycled) material. Interpreting the results reveals starting points for process optimisation and enables the comparison of production from concentrates and secondary materials respectively. Other proposed measures for resource use are discussed and compared to entropy production. Finally, it is shown how the method of entropy analysis can be integrated into the existing framework of ecological process (or product) assessment, especially life-cycle analysis.