2. Das ZAK-Verfahren

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1 ZAK-Verfahren zur wirtschaftlichen Gewinnung hochwertiger, qualitätsoptimierter Sekundärbrennstoffe aus Siedlungsabfällen bei Minimierung der Reststoffe und der Treibhausgasemissionen Laienbericht

2 1 Ausgangssituation Die staatlichen Regulierungen der letzten Jahre in der Abfallwirtschaft mit dem Ziel einer Entlastung der Umwelt führte in Deutschland zu einer zunehmenden Technisierung bei der Abfallentsorgung. Seit dem Verbot der Deponierung organikreicher Abfälle zum findet praktisch für den kompletten in Deutschland anfallenden Hausmüll eine Abfallbehandlung in verfahrenstechnischen Anlagen statt. Die anderen europäischen Länder sind mit einzelnen Ausnahmen (z. B. Österreich) noch nicht ganz so weit fortgeschritten, streben aber vergleichbare Standards an. Für die Hausmüllentsorgung wird in Deutschland in den meisten Fällen eine getrennte Sammlung und Verarbeitung mit anschließender Verwertung von Bioabfall, Papier, Glas und Verpackungsmüll sowie die Verbrennung des verbleibenden, in der Regel in der grauen Tonne gesammelten, Resthausabfalls in Müllverbrennungsanlagen bzw. Müllheizkraftwerken (MHKW) eingesetzt. Nachteile dieser Vorgehensweise sind insbesondere die hohen Kosten für die getrennte Sammlung, für die Resthausabfallverbrennung und für die Bioabfallbehandlung und verwertung sowie die vergleichsweise geringwertige Nutzung der im Abfall enthaltenen Energie in den MHKW. Da der Resthausabfall wegen seiner starken Geruchsentwicklung kaum zwischengelagert werden kann, muss dieser in einem MHKW umgehend nach der Anlieferung verbrannt werden, unabhängig davon, ob die bei der Verbrennung gewonnene Energie zu diesem Zeitpunkt benötigt wird oder nicht. Zudem kann in einem MHKW die Abwärme nur unzureichend genutzt werden und MHKW verfügen, technisch bedingt, über vergleichsweise geringe Wirkungsgrade. Alternativen zur Resthausabfallverbrennung (z.b. Abfallpyrolyse) sind seit Jahren auf dem Markt, konnten sich aber nur in geringem Umfang durchsetzen, da alle als Alternative am Markt vorhandenen Verfahren gegenüber der Verbrennung von Resthausabfällen Schwächen aufweisen. Dagegen ist die Erzeugung eines lagerfähigen Brennstoffes durch Trocknung des Resthausabfalls eine zukunftsträchtige Alternative. Hierbei kann durch weitere Verfahrensschritte der spezifische Energieinhalt des Abfalls durch eine Entnahme der nicht brennbaren Bestandteile des Abfalls wie z. B. Glas noch weiter erhöht werden und die Schadstoffbelastung des Abfalls z. B. durch die Entnahme des Elektronikschrotts verringert werden. Je nach eingesetzter Verfahrenstechnik können mit einem solchen Verfahren hochwertige Sekundärbrennstoffe gewonnen werden, die den Einsatz fossiler Brennstoffe (z. B. Braunkohle) in der Industrie ersetzen können. Die Durchsetzung der beschriebenen zukunftsträchtigen Alternative ist bislang insbesondere daran gescheitert, dass mit den am Markt vorhandenen Verfahrenstechniken ein ausreichend einheitlich getrockneter Sekundärbrennstoff mit von der Industrie gewünschten Eigenschaften erst nach der Durchführung kostspieliger Nachbearbeitungsschritte hergestellt werden konnte. 2. Das ZAK-Verfahren Das ZAK-Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es bei gleichzeitiger Erzeugung von ausreichend Energie für den Eigenbedarf sowie zusätzlich von Wärme für ein bestehendes Fernwärmenetz in vier Prozessstufen (s. Grafik) untergliedert ist. Nach Abschluss der Entwicklungszeit wurde das ZAK - Verfahren Vor diesem Hintergrund wurde vom Zweckverband Abfallbehandlung Kahlenberg (ZAK) über einen Zeitraum von etwa 10 Jahren ein neues Abfallbehandlungsverfahren, das ZAK-Verfahren, entwickelt, bei dem hochwertige Sekundärbrennstoffe kostengünstig gewonnen werden. Generelle Zielsetzung des ZAK- Verfahrens war es, bei konkurrenzfähigen Kosten mit der Erzeugung von Sekundärbrennstoffen eine weitest gehende stoffstromspezifische Verwertung des Resthausabfalls so zu erreichen, dass daraus eine wesentliche Verringerung der Emission von Treibhausgasen im Vergleich zum heutigen Status verbunden ist. durch Planung, Bau und Inbetriebnahme der MBA Kahlenberg (MBA = mechanisch-biologische Abfallbehandlungsanlage) in den Jahren 2003 bis 2006 großtechnisch umgesetzt. Danach wird die MBA Kahlenberg die Entsorgung des Resthausabfalls von etwa Einwohnern aus dem Einzugsgebiet des ZAK sicherstellen. 1. Mechanische Aufbereitung: Hier werden alle Schadstoffe und Störstoffe effektiv aussortiert. 2. Biologische Umsetzung: Hier wird in einem Perkolator der Abfall durch Umwälzung mittels Rührwerk und Beregnung in der Weise homogenisiert und selektiv zerkleinert, dass optimale Eigenschaften für die anschließenden Verfahrensstufen entstehen. Hierbei fällt organikreiches Ablaufwassers an, das zur Erzeugung von Biogas in speziellen Reaktoren genutzt wird. 3. Biologische Trocknung: Nach der Vorbehandlung im Perkolator lässt sich der Abfall schnell und gleichmäßig trocknen. 4. Mechanische Stofftrennung: Durch den sehr einheitlichen Trocknungsgrad ergibt sich ein Trockengut, das sich mit überdurchschnittlicher Trennschärfe zu einem nahezu zeitlich unbegrenzt lagerfähigen Brennstoff hoher Qualität aufbereiten lässt. 2

3 3. LIFE-Projekt Besonders vorteilhaft ist beim ZAK- Verfahren, dass es durch seine verfahrenstechnisch geringen Emissionen und der erzielten hohen Brennstoffqualitäten zu einer wesentlichen Verminderung an Treibhausgasemissionen beiträgt. Daher wurden Planung, Bau, Inbetriebnahme und Probebetrieb der MBA Kahlenberg mit Schwerpunkt auf besonders innovative Bestandteile von der EU durch das Finanzierungsinstrument LIFE-Environment finanziell unterstützt: Titel: ZAK-Verfahren zur wirtschaftlichen Gewinnung hochwertiger, qualitätsoptimierter Sekundärbrennstoffe aus Siedlungsabfall bei Minimierung der Reststoffe und der Treibhausgasemissionen Laufzeit: Dezember 2003 bis November 2006 Fördernehmer: Zweckverband Abfallbehandlung Kahlenberg, Bergwerkstraße 1, Ringsheim Tel.: / Web: Partner des Fördernehmers im LIFE-Projekt: Ingenieurgruppe RUK, Auf dem Haigst 21, Stuttgart, Tel.: 0711 / Web: Fördernde Institution: European Commission DG Environment D.1, Office BU-9 2/24, B Brussels Web: environment/life Förderinstrument: LIFE - The Financial Instrument for the Environment Projektkosten: Beitrag der EU: Inhalt: Das LIFE-Projekt umfasst die Planung, den Bau und die Inbetriebnahme ausgewählter, besonders innovativer, Bestandteile beim Bau der MBA Kahlenberg zur Umsetzung des ZAK-Verfahrens. Da es sich bei den ausgewählten Innovationen gleichzeitig um für den Betrieb des ZAK-Verfahrens und der MBA Kahlenberg wesentliche Anlagenteile handelt, war das LIFE- Projekt für das Erreichen eines unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten optimalen Betriebs der gesamten MBA Kahlenberg im nachhinein unerlässlich. Daher sind die im LIFE-Projekt erzielten ökonomischen und ökologischen Vorteile mit den ökonomischen Vorteilen der MBA Kahlenberg gleichzusetzen. Zur verständlicheren Darstellung werden die im LIFE-Projekt erreichten Ziele anhand der bei der Planung, dem Bau und der Inbetriebnahme der MBA Kahlenberg erreichten Ziele angegeben. 4. MBA Kahlenberg 4.1 Mechanische Aufbereitung In der mechanischen Aufbereitung wird eine vom ZAK entwickelte Multifunktionssiebtrommel eingesetzt. Dort werden durch verschiedene Werkzeuge Abfallsäcke und ähnliche Knäuel geöffnet und der Abfall in drei Fraktionen aufgeteilt, eine Feinfraktion (Bestandteile bis ca. 6 cm), eine Mittelfraktion (Bestandteile von ca cm) und eine Grobfraktion Bestandteile > 15 cm). Die Feinfraktion und die Mittelfraktion werden durch unterschiedliche Verfahrenstechniken von Schadstoffen befreit ehe sie dem Perkolator zugeführt werden. Die Grobfraktion wird dem Prozess in einer Qualität entnommen, die eine Verwertung als Brennstoff ermöglicht. Die Schadstoffentnahme erfolgt bei der Feinfraktion durch Magnete unterschiedlicher Stärke, wobei besonders leistungsstarke Neodymmagnete für die Entnahme schwach magnetischer Bestandteile, wie z. B. Elektroschrott, Spraydosen oder Batterien eingesetzt werden. Anlieferung und Aufgabe des Abfalls in der MBA Kahlenberg Durch den Einsatz der Multifunktionssiebtrommel sind die in der mechanischen Aufbereitung als Grobfraktion gewonnenen Brennstoffe sehr hochwertig. Da die am Ende des ZAK- Prozesses erzeugten Brennstoffqualitäten noch besser sind, wird im Gegensatz zu den meisten herkömmlichen Verfahren die Menge der ausgeschleusten Grobfraktion dennoch möglichst gering gehalten, was die Qualität weiter erhöht. Die Kombination an Multifunktionssiebtrommel und Neodymmagnet wurde als besonders innovativ im LIFE-Projekt gefördert. Die für die Schadstoffauslese in der Mittelfraktion eingesetzte Technik beruht demgegenüber auf konventioneller Verfahrenstechnik (ballistische Verfahren und händische Sortierung). 3

4 4.2 Biologische Umsetzung In der biologischen Umsetzung wird die nach der Schadstoffentnahme verbleibende Mischung aus Fein- und Mittelfraktion sechs Perkolatoren zugeführt und dort unter Wasserzugabe kontinuierlich umgewälzt. Der Perkolator ist eine ca. 25 m lange und 4,5 m breite Betonhalbschale mit Horizontalrührwerk und Siebboden. Am Ende des Perkolators wird der Feststoff mittels speziell entwickelter Doppelschneckenförderer entnommen und mit Pressen entwässert. Durch das Umwälzen und die Wasserzugabe im Perkolator wird der Abfall homogenisiert. Mit dem durch den Siebboden abfließenden und dem abgepressten Wasser wird organische Substanz aus dem Abfall ausgetragen. Blick in einen Perkolator Anaerobreaktoren zur Gewinnung von Biogas Das Wasser wird gesammelt, mittels speziell angepasster Fördersysteme einer neu entwickelten Behandlungsstufe zur mechanischen Wasserbehandlung zugeführt und anschließend mehreren Anaerobreaktoren mit einem erstmalig für diesen Zweck eingesetzten Festbett zugeleitet. In den Anaerobreaktoren werden die organischen Inhaltsstoffe des Wassers zu Biogas vergoren. Das gewonnene Biogas wird in Gasmotoren zur Stromund Wärmegewinnung eingesetzt Das Biogas liefert mehr elektrische Energie als die MBA verbraucht. Das Ablaufwasser aus den Anaerobreaktoren wird für einen Teilstrom weiter gereinigt und zum größten Teil wieder zur Bewässerung im Perkolator eingesetzt. Die Doppelschneckenförderer zum Feststoffaustrag aus dem Perkolator, das System zum Transport des Ablaufwassers der Perkolatoren und des Presswassers der Entwässerungspressen zur mechanischen Wasseraufbereitung, die Verfahrenstechnik zur mechanischen Wasserbehandlung sowie das Festbett der Anaerobreaktoren wurden als besonders innovativ im LIFE-Projekt gefördert. Trommelsiebe der mechanischen Wasseraufbereitung zur Abtrennung von Feststoffen aus dem Ablaufwasser der Perkolatoren und dem Presswasser der Entwässerungspressen Doppelschneckenförderer zum Abfallaustrag aus den Perkolatoren (darunter befindet sich die Entwässerungspresse zur mechanischen Entwässerung des perkolierten Abfalls) 4

5 4.3 Biologische Trocknung Bei der biologischen Trocknung wird ähnlich der Kompostierung durch Mikroorganismen biologisch abbaubare Substanz abgebaut. Die dabei entstehende Wärme wird genutzt, um das im Abfall vorhandene Wasser zu verdunsten. Bei der MBA Kahlenberg wird ein neu entwickeltes zweistufiges Trocknungsverfahren verwendet, bei dem der perkolierte Abfall in geschlossenen Tunneln getrocknet wird. Voraussetzung der zweistufige System ist der Einsatz eines Logistiktunnels und eines speziellen Fördersystems. Beides wurde als besonders innovativ im LIFE-Projekt gefördert. Materialübergabe von der biologischen Umsetzung zur biologischen Trocknung Fördersystem auf dem Tunneldach zum Materialeintrag in die Trocknungstunnel Tunnelaustragsgerät (Teil der Fördertechnik für das zweistufige System) 4.4 Mechanische Stofftrennung In der mechanischen Stofftrennung wird der zuvor getrocknete Abfall nach seiner Größe und nach seinem Gewicht aufgeteilt, um so Steine, Sand, Keramik und Glas, sowie Bestandteile mit einem zu hohen Schadstoffgehalt oder einem zu niedrigen Heizwert auszuschleusen und einen qualitativ hochwertigen Brennstoff zu erhalten. Zu diesem Zweck wird der getrocknete Abfall gesiebt. Alle Bestandteile die größer als ca. 2,5 cm sind, werden als Reststoffe abgetrennt, die in einer Müllverbrennungsanlage verbrannt werden müssen, da eine weitere Aufbereitung aufgrund des nur sehr geringen Anteils zu kostspielig wäre. Jede dieser vier Fraktionen wird anschließend nach ihrem Gewicht aufgeteilt, die dabei abgetrennten leichten Bestandteile werden als Brennstoffe ausgeschleust. Die schweren Bestandteile (überwiegend mineralische Stoffe, Sand und Steine) sind nur wenig belastet und können deponiert oder z.b. im Straßenbau verwendet werden. Der Hauptanteil des getrockneten Abfalls ist kleiner als 2,5 cm und wird durch weitere Siebungen in vier Fraktionen unterschiedlicher Größe aufgeteilt. 5 Die erzeugten Brennstoffe (s. u.) sind gut lagerfähig und können vielseitig in der Industrie als Ersatz für fossile Brennstoffe eingesetzt werden.

6 Inertstoffe aus der mechanischen Stofftrennung können deponiert oder stofflich verwertet werden: Die mechanische Stofftrennung wurde so flexibel konzipiert, dass durch Stoffstromlenkung innerhalb der mechanischen Stofftrennung jederzeit kurzfristig auf geänderte Anforderungen am Brennstoffmarkt durch entsprechende Qualitätsanpassungen reagiert werden kann. Dadurch ist der wirtschaftliche Absatz der erzeugten Brennstoffe jederzeit gewährleistet. Die ansonsten an keine Anlage vorhandene hohe Flexibilität wurde als besonders innovativ durch das LIFE-Projekt gefördert. 5. Zusammenfassung Bei der MBA Kahlenberg bleiben von insgesamt ca t angeliefertem Resthausabfall nach der Behandlung lediglich t nicht weiter verwertbarer Abfall zur Verbrennung in einem MHKW übrig. Diese Verwertungsquote wird durch die Verknüpfung der vier Verfahrensstufen ermöglicht und bisher mit keinem anderen Verfahren erreicht. Fe-Metalle und Inertstoffe können stofflich verwertet werden. SBS und Biogas können energetisch verwertet werden. Wasser t Reststoffe < t energetisch verwertbar Wasserverlust t Biogas t Rotteverlust ca t Fe-Metalle ca t Brennstoffe (SBS) ca t Inertstoffe ca t Wesentliche Ergebnisse des LIFE-Projektes: Technisch: Bau und Betrieb einer Anlage nach dem ZAK-Verfahren im großtechnischen Maßstab wurden belegt. Hierbei wurde die Funktionstüchtigkeit des Zusammenspiels der einzelnen Verfahrensstufen bei der großtechnischen Umsetzung demonstriert und die dabei erzielbaren ökonomischen und ökologischen Vorteile nachgewiesen. Ökologisch: - Bei der MBA Kahlenberg wurde eine weitest gehende stoffstromspezifische Verwertung des Siedlungsabfalls und damit zusammen mit den verfahrenstechnisch bedingt geringen Emissionen eine deutliche Verringerung der Emission von Treibhausgasen im Vergleich zum heutigen Status erreicht. - Mit dem ZAK-Verfahren können im Fall der MBA Kahlenberg gegenüber einer konventionellen MBA Kohlendioxid-Emissionen (CO2) von ca PKW eingespart werden. Ökonomisch: - Die Arbeitsplätze, die durch das Verbot der Ablagerung unbehandelter Abfälle bei der vorhandenen Deponie weggefallen wären konnten durch den Bau der MBA erhalten werden, zudem wurden neue Arbeitsplätze geschaffen. - Durch die MBA Kahlenberg kann eine Entsorgung zu geringeren spezifischen Kosten ( / Tonne Abfall) gewährleistet werden als bei Verbrennung der Abfälle in einem Müllheizkraftwerk (MHKW). - Bei der Planung, dem Bau und der Inbetriebnahme der MBA Kahlenberg konnten umfassende Erfahrungen gewonnen werden, die eine Verkürzung von Planung, Bau und Inbetriebnahme und somit eine Kosteneinsparung bei Folgeanlagen nach dem ZAK-Verfahren ermöglichen. 6

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