Optimierung der Verwertung organischer Abfälle

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1 ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg Optimierung der Verwertung organischer Abfälle Ergebnisse einer Ökobilanzstudie Florian Knappe, Regine Vogt München,

2 Optimierung der Verwertung organischer Abfälle (FKZ ) Unter Mitarbeit von: Florian Knappe Regine Vogt Dr. Silke Höke Dr. Silvia Lazar Projektbeirat: Hr. Döhler (KTBL Darmstadt), Hr. Dr. Dominik (TU Berlin), Hr. Prof. Dr. Guggenberger (Universität Hannover), Hr. Dr. Kehres (BGK Köln), Hr. Prof. Dr. Köpke (Universität Bonn), Hr. Dr. Reinhold (Bioplan Potsdam), Hr. Prof. Dr. Wilke (TU Berlin)

3 Aufgabenstellung Aufgabenstellung - Bislang nicht quantifizierbare Wirkungen der Kompostausbringung (v.a. durch Humuszufuhr) auf ackerbaulich genutzte Böden für die Ökobilanz aufbereiten - Vergleichende Bilanzierung auf Basis der neuen Erkenntnisse auch gegenüber einem Verbleib von Bioabfall in der Restmülltonne Vorgehen Unterteilung in drei Teilaufgaben: 1) Wirkungsanalyse Boden 2) Modifikation und Erweiterung der Methodik Ökobilanz 3) Neuauswertung der Entsorgungssysteme für Bioabfall

4 Randbedingungen Wirkungen ausschließlich von regelmäßigen Kompostgaben Kompostarten: Bioabfall-Frisch- und Fertigkompost, Grüngut- Fertigkompost, kompostierter Gärrest Möglichst unabhängig von Zeithorizonten und Standortbedingungen Angaben sollen für Deutschland gelten (Referenzboden) Nur konventionelle Landwirtschaft, vorrangig Marktfruchtbetriebe = keine Konkurrenz zu Wirtschaftsdünger Generell gute landwirtschaftliche Praxis

5 Wirkungsanalyse Boden Impulse Prozesse Wirkungen im Boden Folgewirkungen auf Umweltmedien Kohlenstoff - organische Substanz: Humusreproduktion durch Kompost Humusanreicherung anhand Wiederfindungsraten; Bedingung Unterversorgung => 2 Szenarien Nährstoffhaushalt: - Stickstoff: NH3-N-Verluste Feld 1% N; gasförmige Verluste wg. Denitrifikation/Nitrifikation nach IPCC; keine Nitratauswaschung; mineraldüngeräquivalenter N als Differenz Input, Verluste, Anreicherung - P, K, Mg, Ca: 100% mineraldüngeräquivalent - Mg: 10% mineraldüngeräquivalent Wasserhaushalt, Chemische Bodeneigenschaften, Filter- und Pufferfunktion, Bodenstruktur, Bodenorganismen, Erosionsgefährdung

6 Wirkungsanalyse => Anpassungen Wirkung Ökobilanz Szenario 1 (Annahme: zu 80% Praxis in D) Szenario 2 (Annahme: zu 20% Praxis in D) Humusreproduktion Berücksichtigung in Ökobilanz durch Äquivalenzprozesse: - 50% Zwischenfruchtanbau - 50% Strohnutzung Das Humusreproduktionspotenzial der Komposte wird zu 50% durch einen mittleren Zwischenfruchtanbau und zu 50% durch eine Strohnutzung abgebildet. - Humusanreicherung Berücksichtigung in der Ökobilanz durch Anrechnung C- Senke im Treibhauseffekt Nutzbare Feldkapazität Berücksichtigung in Ökobilanz durch Äquivalenzprozess: - eingesparte Bewässerung - Als C-Senke wird der Anteil des Corg im Kompost angerechnet der der Wiederfindungsrate entspricht: 47% Bioabfall-Fertigkompost, kgr 59% Grüngut-Fertigkompost 26% Bioabfall-Frischkompost - Wasserbedarf reduziert sich um 30 m³/ha bzw. um 3 m³/t TS Kompost

7 Wirkungsanalyse => Anpassungen Wirkung Ökobilanz Szenario 1 (Annahme: zu 80% Praxis in D) Szenario 2 (Annahme: zu 20% Praxis in D) Stickstoff Anpassung bisherige Berechnung: - NH3-N-Verluste nur 1% - Düngewirksamer N aus N-Bilanz neu berechnet Sonstige Nährstoffe Wie bisher Anrechnung durch Äq-Prozess Mineraldünger; neu Korrektur Mg 10% Schadstoffeintrag in Boden Wie bisher 100%ige Akkumulation; neu PAK als Indikator Erosionsminderung durch Zufuhr mineralischer Substanz In Ökobilanz berücksichtigt durch Äquivalenzprozess - Ausbringung Bodenaushub keine Humusanreicherung; N min Bestimmung unterstellt N im Kompost abzgl. gasförmige Verluste wird voll als langfristig mineraldüngeräquivalent angerechnet (89% des N im Kompost statt bisher 20%) Mineraldüngeräquivalenter Anteil N neu abhängig von Kompostart wegen unterschiedlichem Humusaufbau in Abh. Wiederfindungsrate Wie bisher werden die im Kompost enthaltenen Mengen an P, K, Ca zu 100% als mineraldüngeräquivalent angerechnet Mg aufgrund neuer Erkenntnisse nur noch zu 10% Wie bisher 100% Anreicherung von Schwermetallen und organischen Schadstoffen Konzentration vernachlässigt Zusätzlich zum bisherigen Indikator Cadmium wird neu PAK als Indikator für den Eintrag organischer Schadstoffe ausgewertet Zufuhr mineralischer Bestandteile (anorganischer Anteil im Kompost abzgl. CaCO 3 ) Gutschrift alternative Aufbringung von Bodenaushub

8 Ergebnisse Ökobilanz, Teil 1 Was ändert sich an der ökologischen Bewertung der Verwendung von Komposten in der Landwirtschaft? Szenarien zum Vergleich der Kompostverwendungswege 1. E-Gbau: Kompostanwendung zu 100% im Erwerbsgartenbau 2. Erdenw: Kompostanwendung zu 100% in Erdenwerken 3. Garten: Kompostanwendung zu 50% im Garten- und Landschaftsbau und 50% im Hobbygartenbau 4. LW alt: Bisherige Bilanzierung, Kompostanwendung zu 100% in der Landwirtschaft 5. LW Sz1: Neue Bilanzierung Kompostanwendung in der Landwirtschaft für Szenario 1, Humusreproduktion 6. LW Sz2: Neue Bilanzierung Kompostanwendung in der Landwirtschaft für Szenario 2, Humusanreicherung

9 in kg CO2-Äq/t Bioabfall-Fertigkompost 185 ohne C-Senke -41 mit C-Senke 199 ohne C-Senke 161 mit C-Senke Beispiel Bioabfall-Fertigkompost Treibhauseffekt Netto ohne C-Senke Netto mit C-Senke Belastungen Kompost Anlage 0 Gutschrift GS C-Senke GS Mineralboden GS Bewässerung GS Zwischenfrüchte -400 GS Stroh -500 GS Mineraldünger -600 GS Rindenhumus E-Gbau Erdenw Garten LW alt LW Sz 1 LW Sz 2 GS Torf

10 in g PO4-Äq/t Bioabfall-Fertigkompost Beispiel Bioabfall-Fertigkompost Eutrophierung, terrestrisch Netto Belastungen Kompost Anlage Gutschrift 100 GS Mineralboden GS Bewässerung GS Zwischenfrüchte GS Stroh GS Mineraldünger GS Rindenhumus -500 E-Gbau Erdenw Garten LW alt LW Sz 1 LW Sz 2 GS Torf

11 Ergebnisse Ökobilanz, Teil 2 Was ändert sich an der ökologischen Bewertung der unterschiedlichen Verwertungsansätze? Szenarien zum Vergleich der Verwertungsansätze 1. Biomix-Fertigk: Durchschnittliche Bioabfallkompostierung in Deutschland, Erzeugung von 100% Fertigkompost 2. Biomix-Frischk: Durchschnittliche Bioabfallkompostierung in Deutschland, Erzeugung von 100% Frischkompost 3. Verg kgr: Durchschnittliche Bioabfallvergärung in D, Erzeugung von 100% kompostiertem Gärrest 4. Verg Gärrest: Durchschnittliche Bioabfallvergärung in D, Erzeugung von 100% Gärrest 5. Grüngut-Fertigk: Durchschnittliche Grünabfallkompostierung in D, Erzeugung von 100% Fertigkompost

12 in kg CO2-Äq/t Bio-,Grünabfall 23 ohne C-Senke 11 mit C-Senke -49 ohne C-Senke -57 mit C-Senke -32 ohne C-Senke -39 mit C-Senke -93 ohne C-Senke -106 mit C-Senke -90 ohne C-Senke -99 mit C-Senke Verwertungsansätze Treibhauseffekt Netto ohne C-Senke Netto mit C-Senke Belastungen Kompost Anlage 14 Gutschrift GS C-Senke GS Wärme GS Strom -86 GS -89 Mineralboden GS Bewässerung GS Zwischenfrüchte GS Stroh -300 Biomix-Fertigk Biomix-Frischk Verg kgr Verg Gärrest Grüngut-Fertigk GS Mineraldünger GS Rindenhumus GS Torf

13 in MJ/t Bio-,Grünabfall Verwertungsansätze KEA fossil 800 Netto Belastungen Kompost Anlage Gutschrift 26 GS Wärme GS Strom GS Mineralboden GS Bewässerung GS Zwischenfrüchte GS Stroh GS Mineraldünger Biomix-Fertigk Biomix-Frischk Verg kgr Verg Gärrest Grüngut-Fertigk GS Rindenhumus GS Torf

14 in g PO4-Äq/t Bio-,Grünabfall Verwertungsansätze Eutrophierung, terrestrisch Netto Belastungen Kompost Anlage Gutschrift GS Wärme GS Strom -53 GS Mineralboden GS Bewässerung GS Zwischenfrüchte -150 GS Stroh -200 GS Mineraldünger Biomix-Fertigk Biomix-Frischk Verg kgr Verg Gärrest Grüngut-Fertigk GS Rindenhumus GS Torf

15 Ergebnisse Ökobilanz, Teil 3 Ist die getrennte Sammlung von Bioabfällen aus ökologischer Sicht sinnvoll? Entsorgungsoptionen für Bioabfall Komp D: Durchschnittliche Situation der Kompostierung in D Verg StdT: Vergärung in einer Anlage nach Stand der Technik MVA D: Mitverbrennung in einer MVA, durchschnittliche Situation in Deutschland MBA aerob D: Mitbehandlung in einer aeroben MBA, durchschnittliche Situation in Deutschland MBA anaerob D: Mitbehandlung in einer anaeroben MBA, durchschnittliche Situation in Deutschland MBS : Mitbehandlung in einer MBS, durchschnittliche Situation in Deutschland MPS : Mitbehandlung in einer MPS, durchschnittliche Situation in Deutschland

16 in kg CO2-Äq/t Bioabfall -7 ohne C-Senke -16 mit C-Senke +73 ohne C-Senke -139 mit C-Senke -29 ohne C-Senke -246 mit C-Senke -185 ohne C-Senke -194 mit C-Senke Entsorgungsoptionen Treibhauseffekt Netto ohne C-Senke Netto mit C-Senke Belastungen EBS-Verbrennung 0 Kompost Anlage Gutschrift GS C-Senke GS Mitverbrennung -300 GS Wärme GS Strom -400 Komp D Verg StdT MVA D MBA aerob D MBA anaerob D MBS D MPS D GS Humuswirkung GS Mineraldünger GS Organik

17 in g PO4-Äq/t Bioabfall Entsorgungsoptionen Eutrophierung, terrestrisch Netto 150 Belastungen 100 EBS-Verbrennung 59 Kompost Anlage 0 1 Gutschrift GS Mitverbrennung GS Wärme -100 GS Strom -150 GS Humuswirkung Komp D Verg StdT MVA D MBA aerob D MBA anaerob D MBS D MPS D GS Mineraldünger GS Organik

18 Entsorgungsoptionen Die gezeigten Ergebnisse für die einzelnen Wirkungskategorien können im Weiteren normiert und gewichtet werden Für die Gewichtung nach ökologischer Bedeutung wird die bisherige UBA-Methode herangezogen, die durch Arbeiten des IFEU ergänzt wurde Neubewertet ist die ökologische Bedeutung der Inanspruchnahme der mineralischen Ressource Rohphosphat (C statt bisher D) Die Berechnung des spezifischen Beitrages erfolgt auf Basis aktueller Gesamtfrachten und -verbräuche in Deutschland Die berechneten EDW sind in ihrer ökologischen Bedeutung farblich gekennzeichnet A = sehr groß B = groß C = mittel D = gering

19 Treibhauseffekt ohne C-Senke Treibhauseffekt ohne C-Senke Treibhauseffekt mit C-Senke Treibhauseffekt mit C-Senke KEA, fossil KEA, fossil Versauerung Versauerung Eutrophierung, terrestrisch Eutrophierung terrestrisch Eutrophierung, aquatisch Eutrophierung aquatisch Krebsrisiko (Humantoxizität) Krebsrisiko (Humantoxizität) PM10 Risiko (Humantoxizität) PM10-Risiko (Humantoxizität) Ressource Phosphaterz Ressource Phosphaterz Eintrag Boden Cadmium Bodeneintrag Cadmium EDW für 4 Mio. t Bioabfall Entsorgungsoptionen Nettoergebnisse normiert zu Einwohnerdurchschnittswerten (EDW) berechnet für 4 Mio. t max. zusätzlich getrennt erfassbaren Bioabfall Komp D Verg StdT MVA D MBA aerob D MBA anaerob D MBS D MPS D

20 Treibhauseffekt ohne C-Senke Treibhauseffekt ohne C-Senke Treibhauseffekt mit C-Senke Treibhauseffekt mit C-Senke KEA, fossil KEA, fossil Versauerung Versauerung Eutrophierung terrestrisch Eutrophierung, terrestrisch Eutrophierung aquatisch Eutrophierung, aquatisch Krebsrisiko (Humantoxizität) Krebsrisiko (Humantoxizität) PM10-Risiko (Humantoxizität) PM10 Risiko (Humantoxizität) Eintrag Boden Cadmium Bodeneintrag Cadmium EDW für 4 Mio. t Bioabfall Entsorgungsoptionen Nettoergebnisse normiert zu Einwohnerdurchschnittswerten (EDW) berechnet für 4 Mio. t max. zusätzlich getrennt erfassbaren Bioabfall Komp D Verg StdT MVA D MBA aerob D MBA anaerob D MBS D MPS D

21 Fazit Die Kompostanwendung auf (landwirtschaftlichen) Böden lässt sich deutlich besser beschreiben und in wichtigen Bereichen für eine Ökobilanz verfügbar machen Zentrale Modifikationen: => N-Bilanzierung => Humusanreicherung bei Unterversorgung der Böden - Auswahl Szenarien nach spez. Aufgabenstellung - größere Unsicherheiten Durch die Modifikation der Bilanzierungs- und Bewertungsmethode wird Kaskadennutzung gestärkt Nachrüstung von Kompostierungsanlagen mit Vergärung ist sinnvoll und oft geübte Praxis => hohe Wirkungsgrade in der Verwertung von Biogas => hohe Standards in der Emissionsminderung Hohe Energieeffizienz (Nutzung Überschusswäre) ist auch bei Nachrüstung möglich

22 Fazit Die Ergebnisse einer Ökobilanz über die verschiedenen Entsorgungsvarianten hängen immer stark von den spezifischen Verhältnissen vor Ort ab Die Ergebnisse einer Ökobilanz sind nur ein Baustein in der Entscheidungsfindung zur Optimierung der abfallwirtschaftlichen Situation

23 Vielen Dank fürs Zuhören Kontakt:

24 in kg CO2-Äq/t Bioabfall in g PO4-Äq/t Bioabfall 200 Treibhauseffekt 200 Eutrophierung, terrestrisch Netto ohne C-Senke Belastungen 150 Kompost Anlage Gutschrift GS C-Senke GS Wärme GS Strom -86 GS Mineralboden -182GS Bewässerung GS Zwischenfrüchte GS Stroh GS Mineraldünger GS Rindenhumus Verg StdT Verg D Verg StdT Verg D GS Torf

25 Deutschlands erstes Biogas-Netz Nutzung des Wärmeanteils Biogasbezug vereinbart ab September 2007 Transport des Biogases von Hillerse nach Braunschweig Ölper, wo die Wärme genutzt werden kann (PTB) 20 km Biogas-Transportleitung optionaler Anschluss weiterer Biogasproduzenten, der Kläranlage Steinhof und des Nahwärme- Netzes Ölper Unterquerung der Autobahn A2 und des Mittellandkanals Technische Spezifizierung: PE DN 250 da = 280 mm

26 Verwertung aus ökologischer Sicht Ökologischer Fußabdruck in gha/person; Stand 2006 Quelle: Global Footprint Network, 2006 Referent: Florian Knappe, IFEU-Institut Heidelberg, Vortrag: Verwertung von biogenen Rückständen und Schlämmen aus ökologischer Sicht 26