Weiterbildungskurs W17: Klärschlamm; Anfall, Behandlung, Entsorgung. Reto von Schulthess

Transkript

1 Entsorgungswege Klärschlamm Reto von Schulthess Vergleich verschiedener Entsorgungswege des Klärschlamms aus der Region Luzern mittels Multikriterienanalyse Im Auftrag von: Ablauf 1. Fragestellung 2. Phosphor, eine endliche Ressource 3. Varianten 4. Multikriterienanalyse 5. Resultate 6. Sensitivitätsbetrachtung 7. Übertragbarkeit auf andere Anlagen 8. Fazit 9. Diskussion 2

2 1. Fragestellung Welcher Weg der Klärschlammverwertung ist aus ökologischer, finanzieller und gesellschaftlicher Sicht der Beste? Wie soll der Schlamm der ARA REAL (Region Luzern), der heute in der SVA verbrannt wird, in 20 Jahren entsorgt werden? Welche Entsorgungswege sind zukunftsweisend? Welche Bedeutung hat das Recycling des Phosphors? 3 2. Phosphor, eine endliche Ressource Der Bedarf an Düngemittel und somit Phosphor steigt... weil die Weltbevölkerung steigt

3 2. Phosphor, eine endliche Ressource Phosphor, eine endliche Ressource Jährliche Phosphatproduktion Prognose: In 10 bis 50 Jahren wird die Prognose: In 10 bis 50 Jahren wird die Phosphatproduktion der Welt zum Problem!!!

4 2. Phosphor, eine endliche Ressource 2. Phosphor, eine endliche Ressource t P/Jahr 1/3 des Dünger- und Futtermittelimportes

5 2. Phosphor, eine endliche Ressource P-Rückgewinnung z.b. Ascheaufbereitungsverfahren ASH-DEC Verfahren Reingas Rauchgasreinigung Schwermetall Konzentrat Rauchgas Asche Mischen + Pelletieren Rohgranulat Brennen (30 min bei 1000 C ) P-Granulat Cl-Additive Düngerkonfektion Zusätzliche Nährstoffe Dünger 9 3. Varianten - Übersicht Übersicht der Varianten P-Recycling Ohne Faulung 10

6 3. Varianten - Monoverbrennung Monoverbrennung auf der ARA REAL (1.1a/b) Varianten - Monoverbrennung Monoverbrennung auf der ARA REAL (1.1a/b) Heizöl 2 kwh Strom ab Netz Abwasser 24 kwh 1 EW Vorklärung und Biologie 2.6 Nm3 0.8 Nm3 27 kg TS 1.6 Nm3 Faulung 17 kg TS Entwässerung 5.1 Nm3 Gasaufbereitung Heizung 1.5 Nm3 Biogas 5.1 kwh 18 kwh 1.5 Nm3 Erdgasnetz Das Bild k ann nicht angezeigt werden. Dieser Computer v erfügt möglicherweise über zu wenig Arbeitsspeicher, um das Bild zu öffnen, oder das Bild ist beschädigt. Starten Sie den Computer neu, und öffnen Sie dann erneut die Datei. Wenn weiterhin das rote x angezeigt wird, müssen Sie das Bild möglicherweise löschen und dann erneut einfügen. Wärme speicher 3.4 kwh Das Bild k ann nicht angezeigt werden. Dieser Computer v erfügt möglicherweise über zu wenig Arbeitsspeicher, um das Bild zu öffnen, oder das Bild ist beschädigt. Starten Sie den Computer neu, und öffnen Sie dann erneut die Datei. Wenn weiterhin das rote x angezeigt wird, müssen Sie das Bild möglicherweise löschen und dann erneut einfügen. Fernwärme BHKW 9 kwh 0.1 Nm3 Strom Fackel 10 kwh 17 kg TS Monoverbrennung 2.5 kwh 9 kg TS Ascheverarbeitung Dünger 1.3 kg P2O5 12

7 3. Varianten Entsorgung in Zementindustrie Schlammentsorgung in der Zementindustrie (4 a/b) Varianten Neue Verfahren und Varianten Schlammvergasung 14

8 3. Varianten Neue Verfahren und Varianten Schlammvergasung Thermochemische Umwandlung von kohlenstoffhaltigem festen Brennstoffen (Klärschlamm) in einen gasförmigen Energieträger (ca. 4% Methan und 16% Wasserstoff) unter Zugabe eines Oxidationsmittels (Luft). Vergasungsanlage der Kläranlage Balingen (De) Varianten Neue Verfahren und Varianten Nassoxidation Flammenlose Oxidation von Substanzen in wässrigen Lösung bei erhöhten Drücken ( bar) und Temperaturen ( C ). 16

9 Hydrothermale Karbonisierung Verwertung: Zementwerk (keine P-Rück.) - Externe SVA (P-Rück.) Verbrennung oder Vergasung Wärmequelle Wärme: MWh/a Pelletierung (KVA, Holzpelltierwerk oder Holzkraftwerk) Wärme: MWh/a Bio-Kohle t/a Frischschlamm oder Faulschlamm Entwässerung Entwässerung + Trocknung HTC-Reaktor (Dekanter) ( C, bar) Externe Dickschlämme Erste «grosstechnische» Anlagen Erbauer: idealistische Kleinfirmen Wer hat den Mut, das Wissen und das Geld die erste grosstechnische HTC-Anlage für Klärschlamm zu bauen? Vergleich Faulung und HTC Beispiel ARA Oftringen: Viel bessere Nutzung der Energie im Klärschlamm 14'000 12'000 MWh/a 10'000 8'000 Abzüglich durch BHKW erzeugte Energie Ca. 9 GWh/a 6'000 4'000 2'000 0 Faulung + Trocknung elektrischer Nettoenergiebedarf HTC thermischer Nettoenergiebedarf Wärmeeinsparung HTC gegenüber Faulung + Trocknung: Ca. 9 GWh/a Grund: Bessere mech. Entwässerbarkeit der Biokohle (50-70%)

10 4. Multikriterienanalyse Wie vergleiche ich nun Äpfel mit Birnen??? Lösung: Multikriterienanalyse Multikriterienanalyse Aufbau der Multikriterienanalyse Multikriterienanalyse Entsorgungswege (8 Varianten) Bewertungskriterien in den Bereichen: - Umwelt - Ökonomie - Gesellschaft Bewertung: von 0 (schlecht) bis 1 (gut) Gewichtungsfaktoren Umwelt: 55% Ökonomie 30% Gesell. 15% Total 100% Vergleichbarer Nutzwert der Technologien und Verfahren Umwelt, Gutschriftenbetrachtung: Wenn ein Verfahren etwas nutzbringendes produziert (z.b. Biogas) dann wird der Umweltschaden der dadurch vermieden wird, dem Verfahren gutgeschrieben. 20

11 4. Multikriterienanalyse Bewertungskriterien Umwelt Kriterium Bereich Umwelt U1 Schonung nicht erneuerbarer Energieträger U2 Schonung nicht erneuerbarer Ressourcen U3 Klimaänderung U4 Verbreitung hormonaktiver Substanzen U5 Eutrophierung U6 Hum antoxizität U7 Ökotoxizität Indikator Einheit Kumulierter Energieaufwand, nicht erneuerba- MJeq/EW re Energieträger Verbrauch von Metallen und Mineralien MJeq/EW Treibhauspotenzial Östrogenes Potenzial von Mikroverunreinigungen Überdüngungspotenzial Humantoxizitätspotenzial (1) Aquatisches Ökotoxizitätspotenzial (2) Terrestrisches Ökotoxizitätspotenzial U8 Hoch radioaktive Abfälle Volumen Alternatives Bewertungskriterium für den Bereich Umwelt: U9 Methode der ökologischen Knappheit Umweltbelastungspunkte 2006 kg CO 2 eq/ew Ordinale Skala kg PO 4eq/EW kg 1,4-DCBeq/EW kg 1,4-DCBeq/EW kg 1,4-DCBeq/EW m 3 /EW UBP 06/EW Multikriterienanalyse Bewertungskriterien Ökonomie Beispiel: Nutzfunktion für Entsorgungskosten (O1) 22

12 4. Multikriterienanalyse Bewertungskriterien Gesellschaft Beispiel: Nutzfunktion für Geruchsemission (G1.1) Resultate - Gesamthaft Die Gewichtung spielt für das Gesamtresultat eine wichtige Rolle Grosser Nutzen bei Verbrennung im Zementwerk und Monoverbrennung 24

13 5. Resultate Umwelt - Nutzwerte Faulung + ohne Trocknung im Zementwerk (4b) ergibt grössten Nutzen für die Umwelt Kein Unterschied zwischen ASH-DEC-Verfahren und Deponie (spätere Aufbereitung zu Phosphordünger) Resultate Ökonomie Faulung + Monoverbrennung bester Ökonomienutzwert (1.1b) ASH-DEC-Verfahren (a) tiefere Ökonomienutzwert als Deponie (b) 26

14 5. Resultate Gesellschaft Faulung + Monoverbrennung bester Ökonomienutzwert (1.1b) ASH-DEC-Verfahren (a) höherer gesellschaftlicher Nutzen als Deponie (b) Sensitivitätsbetrachtung Alternative Gewichtung Optimale Energieausbeute keine bedeutende Änderungen Umwelt: Methode der ökologischen Knappheit anstelle der acht Einzelkriterien Unsicherheiten der Experten-Schätzung keine bedeutende Änderungen Neue Technologien werden als etabliert betrachtet keine bedeutende Änderungen Garantiert hoher und konstanter Preis für Phosphordünger 28

15 5. Sensitivitätsbetrachtung - Gewichtung Umwelt: 45% (anst. 55%) Ökonomie: 30% Gesellschaft: 25% (anst. 15%) Reihenfolge wird durch Gewichtung beeinflusst Variante 1.1 (Faulung, Monoverbrennung, ASH-DEC) nun vor Variante 4b (Faulung ohne Trocknung, Zementofen) Methode der ökologischen Knappheit Gewichtete Nutzwertpunkte a Faulung, Monoverbrennung, ASH-DEC 1.1b Faulung, Monoverbrennung, Deponie 1.2a Faulung, HKW-Ibach, ASH-DEC 1.2b Faulung, HKW-Ibach, Deponie 2a Monoverbrennung ohne Faulung, ASH-DEC 2b Monoverbrennung ohne Faulung, Deponie 3 Faulung, KVA, Deponie 4a Faulung+ Trockung, Zementofen Schwermetalle haben eine grosse Bedeutung 4b Faulung ohne Trocknung, Zementofen 5a Vergasung, ASH-DEC 5b Vergasung Rohschlamm ARA, Deponie 6a Faulung, Nassoxidation, ASH-DEC 6b Faulung, Nassoxidation, Deponie 7 Vergärung SFPI, landw. Ausbringung 8 Faulung, landw. Ausbringung Umwelt Ökonomie Gesellschaft Faulung und Monoverbrennung inkl. P-Recycling ist am Besten. Zementofen fällt ins Mittelfeld zurück

16 6. Sensitivitätsbetrachtung - Phosphorpreis Phosphorpreis um das 5-fache erhöht Geringerer Vorteil für landwirtschaftliche Verwertung des Klärschlamms Stabiler Phosphorpreis Direkte Phosphorverwertung wird bevorzugt Übertragbarkeit auf andere Anlagen Die Klärschlammbehandlung und Entsorgung ist weitgehend unabhängig vom Standort. Die Besonderheit der ARA REAL ist, dass bereits eine Monoverbrennung vorhanden ist, die weitgehend abgeschrieben ist und dadurch den Schlamm (Eigen- und Fremdschlamm) günstig entsorgen kann. Fahrdistanzen für z.b. den Transport in ein Zementwerk, haben wenig Einfluss auf die ökologische und ökonomische Bewertung. Berechnungen mit anderen Anlagen geben leicht andere Resultate. Die grundsätzliche Aussage bleibt aber gleich 32

17 8. Fazit Den Klärschlamm auszufaulen und anschliessend zu verbrennen ist ein guter Weg. Die Phosphor-Rückgewinnung ist heute zu teuer. Investitionen in Schlammvergasung oder Nassoxidation sind aus heutiger Sicht nicht sinnvoll. Aber eine neue Technologie scheint Konkurrenzfähig zu sein: HTC-Verfahren Bester Entsorgungsweg für ARA REAL (Region Luzern): - Monoverbrennung (IST-Situation) mit separater Deponierung der Klärschlammasche. - Verwertung und Trocknung im Zementwerk als Alternative. Die landwirtschaftliche Verwertung wäre - je nach Ökobilanz - nicht ganz so schlecht Diskussion Bahnhof!!!!!