Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. LASU - Labor für Abfallwirtschaft Siedlungswasserwirtschaft Umweltchemie

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1 Analyse des relevanten Markt- und Wettbewerbsumfeldes für die Weiterentwicklung und Einführung einer nahinfrarotgestützten Echtzeitanalytik für Ersatzbrennstoffe Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. LASU - Labor für Abfallwirtschaft Siedlungswasserwirtschaft Umweltchemie 2. Wissenschaftskongress Abfall- und Ressourcenwirtschaft Rostock, März

2 Gliederung Einleitung Systembeschreibung Analyse des Ersatzbrennstoffmarktes Entwicklung des Ersatzbrennstoffmarktes in Deutschland Marktpotenzial für NIR-basierte Echtzeitanalytik für EBS in Deutschland Überblick über die Entwicklungen des EBS-Marktes der EU Substitutionspotenzial anderer Technologien zur Echtzeitanalytik Anforderungen potenzieller Kunden an ein Gerät zur Echtzeitanalytik Fazit Quellenverzeichnis Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. 2

3 Einleitung Aktuelle Entwicklung: Zunehmende Aufbereitung und Verwertung von Ersatzbrennstoffen aus gemischten Abfällen in Deutschland Motivation: Einsparung von Primärbrennstoffen und Emissionszertifikaten Aktuelle Herausforderungen: Aufgrund von genehmigungs- und verfahrenstechnischen Anforderungen ist die Ermittlung der Qualität dieser heterogenen Brennstoffe von hoher Relevanz Unsicherheiten der Analyseergebnisse aufgrund verschiedener Einflussfaktoren (Probenahme, Anzahl und Umfang der Proben, Art des Analyseverfahrens etc.) Relativ große zeitliche Verzögerungen bis Analyseergebnisse vorliegen (bis zu 14 Tage) Lösungsansatz: Echtzeitanalytik-Systeme für die Ermittlung relevanter Brennstoffparameter Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. 3

4 Systembeschreibung Funktionsweise der NIR-gestützten Echtzeitanalytik Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. 4

5 Entwicklung des Ersatzbrennstoffmarktes in Deutschland Deutschland: Aktuelle Entwicklungen (Stand 2009) Quellen: [6],[7], [8] Quellen: [1],[2], [3], [4], [5] Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. 5

6 Entwicklung des Ersatzbrennstoffmarktes in Deutschland Deutschland: Aktuelle Entwicklungen (Stand 2010) Quellen: [6],[7], [8] Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. 6

7 Entwicklung des Ersatzbrennstoffmarktes in Deutschland Deutschland: Aktuelle Entwicklungen (Stand 2009) Quellen: [9],[10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17] Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. 7

8 Entwicklung des Ersatzbrennstoffmarktes in Deutschland Deutschland: Aktuelle Entwicklungen (Stand 2010) Quellen: [1],[2], [3], [4], [5] Quellen: [6],[7], [8] Quelle: Dipl.-Ing. [18] Peter Krämer M.Sc. 8

9 Entwicklung des Ersatzbrennstoffmarktes in Deutschland Zwischenfazit: Das Aufkommen von Siedlungsabfällen und somit die Menge der daraus zu gewinnenden Ersatzbrennstoffe ist rückläufig Der Markt für Verbrennungskapazitäten ist gesättigt Nach den Prognosen verschiedener Marktforschungsinstitute ist im Jahr 2020 mit einer Überkapazität von 3-4 Mio. Mg zu rechnen [19] In Deutschland kann somit kein wachsendes Marktpotenzial für EA- Systeme konstatiert werden Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. 9

10 Marktpotenzial für NIR-basierte EA in Deutschland Ermittlung des Marktpotenzials mit Hilfe der branchenbezogenen Aufbaumethode Einsatzbereich Anlagenanzahl Max. Bedarf je Anlage [Stck.] EBS Herstellung Spezifische Anlagen zur überwiegenden Herstellung von SBS Gesamtbedarf 32 1,5 48 Stoffstromtrennanlagen mit überwiegend HwF- Produktion MBA Technologien 48 1,5 72 EBS Verwertung EBS-Kraftwerke Zementwerke Quellen: [6], [7], [8], [17], [18], [19] Kohlekraftwerke Gesamtmarktpotenzial (Summe Systeme): 264 Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. 10

11 Überblick über die Entwicklungen des EBS-Marktes der EU Europäische Union: Aktuelle Entwicklungen (Stand 2009) Quelle: eigene Darstellung nach [20] Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. 11

12 Überblick über die Entwicklungen des EBS-Marktes der EU Europäische Union: Aktuelle Entwicklungen und Ausblick (Stand 2010) Quelle: eigene Darstellung nach [21]

13 Überblick über die Entwicklungen des EBS-Marktes der EU Zwischenfazit: Entwicklungsstand bei der Behandlung von Siedlungsabfällen in der EU ist sehr unterschiedlich Aufgrund der Umsetzung von EU-Vorgaben ist in vielen Ländern mit einem Ausbau der Infrastruktur zur Behandlung von Siedlungsabfällen in den nächsten Jahren zu rechnen In der EU kann somit ein wachsendes Marktpotenzial für EA-Systeme konstatiert werden Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. 13

14 Substitutionspotenzial anderer Technologien zur EA 1. Identifizieren grundlegender Technologien zur Echtzeitanalytik 2. Beschreibung der Funktionsweisen der verschiedenen Technologien 3. Bewertung: Sind die Technologien grundsätzlich für die EBS-Echtzeitanalytik geeignet? Nein kein Substitutionspotenzial!!! (Technologien nicht weiter betrachten) Laseremissionsspektrometrie Ja 4.Beschreiben der technologischen Vor- und Nachteile grundsätzlich geeigneter Technologien 5. Bewertung: Überwiegen die Vorteile relevanter Merkmale gegenüber der NIR-basierten EA Nein geringes Substitutionspotenzial! (Entwicklungen sporadisch verfolgen) Röntgenfluoreszenzanalytik (RFA) Röntgentransmissionstechnik Mikrowellenresonanztechnik Ja hohes Substitutionspotenzial! (Entwicklungen konstant verfolgen) Prompt-Gamma-Neutronen-Aktivierungs-Analyse (PGNA-Analyse) Annahmen basieren auf folgende Quellen: [22],[23] 24],[25], [26],[27], [28],[29], [30],[31] 32],[33], [34],[35], [36], [37], [38], [39], [40],[41] 14

15 Anforderungen potenzieller Kunden Experten-Befragung 9 EBS-Produzenten (1 MPS-, 1 MBA-, 3 HwF/SBS- und 4 SBS-Anlagen) 9 Verwerter (je 3 Kohlekraft-, Zement- und Monokraftwerke) Produzenten Einsatzbereiche Primär: Qualitätskontrolle bzw. Qualitätsbestimmung Sekundär: Qualitätssteuerung und Qualitätsnachweis Verwerter Primär: Qualitätskontrolle Sekundär: Qualitätssteuerung und Qualitätsnachweis Relevante Parameter Primär: Chlor, Heizwert, Wassergehalt Sekundär: Aschegehalt, biogener Anteil, Schwermetalle Primär: Chlor, Heizwert, Wassergehalt Sekundär: Aschegehalt, biogener Anteil, Schwermetalle Tolerierbare Abweichungen (bez. auf Tagesmittelwert) ca. ± 5% bis max. ± 10% ca. ± 10% bis max. ± 15% Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. 15

16 Fazit Aufgrund der Anfälligkeit für systematische Fehler sollte die Komplexität des Systems zunächst möglichst gering gehalten werden. Beschränkung bei der weitergehenden Optimierung zunächst auf folgende Parameter: Chlor Heizwert Wassergehalt Entwicklung Bottom-Up und Ermittlung der Messunsicherheiten bzw. Genauigkeit des Systems Neben der Entwicklung des eigentlichen EA-Systems sollten im Hinblick auf die periphere Infrastruktur folgende weitere Lösungsmöglichkeiten erarbeitet werden: Einbindung des Systems in die Anlage Ganzheitliche Systeme zur Qualitätskontrolle Lösungen zur Datenbereitstellung Mittel- bis langfristig sollten Kombinationsmöglichkeiten (z. B. mit RFA, Mikrowellenresonanztechnologie) in Betracht gezogen werden 16

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dipl.-Ing. Peter Krämer M.Sc. Labor für Abfallwirtschaft Siedlungswasserwirtschaft Umweltchemie Fachhochschule Münster Corrensstraße Münster Mailto: 17

18 Quellen [1-3] [1] Statistisches Bundesamt (DESTATIS): Umwelt Abfallbilanz 2007, erschienen im Juni 2009, Wiesbaden, 2009 [2] Statistisches Bundesamt (DESTATIS): Umwelt Abfallbilanz 2006, erschienen im März 2009, Wiesbaden, 2009 [3] Statistisches Bundesamt (DESTATIS): Umwelt Zeitreihe zum Abfallfallaufkommen , erschienen im März 2009, Wiesbaden, 2009 [4] Statistisches Bundesamt (DESTATIS): Umwelt Abfallbilanz 2008, erschienen im Juli 2010, Wiesbaden, 2010 [5] Statistisches Bundesamt (DESTATIS): Umwelt Abfallbilanz 2009, erschienen im Mai 2011, Wiesbaden, 2011 [6] ASA - Arbeitsgemeinschaft Stoffspezifische Abfallbehandlung: MBA-Steckbriefe 2010/2011; ASA GmbH, Ennigerloh, Februar 2011 [7] Alwast, H.: Ersatzbrennstoffmarkt in Deutschland. In RECYCLING Almanach 2009, S (Daten bis 2008) [8] Gleis, M.; Raesfeld, U.: Ersatzbrennstoffkraftwerke in Deutschland - Status Quo In: Müll-Handbuch, B. Bilitewski, H. Schnurer, B. Zeschmar-Lahl (Hrsg.), Erich Schmidt Verlag, Betrag 7102, Berlin, 2011 [9] VDZ - Verein Deutscher Zementwerke e. V., Forschungsinstitut der Zementindustrie: Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2001; Düsseldorf, Juli 2002 [10] VDZ - Verein Deutscher Zementwerke e. V., Forschungsinstitut der Zementindustrie: Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2002; Düsseldorf, Juli 2003 [11] VDZ - Verein Deutscher Zementwerke e. V., Forschungsinstitut der Zementindustrie: Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2003; Düsseldorf, Juli 2004 [12] VDZ - Verein Deutscher Zementwerke e. V., Forschungsinstitut der Zementindustrie: Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2004; Düsseldorf, Juli 2005 [13] VDZ - Verein Deutscher Zementwerke e. V., Forschungsinstitut der Zementindustrie: Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2005; Düsseldorf, Juli 2006 [14] VDZ - Verein Deutscher Zementwerke e. V., Forschungsinstitut der Zementindustrie: Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2006; Düsseldorf, Juli 2007 [15] VDZ - Verein Deutscher Zementwerke e. V., Forschungsinstitut der Zementindustrie: Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2007; Düsseldorf, Juli 2008 [16] VDZ - Verein Deutscher Zementwerke e. V., Forschungsinstitut der Zementindustrie: Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2008; Düsseldorf, Juli 2009 [17] VDZ - Verein Deutscher Zementwerke e. V., Forschungsinstitut der Zementindustrie: Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2009; Düsseldorf, Juli 2010 [18] Thiel, S.: Trends in der Mitverbrennung Der Emissionshandel und die Entwicklung der Brennstoffpreise beeinflussen maßgeblich den Einsatz von Ersatzbrennstoffen und Kohlekraftwerken. In ReSource Fachzeitschrift für nachhaltiges Wirtschaften. Bernhard Reiser (Hrsg.), ROMBOS Verlag, Juni

19 Quellen [2-3] [19] BGS: Mitverbrennung von gütegesicherten Sekundärbrennstoffen und energetische Verwertung. Grundlagenpapier der Arbeitsgruppe Öffentlichkeitsarbeit der Gütegemeinschaft Sekundärbrennstoffe und Recyclingholz e.v. (BGS e.v.), Münster, Januar 2011 [20] Statistisches Amt der Europäischen Union: Umwelt in der EU 27 Im Jahr 2009 wurde ein Viertel der gesamten behandelten kommunalen Abfälle recycelt. EUROSTAT Pressemitteilung 37/2011; 8. März 2011 [21] Vaccani, A.: Überkapazitäten in der Abfallverbrennung in Europa. In: Planung und Umweltrecht; Band 5, Karl Thomé- Kozmiensky (Hrsg.); TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky; Neuruppin, 2011, S [22] Noll, R.; Brysch, L.; Hilbk-Kortenbruck, F.; Kraushaar, M.; Mönch, I.; Peter, L.; Sturm, V.: Laser-Emissionsspektrometrie Anwendungen und Perspektiven für Prozesskontrolle und Qualitätssicherung. In LaserOpto 32 (2000), AT-Fachverlag, 2000, Nr.6, S [23] Zugriff [24] Haag, L.: Laserinduzierte Plasmaspektroskopie und -mikroskopie mit Femtosekunden-Einzel- und Doppelpulsen. Dissertation an der Universität Kassel. Kassel University Press GmbH, Kassel 2010 [25] Makowe, J.: Chemische Online-Analyse von Stoffströmen Prozesskontrolle und automatische Sortierung mit Lasertechnik; Fachtagung Sensorgestützte Sortierung 2010, Aachen März 2010 [26] Alloway, B. J. (Hrsg.): Schwermetalle in Böden - Analytik, Konzentrationen, Wechselwirkungen, Springerverlag; Berlin, Heidelberg, New York, 1999 [27] Heine, B.: Werkstoffprüfung: Ermittlung von Werkstoffeigenschaften. Carl Hanser Verlag, München, Wien, 2003 [28] Weiss, M.; Felber, J.: Redwave XRF-Röntgenfluoreszenzverfahren für Wertstoffsortierung in der Abfallwirtschaft, Fachtagung DepoTech 2010; Leoben [29] Webpage der Fachgebiet Mineralogie, Geochemie und Salzlagerstätten an der TU Clausthal URL: Seitenaufruf [30] Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Fakultät V, Zugriff [31] Von Ardenne, M; Musiol, G., Klemradt, U.: Effekte der Physik und ihre Anwendungen. 3 Auflage, Wissenschaftlicher Verlag Harri Deutsch, Frankfurt, 2005 [32] Kortschik, C.: Experimentelle und theoretische Untersuchung der Selbstzündung laminarer und gewellter Gegenstromdiffusionsflammen. Dissertation an der RWTH Aachen, Cuvillier Verlag, Göttingen, 2005 [33] TU München, Physikalisches Fortgeschrittenenpraktikum am FRM II. PGAA Prompte Gamma Aktivierungs-Analyse, Version vom 9. November URL:http://www.ph.tum.de/studium/praktika/fopra/versuche/61/PGAA_Anleitung.pdf [34] Spieß, L., Teichert, G., Schwarzer, R., Behnken, H., Genzel, Ch.: Moderne Röntgenbeugung Röntgendiffraktometrie für Materialwissenschaftler, Physiker und Chemiker. 2. Auflage, Vieweg + Teubner TGWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden,

20 Quellen [3-3] [35] Pretz, T, Julius, J.: Stand der Technik und Entwicklungen bei der berührungslosen Sortierung von Abfällen. In: Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft, W. Schimon; C. Vogl; R. Hohenauer (Hrsg.), Heft, 07-08/2008, S [36] Gundelach, V., Litz, L.: Moderne Prozeßmeßtechnik Ein Kompendium. H. Gelbe, H. Hofmann (Hrsg.), Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1999[37] [Wens et al. 2011], [37] Webpage von ChemgaPedia (Chemische Enzyklopädie); /pc/spektroskopie/theorie/images/spekber.gif; Seitenaufruf: [38] Wotruba, H.; Pretz, T.: Stand der Technik der sensorgestützten Sortierung; Fachtagung Sensorgestützte Sortierung 2008, Aachen, März 2008 [39] Daschner, F., Knöchel, R., Taute, W., Döscher, C.: Feuchte- und Dichtebestimmung Präzise und zerstörungsfreie Bestimmung in Echtzeit zur Kontrolle von Prozessen. In Prozessanalytik. In GIT Labor-Fachzeitschrift, GIT Verlag, 07/2006, S. 2-4 [40] Oesterle, G.: Prozessanalytik: Grundlagen und Praxis. Oldenburg Verlag GmbH, München, 1995 [41] Persönliche Auskunft per Telefon von Prof. Dr. Dickmann, Leiter des Laserzentrums an der Fachhochschule Münster (LFM),

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