Müllverbrennung und erneuerbare Energien

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Laura Meinhardt
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1 Thermische Verfahren der Abfallentsorgung Im Spannungsfeld zwischen Entsorgungssicherheit und Klimaschutz Eine Veranstaltung der SBB und der IHK Potsdam 20. Januar 2010, IHK Potsdam Müllverbrennung und erneuerbare Energien Helmut Rechberger Institut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft Technische Universität Wien

2 Problemstellung CO 2 von. Quellen Massenanteile im Abfall fossilen biogenen fossile biogene Materialien Energie von. Quellen Abfall Müllverbrennung fossilen biogenen Helmut Rechberger 2

3 Konzept der Bilanzenmethode Inert material Biogenic material m B m I Combustibles Fossil material m F m W Water Fellner et al., 2007 Helmut Rechberger 3

4 Abfalldaten Chemical Composition of Biogenic and Fossil Matter Material group C- content H- content O- content N- content [g/kg moisture-and-ash-free] S- content Clcontent av. sd av. sd av. sd av. sd av. sd av. sd Biogenic matter Fossil matter , ,2 0, , Helmut Rechberger 4

5 Abfalldaten Biomasse 0,60 C H O N S Content of C, H, O, N, S [kg/kg water- and ash-free] 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Wood Paper, cardboard, hygeniec articles Garden waste Kitchen waste Textilies (natural fiber) 0,00 Helmut Rechberger 5

Wood Paper, cardboard, hygeniec articles Garden waste

6 Abfalldaten Kunststoffe Massenanteile [%] % Konfidenzintervall 0 PE+PP PS, EPS PVC PET PUR SAP PA Amino ASA Phenole PMMA PC ABS SAN Helmut Rechberger 6

7 Betriebsdaten Reingas (Volumenstrom, O 2, CO 2 ) Abfall (Masse) Zusatzbrennstoffe (Heizöl, Gas) (Masse) Dampfkessel (Dampfmenge, Dampfdruck und temp., Kesselwirkungsgrad) Feste Rückstände (Masse von Schlacke, Flugasche, Filterkuchen, Schrott) Helmut Rechberger 7

8 Konzept der Bilanzenmethode Abfalldaten: Durch die chemische Zusammensetzung der biogenen und fossilen Stoffgruppe gegeben Unbekannte 1. Massenbilanz m B + m F + m I + m w = 1 2. Aschen bilanz 3. Kohlenstoffbilanz 4. Energiebilanz c B m B + c F m F + m I HW B m B + HW F m F m W = a Abfall = c Abfall = HW Abfall 5. O 2 -Verbrauch o 2 C,B m B + o 2 C,F m F = o 2 C Abfall 6. Differenz aus O 2 -Verbr. +CO 2 -Prod. d O2 -CO 2,B m B + d O2 -CO 2,F m F Durch die Betriebsdaten gegeben = d O2-CO2,Abfall Helmut Rechberger 8

Energiebilanz c B m B + c F m F + m I HW B m B + HW F m F -2.45 m W = a Abfall = c Abfall = HW Abfall 5.

9 Konzept der Bilanzenmethode Biomass (cellulose) ( H O ) + 6 O 6CO + H O C n O 2 -consumption = CO 2 -production Plastics (polyethylene) ( CH ) + 3 O 2CO + H O CH 2 2 n O 2 -consumption > CO 2 -production Helmut Rechberger 9

10 Mathematische Lösung Abfalldaten Betriebsdaten k a + Δk a d a + Δd a Nicht-lineare Datenausgleichsrechnung k n + Δk n d n + Δd n x + Δx, y + Δy Unbekannte (m B, m F, m I and m W ) Helmut Rechberger 10

11 Plausibilitätstest Heizwert [kj/kg FS] Grenzen MVA (Wochenwerte) Heizwert [kj/kg FS] Grenzen MVA (Wochenwerte) O 2 -Verbrauch [mol/kg FS] C-Gehalt [g/kg FS] Helmut Rechberger 11

12 Typisches Ergebnis Kohlendioxidemissionen biomassebürtiger Heizwertanteil [%] Linie 1 Linie 2 Kohlendioxidemissionen [t/a] ±3.100 Biomasse ±2.700 fossile Energieträger (inkl. Zusatzbrennstoffe) Energieträgeranteile Zusatzbrennstoffe (Heizöl) 0,6% 12. Nov. 19. Nov. 26. Nov. 3. Dez. 10. Dez. 17. Dez. fossile Energieträger (Kunststoffe) 52,1±1,6% Biomasse 47,3±1,6% Helmut Rechberger 12

700 fossile Energieträger (inkl. Zusatzbrennstoffe) Energieträgeranteile Zusatzbrennstoffe (Heizöl) 0,6% 12. Nov.

13 Vergleichsmessungen mit C14 70 Anteil der fossilen CO 2 Emissionen [%] Bilanzenmethode C Mittelw. Mohn et al Helmut Rechberger 13

10 Bilanzenmethode C14 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

14 Vergleichsmessungen mit C14 Anteil fossile CO 2 Emissionen [%] KVA A KVA B KVA C 14C Methode 47.3 ± ± ± ± 1.5 Bilanzenmethode 48.1 ± ± ± ± 2.4 Differenz (absolut) Helmut Rechberger 14

9 47.6 ± 1.5 Bilanzenmethode 48.1 ± 2.6 48.2 ± 2.8 50.3 ± 3.

15 Es gibt keinen typischen Wert 900 kg CO 2-foss /t MSW WTE Obermoser et al., 2009 Helmut Rechberger 15

2006 2007 2008 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

16 Anwendung auf Sekundärbrennstoffe Waste-toenergy plant MSW In-situ determination at full-scale plant BM Software launched soon Ex post determination based on combustion products Wastes Producer of SRF SRF Energy recovery SRF Stock SRF sample Lab-scaledetermination Ex ante determination based on combustion of sample abm Helmut Rechberger 16

products Wastes Producer of SRF SRF Energy recovery SRF Stock SRF sample

17 Adaptierte Bilanzenmethode Helmut Rechberger 17

18 Mischungen und Analyseergebnisse Mischungsverhältnis PE Holz C H N S [Massenanteile in %] [g/kg TS] 88,6 11, ,5 1,3 80,5 19, ,4 1,2 70,7 29, ,2 1,3 61,2 38, ,4 1,1 50,4 49, ,5 1,3 40,4 59, ,9 7,5 1,3 30,1 69, ,6 8,9 1,3 20, ,1 9,9 1,3 10,1 89, ,4 11,2 1,2 Helmut Rechberger 18

61,2 38,8 705 110 5,4 1,1 50,4 49,6 667 102 6,5 1,3 40,4 59,6 626 93,9 7,5 1,3 30,1 69,9

19 Ergebnis für Mischung aus PE und Holz 100 Berechneter Wert (Anteil an fossilen Materialien) [Masse-%] Sollwert (Anteil an PE) [Masse-%] Helmut Rechberger 19

[Masse-%] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60

20 Ergebnis für Mischung aus PE und Karton PS und Holz Berechneter Wert (Anteil an fossilen Materialien) [Masse-%] Berechneter Wert (Anteil an fossilen Materialien) [Masse-%] Sollwert (Anteil an PE) [Masse-%] Sollwert (Anteil an PS) [Masse-%] Helmut Rechberger 20

fossilen Materialien) [Masse-%] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 Sollwert

21 Ergebnis H u, bio für Mischung aus PE und Holz 90 biomassebürtiger Heizwertanteil [%] PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz 88,6 : 11,4 80,5 : 19,5 70,7 : 29,3 61,2 : 38,8 50,4 : 49,6 40,4 : 59,6 30,1 : 69,9 20,0 : 80,0 10,1 : 89,9 Helmut Rechberger 21

22 Ergebnis C-Gehalt für Mischung aus PE und Holz biogener Kohlenstoff fossiler Kohlenstoff Kohlenstoffgehalt [g/kg FS] PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz PE:Holz 88,6 : 11,4 80,5 : 19,5 70,7 : 29,3 61,2 : 38,8 50,4 : 49,6 40,4 : 59,6 30,1 : 69,9 20,0 : 80,0 10,1 : 89,9 Helmut Rechberger 22

23 Zusammenfassung 30 70% der Abfallenergie erneuerbar Messmethode zur Bestimmung von E bio, M bio, C bio vorhanden EBS: Verlässliche Bestimmung von mg Proben bekannter Zusammensetzung möglich Anwendung auf EBS: Kenntnis der Kunststofffraktion nötig (Datenbasis) Repräsentative Probenahme und Herstellung von Analysenproben (20-50 mg) Weitgehende Validierung gelungen Helmut Rechberger 23

24 Literatur zum Thema Fellner, J., Cencic, O., Rechberger*, H., A new method to determine the ratio of electricity production from fossil and biogenic sources in waste-to-energy plants. Environmental Science and Technology, 2007, Vol 41, No. 7, Mohn, J., Szidat, S., Fellner J., Rechberger, H., Quartier, R., Buchmann, B., Emmenegger, L., Determination of biogenic and fossil CO 2 emitted by waste incineration based on 14 CO 2 and mass balances, Bioresource Technology, 99, 2008, Staber, W., Flamme, S. and Fellner, J., Methods for determining the biomass content of waste, Waste Management and Research, 26(1), 2008, Fellner, J., Rechberger, H., Abundance of 14 C in biomass fractions of wastes and solid recovered fuels, Waste Management, 29, 2009, Obermoser, M., Fellner, J., Rechberger, H., Determination of reliable CO 2 emission factors for waste-to-energy plants, Waste Management and Research, 27, 2009, Aschenbrenner, P., Fellner, J., Rechberger, H., Bestimmung des biogenen Kohlenstoffgehaltes von Ersatzbrennstoffen mittels eines CHNSO- Elementaranalysators, Tagungsband "Erneuerbare Energien", Berliner Energiekonferenz, November, Berlin, Hrsg. Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M., TK Verlag Karl Thomé-Kozminsky, Neuruppin, Band 2, 2009, p Helmut Rechberger 24

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