Ökoeffizienzpotenziale bei Vergärung und Kompostierung von Bioabfällen DepoTech 2014, Montanuniversität Leoben

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1 Ökoeffizienzpotenziale bei Vergärung und Kompostierung von Bioabfällen DepoTech 2014, Montanuniversität Leoben T. Pitschke, R. Peché und S. Kreibe bifa Umweltinstitut GmbH. Augsburg. Deutschland

2 Einleitung Bioabfälle aus der haushaltsnahen Erfassung in Deutschland In Deutschland werden jährlich rund 9 Millionen Tonnen Bio- und Grüngut aus Haushalten getrennt erfasst und einer Verwertung zugeführt Erfassung und Behandlung von Bioabfällen bietet verschiedenste Behandlungs- bzw. Verfahrensalternativen Wie ist die Ökoeffizienz der Behandlungsverfahren zu bewerten und wo liegen die Potenziale zur Verbesserung der Ökoeffizienz? Folie 2

3 Inhalte 1. Ökoeffizienz Biogutbehandlung 1. Umweltwirkungen 2. Kosten und Ökoeffizienz 2. Ökoeffizienzpotenziale 1. Vergärung 2. Kompostierung 3. Mitbehandlung von Bioabfall in einer MVA 3. Fazit Folie 3

4 Untersuchungsrahmen Biogutbehandlung Kompostierung: Offen, teil-/geschlossen (KO, KG, KTG) Vergärung (inkl. Nachbehandlung der festen Gärrückstände) Kontinuierlich: Propfenstrom-, Nassvergärung Diskontinuierlich: Batchvergärung Thermische Behandlung als Teil des Restabfalls in MVA (MVA) Untersuchungsrahmen Systemgrenzen Start: Behandlung ab Anlage (keine Erfassung) Ende: Produkte der Verwertung (Substitution Primärprodukte/-energie) Bezug: Eine Tonne Biogut aus haushaltsnaher Sammlung Durchschnittlicher Anlagenbetrieb mit guter fachlicher Praxis Begleitung des Vorhabens durch Beirat betroffener Kreise Folie 4

5 Untersuchungsmethode Ökoeffizienzanalyse Festlegen Untersuchungsrahmen (Systemgrenzen, funktionelle Einheit, Allokationen) Datenerhebung für alle relevanten Prozesse (Mengenströme, Emissions-, Betriebsdaten, Kosten) Bilanzierung Emissionen (Sachbilanz) Abschätzung Umweltwirkungen Bilanzierung Kosten Aggregation Umweltwirkungen Ökobilanzielle Betrachtung Kostenbetrachtung Ökologie-Index Ökologie- Index Kosten-Index Kosten [ /t] Ökoeffizienzanalyse Folie 5

6 Umweltwirkungen der Bioabfallbehandlung Umweltbelastungen: Emissionen Behandlungsprozess Emissionen beim Ausbringen fester und ggf. flüssiger Produkte Emissionen aus Behandlung abgetrennter Stoffströme Umweltentlastungen: Erzeugung von Strom und Wärme Bereitstellung von Phosphat und weiteren Düngernährstoffen Bereitstellung organische Substanz (Substitution von Torf bzw. Humus-C) Entsorgungsanlage Biogas Strom / Wärme Bioabfall/Grüngut Anwendung Komposte/ Gärprodukte Nährstoffe, org. Substanz Emissionen bei konventioneller Herstellung Torfabbau, Ackergras NH 3 N 2 O CH 4 NO X CO CH 4 Folie 6

7 Umweltbelastungen: Emissionen aus dem Behandlungsprozess Grundlage: Untersuchungen der Gewitra mbh im Auftrag des UBA Emissionsfaktoren [g/t] CH 4 Emissionsfaktoren [g/t] NH Emissionen Vergärung (inkl. Nachbehandlung Gärprodukte) höher im Vergleich zur teil-/geschlossenen Kompostierung Vergärung ist gekoppelt an Emissionen insbesondere beim Handling der Gärprodukte: Anaerobes Milieu der festen Gärprodukte in der Nachbehandlung (CH 4 ) Spezifisch erhöhte NH 3 -Emissionen aus Nachbehandlung Offene Lagerung flüssiges Gärprodukt (CH 4 ) Ökoeffizienzpotenziale bei Vergärung und Kompostierung von Bioabfällen Folie 7

8 Umweltentlastungen: Erzeugung von Strom und Wärme Vergärung: Biogas (80 bzw. 125 Nm 3 /t) (Annahme: 25% der erzeugten Wärme werden extern genutzt) 5% heizwertreiche Fraktion (insb. Aufbereitung Input ) Kompostierung: 12% heizwertreiche Fraktion (insb. Siebreste aus Konfektionierung Endprodukte) Netto-Energiebilanz [kwh/t Input] Strom Wärme MVA Heizwert Biogut: 3 MJ/kg Wirkungsgrade externe Nutzung: 10% Strom, 30% Wärme Ökoeffizienzpotenziale bei Vergärung und Kompostierung von Bioabfällen Folie 8

9 Umweltwirkungen Biogutbehandlung Ökologie-Index Biogutbehandlung (ausgewählte Verfahren) Ökologie-Index Entlastung Belastung ,1-1,3-0,8-1,3-0,6 Ökologie-Index -0,6 Entsorgung Produkt Prozess GS org. Substanz GS Dünger GS Energie NETTO Geschl. Kompostierung: deutliche Umweltentlastung Emissionen aus Intensiv-/Nachrotte // Substitution Nährstoffe Vergärung: deutliche Umweltentlastung Emissionen Handling Gärprodukte // Bereitstellung Strom/Wärme MVA: geringere Umweltentlastung Geringste Emission // geringste Gutschrift Folie 9

10 Ökoeffizienzanalyse Kosten der Behandlungsverfahren Aufwendungen, die öre bei externer Beauftragung entstehen (ohne Erfassung) Abschätzung mit Beirat für Betrieb nach guter fachlicher Praxis Informationen von realisierten Anlagen Keine absoluten spezifischen Behandlungskosten, sondern auf Maximalwert normierter Kosten-Index: Propfen KTG Nass MVA Batch KG KO 1 0,8 0,6 0,4 0 Zwischen teil-/geschlossener Kompostierung und kontinuierlicher Vergärung bestehen keine wesentlichen Unterschiede Kostenvorteil Kompostierung und Vergärung gegenüber MVA Bei konkreter Anlage: Rahmenbedingungen vor Ort berücksichtigen Folie 10

11 Ökoeffizienzanalyse Ökoeffizienzportfolio Biogutbehandlung Ökologie-Index -0,6 Kosten-Index 1 Ökologie Index Punkte Umweltentlastung niedrige Ökoeffizienz 0,8 0,6 0,4 Kosten - Index Punkte hohe Ökoeffizienz günstiger Alle Behandlungsverfahren entlasten die Umwelt 0,2 (1) Kompost, offen (2) Kompost., geschlossen (3) Kompost., teilgeschlossen (4) Batch-Vergärung Propfenstromvergärung (6) Nassvergärung (7) MVA Umwelt-Unterschiede zwischen KTG/KG und Nass- bzw. Propfenstromvergärung sind gering Folie 11

12 Inhalte 1. Ökoeffizienz Biogutbehandlung 1. Umweltwirkungen 2. Kosten und Ökoeffizienz 2. Ökoeffizienzpotenziale 1. Vergärung 2. Kompostierung 3. Mitbehandlung von Bioabfall in einer MVA 3. Fazit Folie 12

13 Ökoeffizienzpotenziale Vergärung Emissionen reduzieren 1. Emissionen reduzieren durch optimierte Betriebsführung und technische Maßnahmen: Optimierte Betriebsführung bei Behandlung fester Gärprodukte - Einhausung emissionsrelevanter Bereiche und Abluftreinigung - Gezielte Aerobisierung: Aktive Belüftung / hohe Anteile an Strukturmaterial Saure Wäsche der Abluft aus Behandlung der festen Gärprodukte - Deutliche Minderung von NH 3 -Emissionen möglich Lager der flüssigen Gärprodukte Abdichten, Nutzen der Abluft - für Neuanlagen bindend für EEG-Vergütungsanspruch - Reduktion CH 4 und NH 3 Folie 13

14 Ökoeffizienzpotenziale Vergärung Erzeugte Energie nutzen 2. Energieinhalt des Bioguts effizient nutzen Externe Wärmeabgabe in geeignetem Anlagenumfeld ausbauen Einspeisung des Biogases ist eine Alternative bei nicht vollständiger Wärmenutzung am Standort Weitere Ansätze: - Steigerung Stromausbeute im BHKW - Abtrennen holziger, nicht abbaubarer Anteile (Voraussetzung: stoffliche Eignung und ausreichend Strukturmaterial im Rotteköper) Folie 14

15 Ökoeffizienzpotenziale Übersicht alle Behandlungsverfahren Ökologie-Index Umweltentlastung Umweltbelastung niedrigere Ökoeffizienz höhere Kosten 0,8 0,6 0,4 Kosten - Index Punkte hohe Ökoeffizienz 0,2 niedrigere Kosten Vergärung Vergärung mit NH3-Wäsche Vergärung mit Abdeckung Gärproduktlager Vergärung mit max. Wärmeabsatz Steigerung BHKW-Stromausbeute geschl. Kompostierung geschl. Kompostierung opt. Betriebsführung geschl. Kompostierung (Torfersatz) MVA MVA hoher energet. Nutzungsgrad Kombinationen von Einzelmaßnahmen sind möglich Potenziale Vergärung: Emissionsreduzierung / Externe Wärmenutzung Kompostierung im Vergleich zur Vergärung: Relevanz Emissionsreduktion geringer Fokus auf Optimierung Betriebsführung Potenzial beim Ausbau energetischer Gutschriften geringer Ökoeffizienzpotenziale bei Vergärung und Kompostierung von Bioabfällen Folie 15

16 Inhalte 1. Ökoeffizienz Biogutbehandlung 1. Umweltwirkungen 2. Kosten und Ökoeffizienz 2. Ökoeffizienzpotenziale 1. Vergärung 2. Kompostierung 3. Mitbehandlung von Bioabfall in einer MVA 3. Fazit Folie 16

17 Handlungsoptionen für eine nachhaltige Bioabfallverwertung Nachhaltige Behandlung von Bioabfällen Behandlung soll an Minimierung von Umweltbelastungen und Ressourcenschutz ausgerichtet sein Die enthaltenen Potenziale zum Schutz von P 2 O 5 und zum Erhalt der Bodenfruchtbarkeit sollen nicht ungenutzt bleiben Entscheidend für nachhaltige und ökoeffiziente Verwertung ist, die Synthese aus stofflicher und energetischer Verwertung: Stoffstromlenkung Bioabfälle entsprechend ihrer Abbaubarkeit jeweils dem optimalen Behandlungsverfahren zuführen Kaskadennutzung z.b. Kombination: Erzeugung von Biogas und anschließender Abbau der Gärprodukte zu Kompost Folie 17

18 Handlungsoptionen für eine nachhaltige Bioabfallverwertung Handlungsempfehlungen an Politik und kommunale Entscheidungsträger Vorgabe und Durchsetzung von hohen, insbesondere emissionsmindernden Anlagen- und Betriebsstandards Innovations- und Investitionsbereitschaft durch verlässliche Randbedingungen sichern Bei Ausschreibung und Eigenbetrieb ökologische Aspekte verstärkt berücksichtigen Bei getrennter Sammlung von Biogut Lenkungsinstrumente vorsehen die bewirken, dass hohe Abschöpfungsraten und Reinheit gewährleisten Folie 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit bifa Umweltinstitut Am Mittleren Moos 46 D Augsburg Tel.: / Fax: / Folie 19