Stoff- und Energiebilanzen von Abfallverbrennungsanlagen in Nordrhein-Westfalen

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1 Stoff- und Energiebilanzen von Abfallverbrennungsanlagen in Nordrhein-Westfalen Gudrun Both, Horst Fehrenbach MUNLV Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, Düsseldorf ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung GmbH Heidelberg Berliner Abfallwirtschaftskonferenz 1. und 2. März 2005

2 Hintergrund der Untersuchung Ablagerungskriterien ab Juni 2005 führen zu zusätzlichen Mengen für die thermische Entsorgung. Als Alternative (Ergänzung) zur MVA wird die Mitverbrennung in industriellen Anlagen diskutiert. Für das MUNLV stellt sich die Frage, ob die Mitverbrennung gegenüber einer Behandlung in MVA als ökologisch gleichwertig anzusehen sind. Für welche Abfälle, welche Art Anlagen, unter welchen Randbedingungen?

3 Ziel und Umfang der Untersuchung Klärung der der Eingangsfrage des MUNLV. Dazu werden eine differenzierte Analyse der einzelnen thermischen Verfahren bzw. der damit gekoppelten Systeme (inkl. Aufbereitung, Transporte etc.) durchgeführt, die wichtigsten Stellgrößen und die relevanten Parameter für eine Bewertung identifiziert.

4 Es ist nicht Ziel die juristische Frage der Abgrenzung oder Definition von Verwertung und Beseitigung zu beantworten und über den geltenden Rechtsstatus hinaus führende ordnungsrechtliche Maßnahmen zu begründen,... wie z.b. Verwertungsverbote oder Grenzwertverschärfung. rfung.

5 Projekt begleitender Arbeitskreis aus Vertretern... der Entsorgungswirtschaft, der Betreiber thermischer Anlagen, der zuständigen Behörden, der Wissenschaft.

6 Technologische Optionen thermischer Verfahren Müllverbrennungsanlagen (16 Anlagen in NRW) Mitverbrennung in Zementwerken (ca. 10 Anlagen mit Abfalleinsatz in NRW) Mitverbrennung in Kraftwerken (12 Anlagen mit Abfalleinsatz in NRW) Aufbereitungsanlagen (7 Anlagen in NRW bei Restabfall bzw. EBS) Ziel: das Spektrum der in NRW realisierten Technik abbilden nicht nur durchgemittelte Fälle.

7 Zu untersuchende Abfallarten 1. Restabfälle aus Haushalten daraus erzeugte Ersatzbrennstoffe (AVV ) in den diversen Formen und Qualitäten: z.b. SBS, Fluff, trockenstabilisierte Abfälle u.a. 2. gemischte Gewerbeabfälle beispielhafte Einzelfälle, auch aus Baustellensortierung 3. Sortierreste aus der LVP-Sortierung des DSD 4. Shredder-Leichtfraktion

8 Grundsätzliche methodische Vorgehensweise Ökobilanzansatz Vergleich und Bewertung von Systemen (inkl. Vorprozesse, Transporte, Betriebsmittel etc.) Berücksichtigung der durch Sekundärbrennstoff ersetzten Primärbrennstoffe rbrennstoffe bzw. Energieträger ger und deren Umweltauswirkungen bei der Erzeugung ( Äquivalenzysteme ). Wirkungsabschätzung nach Stand der Ökobilanz-Technik, Auswertung unter Anlehnung an den Vorschlag des UBA.

9 Betrachtung ganzer Systeme Bsp.: Mitverbrennung im Kohlenkraftwerk gemischter Gewerbeabfall En Erfassung Lkw Em En Aufbereitung konfektionierte Fraktion andere Fraktionen Em En Entsorgung mit Transport, MVA und oder Deponie Em En Transport Lkw Em R En Bereitstellung Hilfsmittel Em Mitverbrennung Em R Feststoffstrom Rohstoffbeanspruchung En Beseitigung von entstehenden Abfällen Em En Em Energiebeanspruchung, inkl. Bereitstellung der Energieträger Emission Nutzen: Kohlesubstitution

10 Nutzen- gleichheit der zu vergleichenden Systeme Entsorgungssystem Erfassung Vorbehandlung Kraftwerk Abfall X Erfassung Vorbehandlung Zementwerk Erfassung MVA Nutzen Strom (Fernwärme) aus Kohle Brennen von Klinker (event. stoffliche Komponente) Strom (Fernwärme) aus dem Netz Äquivalenzsystem (Gutschrift) Kraftwerk Bereitstellung Kohleabbau Zementwerk Bereitstellung Kohleabbau Kohleabbau ev. Rohmaterialabbau Kraftwerkspark Bereitstellung Energieträgerabbau Rohstoffe

11 Beispiele für Anwendung von Ökobilanzen in der Abfallwirtschaft Klärschlammentsorgung NRW Co-Fermentation organischer Abfälle NRW Bioabfallentsorgung Altölentsorgung lentsorgung (DBU) (BMU, UBA) Altreifenentsorgung (BMU, UBA) Galvanikschlamm (Baden-Württemberg) Altlösemittel (Baden-Württemberg) RDF (EU Kommission)

12 Szenario 1 : Siedlungsabfälle in MVA Restabfälle aus Haushalten Abfälle RGR z.t. Schlacke, Filterasche MVA Metalle z.t. Schlacke, Filterasche, Gips etc. Stoffliche Verwertung Deponie Nutzen: (Ressourceneinsparung) Strom und/oder Fernwärme (Prozessdampf) FE- + NE-Metalle (Gips, Mineralstoffe?)

13 Szenario 1a : Sekundärbrennstoff aus Restabfällen in Zementwerk Restabfälle aus Haushalten t kann in einer Anlage integriert sein Voraufbereitung hochkalorische Fraktion 350 t Metalle 30 t (MBA- wahlweise (400 t) Restfraktion) Abfälle (RGR) z.t. Schlacke, Filterasche, Gips etc Restfraktion 620 t biologische Behandlung Deponie wahlweise MVA Abfälle (Schwerfraktion) 20 t z.t. Schlacke, Filterasche, Gips etc. 325 t Metalle Aufbereitung zu Sekundärbrennstoff Sekundärbrennstoff Zementwerk 5 t ggf. Mineralstoffe Stoffliche Verwertung Nutzen: (Ressourceneinsparung) Strom und/oder Fernwärme (Prozessdampf) Kohlesubstitution FE- + NE-Metalle (Gips, Mineralstoffe?)

14 Vorgehen bei der Modellierung von Abfallverbrennungsanlagen Primäre re Eingangsparameter: die stoffliche Zusammensetzung des zu verbrennenden Abfalls Elementar-,, Wasser-,, Aschegehalte und Heizwert. Die Prozessmodellierung folgt grundsätzlich linearen Beziehungen: Bsp.: höherer h herer Heizwert höhere here Feuerungswärme rme mehr Dampf mehr Nettowärmeabgabe. Ausnahmen: S (als SO 2 ), Cl (als HCl) ) und Hg, für f r die bei Nasswäsche sche und Aktivkoks-Adsorption Adsorption von einem fixen Konzentrationsfenster ausgegangen wird. Reale Messwerte dienen als Abgleich und zur Kalibrierung der Modellfaktoren.

15 Technische Varianten bei MVA Technischer Sachverhalt Varianten Entstaubung: Zyklon E-Filter Gewebefilter kombinierte kombinierte Filter Var.1 Filter Var.2 Absorption: quasitrocken nass nass einstufig mehrstufig Umgang mit Keine Eindampfung Eindampfung ohne mit Prozessabwasser Erzeugung im Abgas in ex t. EDA Vorfällung Vorfällung Entstickung Nichtkatalytisch katalytisch Feinreinigung Flugstromverfahren Festbettfilter Koks als Gemisch als Adsorbens Adsorbens Energienutzung vollständige Abgab e des Dampfes reine Stromkopplung Strom + Fernwärmekopplung Strom + Prozessdampf Strom + Fernwärme+ Prozessdampf in unterschiedlichen Nutzungsgraden Feste (flüssige) Rückstände In den meisten Fällen an die Struktur der Abgasreinigung gekoppelt - Trennung mehrerer Fraktionen aus mehreren Stufen - Zusammenfassung in wenigen Fraktionen

16 Exemplarische MVA - 1 Abfallinput Strom, Fernwärme, Ferndampf Kalk Kalk + FHM Koks NH 3 Reingas Rostfeuerung /Kessel Turbine E-Filter Sprühtrockner + E-Filter saurer Wäscher neutraler Wäscher Festbettfilter DENOX Gipserzeugung ARA Entschlacker Schlacken und Aschen Sprühtrocknersalz Gips Koks Luftpfad Wasserpfad Feststoffe Energie

17 Exemplarische MVA - 2 Abfallinput Strom, Fernwärme Kalk Kalk + FHM Koks NH 3 Reingas Turbine Rostfeuerung /Kessel E-Filter saurer Wäscher neutraler Wäscher Flugstromadsorber DENOX Gipserzeugung EDA Entschlacker ARA Schlacken und Aschen Gips Salz Koks Luftpfad Wasserpfad Feststoffe Energie

18 Exemplarische MVA - 3 Abfallinput Strom Kalk Koks NH 3 Reingas Turbine Rostfeuerung /Kessel Zyklon Flugstromadsorber Sprühabsorber DENOX Entschlacker Luftpfad Schlacken und Aschen Sprühabsorbersalz Koks Feststoffe Energie

19 Modellierung des Hg-Flusses durch eine exemplarische MVA Abfallinput Ausgehend von 0,19 mg Hg pro kg Abfall Resultierende Reingaskonzentration 0,001 mg Hg pro Nm 3 (entspr. 2,6% des Hg im Input) 5 g im Reingas 190 g Rostfeuerung /Kessel 186 g T6:Sprüh - trockner / Gewebefilter saurer neutraler Wäscher Wäscher 172 g 34 g 27 g P8 7 g Gipsentwässerung Flugstromadsorber Entschlacker 4 g 157 g 138 g P g ARA 143 g 4 kg in Schlacken 157 g in Sprühtrocknerprodukt 2 g im Gips 22 kg im Koks Luftpfad Wasserpfad Inhalt in festen Stoffen

20 Die sich abzeichnenden wichtigsten Stellgrößen und Parameter für den ökobilanziellen Vergleich mit der Mitverbrennung: die Energieeffizienz bei den MVA-Anlagen Anlagen. (direkte Auswirkung auf die Kategorien Treibhauseffekt und Ressourcenschonung ) die erreichbare Reingaskonzentration für Quecksilber (wichtiger Leitparameter für Einschätzung der Kategorie Humantoxizität ) die erreichbare Reingaskonzentration für NO 2 (direkte Auswirkung auf die Kategorien Versauerung, Eutrophierung rung und Feinstaubbelastung )

21 Stand und Ausblick des Projekts Die Datenaufnahme und Modellierung ist bei MVA, MBA und Kraftwerken soweit abgeschlossen, dass hier erste Ergebnistrends für das Beispiel Restabfall erkennbar werden. Derzeit erfolgt Auswertung der hohen Zahl an Einzelfällen und Fallkombinationen. Dann Ausweitung auf weitere Abfälle bzw. Abfallqualitäten Vor Veröffentlichung erst Ergebnisdiskussion im Projekt- Arbeitskreis.