Potenziale der solaren Klärschlammtrocknung für Bremen. und den norddeutschen Raum

Transkript

1 Potenziale der solaren Klärschlammtrocknung für Bremen und den norddeutschen Raum M. Wittmaier, B. Sawilla, H. Albers Institut für Kreislaufwirtschaft, Bremen 1. Einleitung 2. Randbedingungen für solare Klärschlammtrocknung 3. Systeme der solaren Klärschlammtrocknung 4. Bewertung konkreter Szenarien für Bremen 5. Perspektiven der Solaren Klärschlammtrocknung in Norddeutschland 6. Zusammenfassung

2 Vergleich von Grenz- und Zielwerten für landwirtschaftlich verwertete Klärschlämme mit den mittleren Schwermetallgehalten im Gärschlamm der Co-Vergärungsanlage Radeberg

3 Vorschlag zur Begrenzung des Eintrags von Schadstoffen bei der Düngung landwirtschaftlicher Nutzflächen, hier Sandboden (BMVEL und BMU, Juni 2002).

4 Grenzwerte für Lebensmittel sowie durch das BMU und BMVEL diskutierte Grenzwerte 2,50 Schwermetallgehalt [mg/kg TS] 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 Grenzwerte in Diskussion Grenzwert Blattgemüse Richtwert Kartoffel 0,25 0,00 Cadmium

5 Klärschlammentsorgung Landwirtschaftliche Verwertung Rekultivierung Deponierung von Klärschlämmen Weitere Verfahren der Klärschlammentsorgung Thermische Klärschlammbehandlung

6 Verfahren der konventionellen Klärschlammtrocknung Konvektionstrocknung Trommeltrockner Bandtrockner Wirbelschichttrockner Etagentrockner Kontakttrocknung Dünnschichttrockner Scheibentrockner

7 Grundlagen der solaren Klärschlammtrocknung Kombination aus Strahlungstrocknung und Konvektionstrocknung Konvektionstrocknung ist wirksam, wenn relative Luftfeuchtigkeit < 80% Mittlere spezifische Verdampfungsleistung beträgt kg/m 2 *a 70 85% TS Kontinuierliche Volltrocknung ist durch rein solare Verfahren nur eingeschränkt möglich Einsatz von Zusatzheizung Masse [Mg] % 30% 45% 60% 75% 90% TS-Gehalt [%]

8 ist- Anlage Iffezheim Tabelle 2: Kenndaten der Anlagen in Iffezheim Einheit Betriebswert Durchsatzmenge Mg TS/a 120 Input TS % 23 Trocknungsdauer Wochen 8-17 Output TS % 70 Trocknungshallen 1 Halle (10m x 58m) Trocknungsfläche m_ 580 Invest itions kosten Baujahr 1997 Verwertung des Produktes Kompostierung

9 Thermo System- Anlage Bredstedt Tabelle 3: Kenndaten der Anlagen in Bredstedt Einheit Betriebswert Durchsatzmenge Mg TS/a 108 Input TS % 25 Trocknungsdauer Wochen 8 bis 16 Output TS % 90 Trocknungshallen 1 Halle (12,5m x 48m) Trocknungsfläche m_ 600 Invest itions kosten Baujahr 1997 Verwertung des Produktes landwirtschaftlich

10 EDZ Bau- Pilotanlage Empfingen Tabelle 4: Kenndaten der Pilotanlage in Empfinggen Einheit Betriebswert Durchsatzmenge Mg TS /a 450 Imput TS % Trocknungsdauer Tage 3-6 Output TS % > 90 Trocknungshallen 1 Halle Trocknungsfläche m_ 450 Invest itions kosten k.a. Baujahr 2004 Verwertung des Produktes k.a.

11 Huber-Anlage in Hayingen Tabelle 5: Kenndaten der Anlagen in Hayingen Einheit Betriebswert Durchsatzmenge Mg TS/ a 88 Input TS % 20 Trocknungsdauer Wochen k. a. Output TS % Trocknungshall en 1 Halle Trocknungsfläche m_ 72 Investitionskosten Baujahr 2004 Verwertung des Produktes z.z. De ponie

12 Anlagenstandorte in Deutschland Anbieter Nr. Standort 1 Bredstedt 2 Scheßlitz 3 Burgebrach 4 Waldenburg 5 Bemstadt 6 Günzburg Thermo 7 Zeugnishausen 8 Schönach 9 Wilhelmsdorf 10 Bodnegg 11 Füssen 12 Pocking 1 Kandern 2 Iffezheim IST 3 Burgrieden 4 Albstadt 5 Sigmaringen 1 Hayingen Huber 2 Ühlingen EDZ 1 Empfingen Abbildung 4: Anlagenstandorte in Deutschlamd

13 Anbieter Nr. Standort 1 Friville (F) 2 Malesherbes (F) 3 Ile D Yeu (F) 4 Salindres (F) Thermo 5 Touvette (F) 6 Pilotanlage (B) 7 Tiers (I) 8 Im Bau (HU) 1 Bilten (S) 2 Sargans (S) 3 Vils (O) 4 Sebersdorf (O) 5 Veszprem (HU) IST 6 Rzeszow ( Pl) 7 Ensisheim (F) 8 Reig nier (F) 9 Brumath (F) 10 Larmont (F) Abbildung 5: Anlagenstandorte in Europa

14 Geographische und Klimatische Randbedingungen (1) Im Jahresmittel beträgt die Globalstrahlung in Bremen kwh/m [J/cm 2 /Tag] Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dez Bremen Karlsruhe Abbildung 6: Mittlere solare Strahlungsleistung in Bremen und Karlsruhe

15 Geographische und Klimatische Randbedingungen (2) Temperatur [ C] Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dez Bremen Karlsruhe Abbildung 7: Monatswerte der Temperaturen in Bremen und Karlsruhe

16 Geographische und Klimatische Randbedingungen (3) 100% 90% 80% Relative Feuchte [%] 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dez Bremen Karlsruhe Abbildung 8: Relative Luftfeuchtigkeit in Bremen und Karlsruhe

17 Geographische und Klimatische Randbedingungen (4) Vergleich der potentiellen Verdunstungsleistung: Bremen: max. 906 kg/m 2 /a Karlsruhe: max kg/m 2 /a ca. 10% mehr Flächenbedarf

18 Entsorgungssituation von Klärschlämmen in Land Bremen Mg TS/a ZKA und KA Nord Bremerhaven Mg TS/a KA Farge Mg TS/a KA Seehausen Mg TS/a Landw irtschaftliche Verw ertung Mg TS/a (TS 20%) Landw irtschaftliche Verw ertung 90 Mg TS/a Sonstige Verw ertung Mg TS/a (TS 7%) Mitverbrennung KW Farge Mg TS/a (TS 7%) Deponierung ca Mg TS/a (TS 7%) Monoverbrennung VERA

19 Definition der Vergleichsvarianten und Systemgrenzen Mg TS 25 % TS Mg TS 25 % TS Bilanzgrenze Solare KS- Trocknung (mit und ohne Abwärmenutzung) Konventionlle KS- Trocknung (Erdgas und Abwärmenutzung) 70% TS 70% TS Solare Klärschlammtrocknung Solare Trocknung (Variante 1) Abwärmenutzung (Variante 2) Konventionelle Trocknung Einsatz von Erdgas (Variante 3) Abwärmenutzung (Variante 4)

20 Vergleich der spezifischen Kosten für die Varianten (1) [%] Variante 1 (A1) Variante 1 (A2) Variante 2 (A1) Variante 2 (A2) Variante 3 (A3) Variante 3 (A4) Variante 4 (A3) Variante 4 (A4) Solare Trocknung Konventionelle Trocknung

21 Szenarien und Bilanzgrenzen

22 Spezifische Entsorgungskosten für die Szenarien [%] Solare Trocknung KA Seehausen (1) Solare Trocknung KW Farge (2) KS-Verbrennung VERA (Referenz) (3)

23 Szenario 2: Solare Trocknung beim KW Farge (Abwärmenutzung) [Mg CO2/a] Transport Strom Zentrifuge Strom solare Trocknung Abwärme Radlader substitution Steinkohle (bezogen auf Mg TS/a)

24 CO 2 -Bilanz der Szenarien [Mg CO2/a] Solare Trocknung KA Seehausen Solare Trocknung KW Farge Monoverbrennung VERA HH (bezogen auf Mg TS/a) [Mg CO 2 /a]

25 Zusammenfassung Im Vergleich zur konventionellen Klärschlammtrocknung stellen solare Verfahren eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Alternative dar auch in Norddeutschland. Der Einsatz solarer Verfahren für die Trocknung kommunale Klärschlämme in Bremen kann als technisch machbar angesehen werden. Die Wirtschaftlichkeit der solaren Klärschlammtrocknung in Bremen ist (unter den gewählten Randbedingungen) gegeben. Im Vergleich zu einer unmittelbaren Verbrennung von Klärschlämmen in einer Monoverbrennungsanlage, lassen sich (in den untersuchten Szenarien) durch die Einbindung von solaren Trocknungsverfahren absolute CO 2 -Einsparungen erzielen.