Mechanisch-biologische Abfallbehandlung Verfahrenskonzepte, Technik, Probleme

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1 Mechanisch-biologische Abfallbehandlung Verfahrenskonzepte, Technik, Probleme Stephanie Thiel und Karl J. Thomé-Kozmiensky Als mechanisch(-biologische) Abfallbehandlungsanlagen (kurz M(B)A-Anlagen) werden Anlagen bezeichnet, in denen Hausmüll meist mit anderen Abfallarten wie Gewerbeabfall, Sperrmüll, Sortierresten mit mechanischen, mechanisch-biologischen oder mechanischphysikalischen Verfahren zur Erzeugung von heizwertangereicherten Fraktionen zur Verwertung als behandelt wird. 1. Verfahrenskonzepte Der Oberbegriff mechanisch(-biologische) Abfallbehandlung umfasst vier unterschiedliche Verfahrenskonzepte, bei denen mechanische, biologische und thermische Verfahrensbausteine mit unterschiedlichen Zielsetzungen kombiniert werden (Bild 1): Stoffstromtrennung (SST), mechanisch-biologische Stabilisierung (MBS) mit biologischer Trocknung, mechanisch-physikalische Stabilisierung (MPS) mit thermischer Trocknung, mechanisch(-biologische) Vorbehandlung vor der thermischen Behandlung (MBV). Stoffstromtrennung Mit Stoffstromtrennverfahren werden aus Abfall mit mechanischer zum einen eine heizwertangereicherte Fraktion zur Nutzung als und zum anderen Wertstoffe zur stofflichen Verwertung abgetrennt. Der Rest, die heizwertabgereicherte Fraktion, wird nach biologischer Behandlung deponiert. Zur gesicherten Einhaltung der Grenzwerte der Deponieverordnung ist der biologischen Behandlung vereinzelt eine Grobkornabsiebung nachgeschaltet. Mineralische Abfallbestandteile zur Deponierung können in Abhängigkeit von der verfahrenstechnischen Gestaltung an verschiedenen Stellen der Verfahrenskette ausgeschleust werden. Mechanisch-biologische Stabilisierung Ziel der mechanisch-biologischen Stabilisierung ist, den im Abfall enthaltenen Kohlenstoff insbesondere auch die biologisch abbaubaren Anteile aus den organischen Abfallbestandteilen durch biologische Trocknung zu stabilisieren und möglichst vollständig in die heizwertangereicherte Fraktion zur Nutzung als zu überführen. Die Trocknungsstufe ist eine wesentliche Voraussetzung für die anschließende effiziente Auftrennung des Abfalls in Brenn-, Wert- und Inertstoffe. Mechanisch-physikalische Stabilisierung Mit der mechanisch-physikalischen Stabilisierung wird das gleiche Ziel wie mit der mechanisch-biologischen Stabilisierung verfolgt. Allerdings wird der Abfall durch Fremdenergie 1

2 heizwertangereicherte Fraktion zur Nutzung als Stoffstromtrennung heizwertangereicherte Fraktion zur Nutzung als oder zur MVA MA I Biologische Behandlung BA MA II biologisch behandelte Fraktion zur Deponie Wertstoffe zur ausgeschleuste Inertstoffe stofflichen Verwertung zur Deponie ausgeschleuste Inertstoffe zur Deponie* ausgeschleuste Inertstoffe zur Deponie heizwertangereicherte Fraktion zur Nutzung als Mechanisch-biologische Stabilisierung Stabilat zur Nutzung als MA I Biologische Trocknung MA II Biologische Behandlung BA biologisch behandelte Fraktion zur Deponie Wertstoffe zur stofflichen Verwertung Wertstoffe zur ausgeschleuste Inertstoffe stofflichen Verwertung zur Deponie heizwertangereicherte Fraktion zur Nutzung als Mechanisch-physikalische Stabilisierung Stabilat zur Nutzung als MA I Thermische Trocknung MA II Wertstoffe zur ausgeschleuste Inertstoffe stofflichen Verwertung zur Deponie ausgeschleuste Inertstoffe zur Deponie Mechanisch(-biologisch)e Vorbehandlung vor der thermischen Behandlung heizwertangereicherte Fraktion zur Nutzung als Stabilat zur Nutzung als MA I Biologische Trocknung MA II getrockneter Rest zur MVA Rest zur MVA Wertstoffe zur stofflichen Verwertung Wertstoffe zur stofflichen Verwertung * aus der Nassaufbereitung bei Anlagen mit Nassvergärung In allen Anlagen des betreffenden Verfahrenskonzepts vorhandene Module und Stoffströme sind mit durchgezogenen Linien dargestellt, fakultative mit unterbrochenen Linien. An verschiedenen Stellen der Verfahrensketten fakultativ ausschleusbare brennbare Fraktionen zur MVA sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Bild 1: Schematischer Aufbau und wesentliche Outputfraktionen der verschiedenen Verfahrenskonzepte der mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlung vereinfachte Darstellung 2

3 Verbrennung fossiler Brennstoffe getrocknet. Mechanisch(-biologische) Vorbehandlung vor der thermischen Behandlung Die mechanisch(-biologische) Vorbehandlung vor der thermischen Behandlung ist durch folgende Merkmale charakterisiert: Aus dem Abfall werden heizwertreiche Bestandteile zur Nutzung als und Metallschrott zur stofflichen Verwertung abgetrennt. Der gesamte Rest wird einer Abfallverbrennungsanlage zugeführt. Eine Deponiefraktion fällt nur aus der Verbrennung an. Eine biologische Trocknungsstufe dient primär der Trocknung der niederkalorischen Restfraktion zur Verbesserung der Verbrennungseigenschaften und Anhebung des Heizwerts und ggf. sekundär zur Erzeugung einer zweiten heizwertangereicherten Fraktion (Stabilat). Durch die mechanisch(-biologische) Vorbehandlung vor der thermischen Behandlung wird die in einer herkömmlichen Abfallverbrennungsanlage zu verbrennende Abfallmenge im Vergleich zur direkten Verbrennung des unbehandelten Restabfalls deutlich verringert. 2. Outputströme und deren Entsorgungswege Die wesentlichen Outputströme aus mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlungsanlagen sind e zur energetischen Verwertung, brennbare Fraktionen, die keine qualität aufweisen, zu Abfallverbrennungsanlagen, Wertstoffe zur stofflichen Verwertung, Deponiefraktionen. e In allen mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlungsanlagen werden heizwertangereicherte Abfallfraktionen abgetrennt. Die Verwertungswege für e können in drei Kategorien eingeteilt werden: industrielle Mitverbrennung, -Monoverbrennung und konventionelle Abfallverbrennung. Industrielle Mitverbrennung Durch den Einsatz von en in industriellen Feuerungsanlagen kann ein Teil der dort eingesetzten fossilen Brennstoffe substituiert werden. Voraussetzung ist, dass die Anlagen für die Verwertung von en zugelassen sind und die dafür erforderlichen technischen Einrichtungen, insbesondere zur Lagerung, Brennstoffzuführung und Abgasbehandlung, vorhanden sind oder nachgerüstet werden. 3

4 Bild 2 bis 4: In den Bildern 2, 3 und 4 sind verschiedene -Qualitäten zu sehen. Die Mitverbrennung von en aus der mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlung wird bisher in Kohlekraftwerken [5, 6] und Zementwerken [12, 3] praktiziert jeweils sowohl unmittelbar als auch mit vorgeschalteter thermischer (Pyrolyse, Vergasung). -Monoverbrennung Im Unterschied zur Mitverbrennung von en in fossil befeuerten Kraftwerken wird der Einsatz von en in eigens errichteten oder für diesen Zweck umgerüsteten -Kraftwerken (EBS-KW) auch als Monoverbrennung bezeichnet. Bei den -Kraftwerken handelt es sich im Prinzip um Abfallverbrennungsanlagen, die im Vergleich zu Restabfallverbrennungsanlagen für die unterschiedlichen mechanischen und verbrennungstechnischen Parameter wie Schüttgewicht, Heizwert und Zündverhalten ausgelegt sind. In den vergangenen Jahren wurden in Deutschland etliche -Kraftwerke errichtet. Bei den Feuerungssystemen überwiegen die Rostfeuerungen mit Wasserkühlung gegenüber den Wirbelschichtfeuerungen. Nach den Prinzipien der stationären und zirkulierenden Wirbelschicht arbeitende Öfen werden vor allem im Zusammenhang mit Papierfabriken betrieben, weil in diesen Reaktoren auch die dort anfallenden Abfälle wie Rejekte und Papierschlämme verbrannt werden können. Einen Sonderfall stellt die auf einem japanischen Patent basierende rotierende Wirbelschicht dar. In nach diesem Verfahren arbeitenden Anlagen z.b. in Madrid, Wien und Frankfurt Höchst werden grob aufbereitete e verbrannt. Konventionelle Abfallverbrennung Ein Teil der e aus der mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlung wird auch in konventionellen Restabfallverbrennungsanlagen eingesetzt. Die e werden im Bunker mit dem Restabfall gemischt und mit diesem verbrannt. Einige Neuanlagen wurden von vornherein für ein Gemisch aus unbehandeltem Restabfall und heizwertangereicherten Fraktionen aus der von Siedlungs- und Gewerbeabfällen ausgelegt, zum Beispiel die Müllverbrennungsanlage Hannover-Lahe. Brennbare Fraktionen zu Abfallverbrennungsanlagen In zahlreichen mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlungsanlagen fällt in der sstufe eine mehr oder weniger gut brennbare Fraktion an, die Abfallverbrennungsanlagen zugeführt wird. Dabei handelt es sich überwiegend um Schwerfraktionen aus der 4

5 ballistischen Separation oder auch aus der Windsichtung, die weder zur - Herstellung noch zur Ablagerung auf der Deponie geeignet sind. Vereinzelt werden bei den Stabilisierungsverfahren in der mechanischen Stufe nach der biologischen oder thermischen Trocknung Feinfraktionen zur Abfallverbrennungsanlage ausgeschleust. Bei Stoffstromtrennanlagen, die zur gesicherten Einhaltung der Ablagerungskriterien eine Grobkornabsiebung des Rotteoutput beinhalten, wird die abgesiebte Grobfraktion teilweise einer Abfallver-brennungsanlage statt der -Herstellung zugeführt. Im Unterschied zu den vorgenannten Verfahrenskonzepten hebt die mechanisch (-biologische) Vorbehandlung vor der thermischen Behandlung gerade auf die Ver-brennung aller nicht stofflich oder als nutzbaren Abfallbestand-teile ab. Die Abfallmenge, die in Abfallverbrennungsanlagen verbrannt wird, ist daher deutlich größer. Sie kann neben nieder- und mittelkalorischen Anteilen auch einen biologisch getrockneten Abfallteilstrom enthalten. Verfahrensunabhängig können auch bei der Störstoffauslese in der Vorsortierung z.b. sperrige Abfallbestandteile aussortiert und einer Abfallverbrennungs-anlage zugeführt werden. Abgetrennte Wertstoffe In allen mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlungsanlagen werden Magnet-scheider zur Abscheidung von Eisenmetallschrott eingesetzt. Auch Wirbel-stromscheider zur Abtrennung des NE-Metallschrotts sind weit verbreitet. Zum Teil werden bereits bei der Abfallannahme und Vorsortierung grobe Metallteile z.b. mit einem Greiferbagger aus dem angelieferten Abfall aussortiert. In etlichen M(B)A-Anlagen wird aus Holz-Monochargen, Sperrmüll und holzhalti-gen Gewerbeabfällen sowie auch groben Holzteilen aus der Abfallvorsortierung durch meist einfache eine Holzfraktion zum Einsatz in Biomasse-kraftwerken gewonnen. Glas, Papier und mineralische Fraktionen werden nur ausnahmsweise stofflich verwertet. Deponiefraktionen Bei den Deponiefraktionen ist zwischen Fraktionen, die mit biologischen Verfahren bis zum Erreichen der Ablagerungsfähigkeit behandelt wurden, und ausgeschleusten Inertstoffen zu unterscheiden. Bei den Stoffstromtrennverfahren werden die organischen Anteile der heizwert-abgereicherten Fraktion in der biologischen Behandlungsstufe durch Mikroorganismen so weit umgesetzt, dass diese Fraktion den für die Deponierung zutreffenden Gesetzen und Verordnungen entspricht. Der gelegentlich verwendete Begriff biologisch stabilisiert ist hier irreführend. 5

6 Inerte Abfallbestandteile können bei Stoffstromtrennverfahren primär in der mechanischen vor der biologischen Behandlung (MA I), bei Anlagen mit Nassvergärung aus der Nassaufbereitung sowie im Ausnahmefall auch aus der mechanischen nach der biologischen Behandlung (MA II) ausgeschleust werden. Großefehn/ Aurich Wiefels Mansie Oldenburg- Neuenwege Osterholz/ Pennigbüttel Lüneburg Bremen Borg Bassum Niedersachsen Wilsum/Bad Bentheim Hannover/Lahe Osnabrück Hannover Schaumburg Münster Pohlsche Heide/ Minden-Lübbecke Neumünster Ennigerloh Gescher/ Sachsen-Anhalt Borken Paderborn Deiderode/ Sangerhausen/ Erwitte Nordrhein- Göttingen Edersleben Westfalen Meschede Nordhausen Viersen Düsseldorf Flechtdorf Neuss Erfurt Erfurt Weimar Thüringen Kiel Schleswig- Holstein Stralsund Rostock Mecklenburg- Vorpommern Rosenow/ Demmin Hessen Erftstadt Rennerod/ Westerwald Aßlar Linkenbach Wetterau/ Echzell Singhofen Wiesbade Rheinland- Pfalz Mainz Trier-Mertesdorf Hamburg Lübeck/ Niemark Ihlenberg Schwerin Wiewärthe/ Pößneck Schwanebeck/Nauen Vorketzin Lindenberg/ Gardelegen Brandenburg a.d. Havel Magdeburg Oelsnitz Potsdam Niederlehme Schöneiche Lübben- Ratsvorwerk/ Jänschwalde Niederlausitz Freienhufen Sachsen Dresden Cröbern Dresden Chemnitz Zwickau Schwedt Brandenburg Neuruppin Berlin- Berlin Berlin-Pankow/ Reinickendorf Lindenhof Berlin- Köpenick Saarland Saarbrücke Kaiserslautern/ Kapiteltal Bayern Stuttgart Kahlenberg Baden- Württemberg München Erbenschwang Mechanisch(-biologische) Abfallbehandlungsanlagen Landeshauptstadt Bild 5: Mechanisch-(biologische) Abfallbehandlungsanlagen in Deutschland 6

7 Bei den Stabilisierungsverfahren werden auch die mineralischen Abfallbestand-teile fast ausschließlich nach der Trocknungsstufe aussortiert, die eine wesentliche Voraussetzung für die effiziente Auftrennung des Abfalls in Brenn-, Wert- und Inertstoffe ist. 3. Anlagen und Kapazitäten in Deutschland In Deutschland werden 61 mechanisch(-biologische) Abfallbehandlungsanlagen mit einer Gesamtkapazität von 6,4 Millionen Tonnen pro Jahr betrieben (Bild 5). Die mit Abstand meisten Standorte liegen in Niedersachsen mit dreizehn Anlagen, gefolgt von den Bundesländern Nordrhein-Westfalen mit zehn Anlagen und Brandenburg mit neun Anlagen. Die Kapazitäten der Anlagen reichen von (Lindenberg/Gardelegen) bis zu Tonnen pro Jahr (Cröbern bei Leipzig). Verteilung der M(B)A-Anlagen auf die Verfahrenskonzepte Bild 6 gibt einen Überblick über die Verteilung von Anzahl und Kapazitäten der mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlungsanlagen auf die vier Verfahrenskonzepte und deren Varianten. 61 mechanisch(-biologische) Abfallbehandlungsanlagen mit einer Gesamtkapazität von 6,434 Mio. t/a Mechanisch(-biologische) Vorbehandlung vor der thermischen Behandlung 10 Anlagen, t/a (14,8 %) Stoffstromtrennung 38 Anlagen, t/a (62,1 %) Mechanisch-physikalische Stabilisierung 3 Anlagen, t/a (7,3 %) Mechanisch-biologische Stabilisierung 10 Anlagen, t/a (15,8 %) Vollstrom-Stabilisierung 7 Anlagen, t/a (13,2 %) Teilstrom-Stabilisierung 3 Anlagen, t/a (2,6 %) Rotte 18 Anlagen, t/a (32,8 %) Teilstromvergärung 3 Anlagen, t/a (4,9 %) Vollstromvergärung 7 Anlagen, t/a (11,3 %) Perkolationsverfahren 1 Anlage, t/a (1,6 %) Reine MA mit externer biologischer Behandlung 8 Anlagen, t/a (10,3 %) Reine MA mit externer mech.-phys. Behandlung 1 Anlage, t/a (1,2 %) Bild 6: Verteilung der Anzahl und Gesamtkapazität der mechanisch-(biologischen) Abfallbehandlungsanlagen in Deutschland auf die vier Verfahrenskonzepte und deren Varianten Stand November

8 Die Stoffstromtrennung ist mit 38 Anlagen das in Deutschland am weitesten verbreitete Verfahrenskonzept. Bei neun der Anlagen wurde auf eine eigene biologische Stufe verzichtet. Die organikhaltige Feinfraktion aus diesen mechanischen sanlagen (MA) wird zur externen biologischen Behandlung zu anderen Stoffstromtrennanlagen oder zu einer eigenständigen biologischen Behandlungsanlage (BA) transportiert. Die mechanisch-biologische Stabilisierung liegt zehn Anlagen in Deutschland zugrunde, die nach den Verfahren von Herhof, Nehlsen und Lurgi errichtet wurden. Die mechanisch-physikalische Stabilisierung wurde in drei Anlagen umgesetzt. Das Verfahrenskonzept der mechanisch(-biologischen) Vorbehandlung vor der thermischen Behandlung ist in Deutschland in sieben Anlagen rein mechanisch und in drei Anlagen mit biologischer Trockungsstufe ausgeführt. 4. Deutschlandweite Massenbilanz Schätzung Im Folgenden werden das -Aufkommen sowie die weiteren Wertstoff- und Sekundärabfallströme aus den mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlungsanlagen in Deutschland geschätzt. Dazu werden die Anlagen nach verschiedenen Merkmalen, die die Massenbilanz wesentlich beeinflussen Verfahrenskonzept, Behandlungsverfahren, hergestellte qualität(en) bzw. deren Verwertungsweg(e) in insgesamt neun M(B) A-Typen untergliedert. Für jeden M(B)A-Typ wird auf Grundlage von einer oder zwei Beispielanlagen eine typische Massenbilanz näherungsweise ermittelt. Jede Anlage wird entsprechend den vorliegenden Angaben zu Verfahrens- und Anlagenkonzept sowie Verwertungsweg des s einem der neun M(B)A-Typen zugeordnet. Für jeden M(B)A-Typ werden die Kapazitäten der zugeordneten Anlagen aufsummiert und entsprechend dem Bilanzmodell die Massenströme der einzelnen Outputfraktionen errechnet. Die genaue Vorgehensweise, die getroffenen Annahmen, die Massenbilanzen der gewählten Beispielanlagen und das daraus abgeleitete Bilanzmodell für die verschiedenen M(B)A-Typen sind der Untersuchung von Thiel über den einsatz in Kohlekraftwerken [6] zu entnehmen. Danach werden in Deutschland durch mechanisch(-biologische) Abfallbehandlung insgesamt etwa drei Millionen Tonnen e pro Jahr hergestellt, davon etwa 2,02 Millionen Tonnen zur Monoverbrennung und etwa 0,98 Millionen Tonnen zur Mitverbrennung. Die Menge brennbarer Fraktionen (einschließlich Störstoffen) zu Abfallverbrennungsanlagen beläuft sich auf etwa 0,7 Millionen Tonnen pro Jahr. Insgesamt werden also rund 58 % des M(B)A-Input in Mit-, Mono- oder Restabfallverbrennungsanlagen schließlich thermisch behandelt (Bild 7). Darüber hinaus werden jährlich etwa Tonnen Eisenmetallschrott und etwa Tonnen NE-Metallschrott aus dem Abfall abgetrennt und stofflich verwertet. Schließlich verbleiben etwa 1,4 Millionen Tonnen Deponiefraktionen pro Jahr, die abgelagert werden Probleme der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung Trotz der kurzen Entwicklungszeit haben die meisten der unter dem Begriff mechanisch(- biologische) Abfallbehandlung zusammengefassten Verfahren ihre prinzipielle Funktionsfähigkeit nachgewiesen. In vielen Fällen wurden in der Verfahrenstechnik übliche Ent- 8

9 100 % Abfallinput (6,4 Mio. t/a) MBA in Deutschland 3 % 0,2 Mio. t/a 17 % 1,1 Mio. t/a 22 % 1,4 Mio. t/a Metallschrott Rotteverlust und Wasser aus der Trocknung Fraktion zur Deponie Fraktion brennbare zur MVA 47 % 11 % 58 % Verbrennung Bild 7: Deutschlandweite Massenbilanz der MBA in Deutschland (Abschätzung) wicklungsstufen übersprungen. Es ist daher nicht erstaunlich, dass während des Betriebs der Anlagen Probleme aufgetreten sind, die erhebliche wirtschaftliche Schäden verursacht haben. Im Folgenden werden beispielhaft technische und als Folge davon rechtliche und wirtschaftliche Problemfelder aufgezeigt: Durchsatz In einigen Anlagen wird der geplante Durchsatz nicht erreicht. Das hat u.a. die Erhöhung der spezifischen Kapitalkosten zur Folge. Lag z.b. der Ermittlung der Abfallbehandlungskosten in einer Anlage ein Durchsatz zugrunde, der in der Praxis nicht erreicht wurde, erhöht sich der spezifische Fixkostenanteil. Zeitverfügbarkeit sanlagen werden meist für Zweischicht-Betrieb bei Maschinenlaufzeiten unter Last zwischen 13 und 14,5 Stunden pro Tag geplant. Die restliche Zeit ist für Reinigungs-, Wartungs- und Reparaturarbeiten vorgesehen. Dies entspricht Anlagenverfügbarkeiten zwischen etwa achtzig und neunzig Prozent bezogen auf 16 Betriebsstunden pro Tag. Wird aber die geplante Verfügbarkeit wie in der Verfahrenstechnik üblich auf 24 Stunden bezogen, liegt die Verfügbarkeit nur zwischen 54 und 60 Prozent. Würde wie bei der Abfallverbrennung der durchgehende Betrieb während des ganzen 9

10 Jahres zugrunde gelegt, läge die Zeitverfügbarkeit noch niedriger. Infolge zahlreicher und/ oder langer Stillstandszeiten, zum Beispiel durch häufig erforderliche Reinigungen einzelner saggregate und Fördermittel, insbesondere der Übergabestellen sowie Reparaturen zur Behebung von Betriebsstörungen, sinkt bei einigen Anlagen die effektive Anlagenlaufzeit in der Praxis auf deutlich geringere Werte, im Extremfall auf etwa vierzig Prozent, bezogen auf 16 Betriebsstunden oder auf unter dreißig Prozent, bezogen auf 24 Betriebsstunden. Personalbedarf Häufig wurde von den Anbietern der Anlagen der Personalbedarf erheblich unterschätzt. Bei einigen Anlagen werden mehr als zehn Personen mehr beschäftigt als in der ursprünglichen Kalkulation angenommen. Dies kann leicht zu Mehrkosten in Höhe von EUR pro Jahr führen. In einem Fall wurde im Angebot des Anlagenbauers ein Personalbedarf von 15 Mitarbeitern genannt. Während der Inbetriebnahme wurde ein Bedarf von 25 Mitarbeitern festgestellt. Inzwischen wurden die Vollzeitstellen auf dreißig aufgestockt. Das zusätzliche Personal ist häufig nicht zwingend für den geplanten reibungslosen Betrieb erforderlich, jedoch für die nicht geplanten, aber notwendigen Reparaturen und den erforderlichen Aufwand zur Anlagenreinigung sowie für vorausschauende, die Verfügbarkeit erhöhende Wartung. Ungeplante Stillstände können bekanntlich durch Optimierung von Wartung und Pflege minimiert werden. Vergärung Die Vergärung ist ein sensibler biologischer Prozess. Es ist daher nicht verwunderlich, dass in dieser Verfahrensstufe besonders häufig Probleme auftreten: Die Biogasproduktion in Vergärungsanlagen hängt u.a. von der Kontinuität des Substrateintrags ab: In der MBA Hannover beispielsweise wird der frische Abfall von Montag bis Freitag etwa während 12 bis 14 Stunden eingetragen. Die Biogasproduktion weist nach der Eintragsunterbrechung zwischen Freitag und Montag ihr Minimum auf; sie steigt täglich bis Mitternacht auf ihr Tagesmaximum. Das Tagesmaximum seinerseits steigt während der Woche auf das Wochenmaximum etwa am Freitagabend. Während des Wochenendes, wenn kein frischer Abfall in die Gärreaktoren eingetragen wird, sinkt die Biogasproduktion wieder ab. In Bild 3 ist der typische, sägezahn-förmige Verlauf der stündlichen Biogasproduktion während einer Woche dargestellt [13]. Bei fünf Anlagen wurde ein neuartiges Behandlungskonzept aus Nassver-gärung und nachfolgender Aerobisierung des Gärrests in Belebungsbecken umgesetzt. Der aerobisierte Gärrest wird nach Entwässerung und Trocknung deponiert. Während der Inbetriebnahmen kam es in den Anlagen zu Problemen vom Optimierungsbedarf im Bereich der Prozess-Steuerung für den stabilen Anlagenbetrieb im Zusammenspiel zwischen Vergärung und Aerobisierung, über Verstopfungen, Ausbildung von dicken und verhärteten Schwimmdecken, Verpuffung mit Brandfolge bis hin zur Zerstörung der biologischen Behandlungsstufe durch das Bersten eines Fermenters. Bei der Vergärung kann verfahrensabhängig Überschusswasser anfallen. Wurde die Abwassermenge bei der Planung unterschätzt dies geschah im Einzelfall um den Faktor drei und liegen zusätzlich die spezifischen Entsorgungspreise für das Abwasser doppelt so hoch wie bei der Vorkalkulation angenommen, können die Mehrkosten 10

11 stündliche Gasproduktion m 3 /h Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Bild 3: Typischer Wochenverlauf der Gasproduktion der MBA Hannover Kurvenverlauf geglättet Quelle: Vielhaber, B.; Nülle, C.: MBA mit Trockenvergärung am Beispiel der MBA Hannover. Internationale 7. ASA Abfalltage in Hannover, , bearbeitet leicht eine Million Euro pro Jahr betragen. Gründe können sein: * Mehr Überschusswasser fällt an, weil der Wassergehalt des Abfalls höher ist, als bei der Planung zugrunde gelegt wurde. * Für den Rotteprozess wird weniger Wasser als angenommen benötigt. * Es wird mehr Frischwasser benötigt als berechnet wurde, z.b. für die Auflösung von Flockungshilfsmitteln. * Häufig wurde für die Entsorgung des Abwassers aus mechanisch (-biologischen) Abfallbehandlungsanlagen der Preis für die Fremdentsor-gung von Deponiesickerwasser angesetzt. Inzwischen hat sich herausgestellt, dass die Behandlung von Abwasser aus mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlungsanlagen aufwendiger und damit teurer als die von Deponiesickerwasser sein kann. Soll das Prozessabwasser in der eigenen Anlage entsorgt werden, muss sie nachgerüstet werden. Dies kann sowohl die mechanische Vorbehandlung als auch die weitergehende Abwasserbehandlung betreffen. Weitere Kostentreiber Die Kosten für Reparatur, Wartung und Unterhalt sind häufig höher als kalkuliert. Zusätzliche Kosten für die Sanierung des Gebäudes und der Anlagen treten in der Regel einige Jahre nach Inbetriebnahme auf, wenn der Korrosionsschutz nicht ausreicht. Ursache ist das häufig unterschätzte Korrosionspotential der Prozesse. Die gestiegenen Preise für Stahl treiben die für die Sanierung erforderlichen Kosten weiter in die Höhe. Höhere Wartungskosten treten durch gestiegene Preise für Erdölprodukte Schmier- und Treibstoffe auf. Geruchsbelästigung und Grenzwerte der Abfallablagerungsverordnung 11

12 Zur Nachrotte werden überwiegend Mietensysteme eingesetzt. Hier können sich durch unzureichende Belüftung der Mietenkörper anoxische Zonen ausbilden und die organische Substanz kann ungenügend abgebaut werden, sodass Geruchsbelästigungen auftreten und die Grenzwerte der Abfallablagerungsver-ordnung nicht erreicht werden. Dies kann die Nachrüstung der Anlagen für die Rotte notwendig machen, z.b. für das Belüftungssystem und gegebenenfalls für die Schließung der Nachrottehalle, sofern sie nur überdacht ist. Abgaserfassung und -behandlung Besonderer Kostentreiber ist die Behebung von Mängeln der Abgasbehandlung, z.b. von Planungsfehlern und nicht vorhergesehenen Schäden: Durch Korrosion verursachte Schäden an Belüftungsleitungen der Nachrotte können häufig nur durch Austausch des gesamten Systems behoben werden. Korrosionsanfällige Materialien wie Aluminium sind durch korrosionsbeständige Materialien, z.b. durch Kunststoffe, zu ersetzen. In einigen Anlagen wurde die Abgaserfassung und -behandlung der Abgasströme aus dem mechanischen und biologischen Anlagenteil nicht getrennt. Die nachträgliche Trennung bedeutet ein völlig neues Konzept. Zusätzliche Aufwendungen wurden unter anderem für den Bau und Unterhalt von Gasstationen für die Abgasbehandlungsanlage und für Brandschutzmaßnahmen erforderlich. Die regenerative thermische Oxidation (RTO) der Abgasbehandlung wurde regelmäßig zu klein dimensioniert. Aufgrund der starken Verblockung der keramischen Wabenkörper durch hohe Siloxan-Gehalte im MBA-Abgas müssen diese in regelmäßigen Abständen zum Beispiel alle sechs Wochen aufwändig gereinigt werden. Während der Reinigungszeit von zum Beispiel jeweils zwei Tagen muss der gesamte Abgasstrom von der in Betrieb verbliebenen Teilanlage behandelt werden. Häufig war keine ausreichende Redundanz für die Reinigungsstillstandszeiten vorgesehen. Daher müssen zahlreiche Anlagen um eine weitere Linie nachgerüstet werden. Der Energiebedarf der RTO wurde vielfach unterschätzt. Bei Anlagen mit Vergärungsstufe könnte der Energiebedarf mit dem eigenen Biogas gedeckt werden. Wird jedoch u.a. wegen der nicht kontinuierlichen Fahrweise des Fermenters nicht genug Biogas erzeugt, muss Gas für die Beheizung gekauft werden. Die Korrosionsproblematik hat sich auch bei RTO-Anlagen als Kostentreiber erwiesen. Zwischenzeitlich mussten die Gehäuse zahlreicher Anlagen der ersten Generation mit korrosionsbeständigeren Werkstoffen nachgerüstet werden. Unvollständige Kalkulation Gelegentlich wurden die Behandlungskosten von mechanisch-biologischen Anlagen ohne die Kosten für die Verbrennung der heizwertangereicherten Abfallfraktionen, für die Deponierung des biologisch behandelten Abfalls, für die Zwischenlagerung und den Transport kalkuliert. Häufig wurden die Vorlaufkosten während der Errichtung und des Probebetriebs nicht berücksichtigt. Die aufgezeigten Mängel der mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlung waren zum 12

13 Teil vorhersehbar. Andere Mängel stellen sich zwangsläufig erst während des Betriebs von Pilotanlagen und kleinen kommerziellen Anlagen heraus, sofern die Spielregeln der Verfahrensentwicklung eingehalten werden. Der Fehler liegt in erster Linie in der unkritischen Entscheidung für den nahezu gleichzeitigen Bau von fünfzig Anlagen. 7. Zusammenfassung In Deutschland werden 61 mechanisch(-biologische) Abfallbehandlungsanlagen mit einer Gesamtkapazität von 6,4 Millionen Tonnen pro Jahr betrieben. Das am weitesten verbreitete Verfahrenskonzept ist mit 38 Anlagen und einem Kapazitätsanteil von 62 % die Stoffstromtrennung. Mit geringeren Anteilen folgen die mechanisch-biologische Stabilisierung (zehn Anlagen, 16 %), die mechanisch-physikalische Stabilisierung (drei Anlagen, 7 %) und die mechanisch(-biologische) Vorbehandlung vor der thermischen Behandlung (zehn Anlagen, 15 %). In allen mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlungsanlagen werden - Fraktionen erzeugt. Mögliche Verwertungswege sind eigens errichtete - Kraftwerke, die Mitverbrennung in Kohlekraft- und Zementwerken sowie die Verbrennung mit Restabfall in klassischen Abfallverbrennungsanlagen (MVA). Eisenmetallschrott wird in allen Anlagen aus dem Abfall abgetrennt. Weitere aussortierte Wertstoffe zur stofflichen Verwertung oder Nutzung als sind NE-Metallschrott, Holz sowie vereinzelt Glas, Papier und mineralische Fraktionen. In etwa einem Drittel der Anlagen fallen mehr oder weniger gut brennbare Fraktionen an, die einer Abfallverbrennungsanlage zugeführt werden. Bei den Deponiefraktionen ist zwischen biologisch behandelten Fraktionen aus den Stoffstromtrennverfahren und ausgeschleusten Inertstoffen aus den Stabilisierungsverfahren zu unterscheiden. Das -Aufkommen aus der mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlung wird deutschlandweit auf insgesamt rund drei Millionen Tonnen pro Jahr geschätzt davon etwa 2 Millionen Tonnen zur Monoverbrennung und etwa 1 Million Tonnen zur Mitverbrennung. Die Menge brennbarer Fraktionen zu Abfallverbrennungsanlagen beläuft sich auf etwa 0,7 Millionen Tonnen pro Jahr. Insgesamt werden somit rund 58 % des M(B)A- Input in Mono-, Mit-, oder Restabfallverbrennungsanlagen thermisch behandelt (Bild 9). Aus dem Abfall werden jährlich etwa Tonnen Eisenmetallschrott und etwa Tonnen NE-Metallschrott sortiert und stofflich verwertet. Schließlich verbleiben etwa 1,4 Millionen Tonnen Sekundärabfall zur oberirdischen Ablagerung. Die Verfahren der mechanisch(-biologischen) Abfallbehandlung haben ihre prinzipielle Funktionsfähigkeit nachgewiesen. Die während des Betriebs der Anlagen aufgetretenen technischen und als Folge davon rechtlichen und wirtschaftlichen Probleme konnten zwischenzeitlich zu erheblichen Teilen gelöst werden. Bei einzelnen Anlagen sowie in Teilbereichen der MBA-Technik besteht dagegen noch weiterer Optimierungsbedarf. Stichworte sind zum Beispiel Verfügbarkeit sowie Korrosion und regenerative thermische Oxidation bei der Abgasbehandlung. 13

14 Abfall Abfall Metalle Wertstoffe MBA Fraktion zur Deponie MVA heizwertangereicherte Fraktion ggf. externe EBS- Fraktion zur MVA Schlackeaufbereitung Metalle Ma.-% 0-50 % Zementwerke EBS- Kraftwerke Kohle- Kraftwerke MVA Asche/Schlacke und Rückstände aus der Abgasbehandlung insgesamt Ø etwa 58 Ma.-% Asche/Schlacke und Rückstände aus der Abgasbehandlung Bild 9: 8. Quellen [1] Alwast, H.: Die Entsorgungssituation der MBA in Deutschland. Vortrag beim DGAW-Regionaltreffen Nord-West am in Bremen [2] Beckmann, M.; Thomé-Kozmiensky, K. J.: Das problem Aufkommen, Charakterisierung und Einsatz. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): e 5. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2005, S [3] Tebert, C.: NOx-Minderung in der Zementindustrie Stand und Perspektiven im europäischen Kontext. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Energie aus Abfall, Band 4. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2008, S [4] Thiel, S.: Systemtechnische Analyse der mechanisch(-biologisch)en Abfallbehandlungsanlagen in Deutschland. Beitrag in Vorbereitung zur Veröffentlichung in: Bilitewski, B.; Schnurer, H.; Zeschmar-Lahl, B. (Hrsg.): Müllhandbuch. Kennzahl Erich Schmidt Verlag, Berlin [5] Thiel, S.: Trends der Mitverbrennung Der Emissionshandel und die Entwicklung der Brennstoffpreise beeinflussen maßgeblich den Einsatz von en in Kohlekraftwerken. In: ReSource 24 (2011), Nr. 2, S [6] Thiel, S.: e in Kohlekraftwerken Mitverbrennung von en aus der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung in Kohlekraftwerken. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2007; Dissertation an der Bauhaus-Universität Weimar (2007) [7] Thomé-Kozmiensky, K. J.; Thiel, S.: Abfallaufkommen und -entsorgung. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Energie aus Abfall, Band 4. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé- Kozmiensky, 2008, S [8] Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M.: Risiken der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): e 4. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S [9] Thomé-Kozmiensky, K. J.: Gestaltung der herstellung im Hinblick auf die Verwertung. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): e 2. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2002, S

15 [10] Umweltbundesamt: Homepage unter abfall/behandlung/mba/ [11] Umweltbundesamt (Hrsg.): Ist-Stand der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung (MBA) in Österreich Zustandsbericht Wien, 2006 [12] Verein Deutscher Zementwerke e.v.; Forschungsinstitut der Zementindustrie: Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2005 [13] Vielhaber, B.; Nülle, C.: MBA mit Trockenvergärung am Beispiel der MBA Hannover. Internationale 7. ASA Abfalltage in Hannover,