Biomasseanreicherung im Biomasseanreicherung im Press-Verfahren + Press-Verfahren +

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1 BioPress/ BioPress/Co Biomasseanreicherung im Biomasseanreicherung im Press-Verfahren + Press-Verfahren + Vergärung Co-Fermentation Stand: 19. Februar 2010

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3 1 Die VMpress-Technologie Aus Siedlungsabfall wird durch Auspressen eine Biomasse-Fraktion erzeugt. Üblicher Siedlungsabfall und Bioabfall wird ohne Vorbehandlung (keine Metallabscheidung, keine Zerkleinerung, keine Siebung) verarbeitet. Der Abfall wird mit hohem Druck (bis zu 280 bar hydraulischer Betriebsdruck) in eine von drei Presskammern gepresst. Dabei entsteht o eine Feuchtfraktion (= Biomasse) und eine o Trockenfraktion (= EBS, Ersatzbrennstoff) im Verhältnis von ca. 30 : 70 bis 40 : 60. Die Anteile sind durch die Wahl des Betriebsdruckes und der Presszeit beeinflussbar Mit steigendem Druck steigt der Anteil der Nassfraktion und damit o die Biogasausbeute (bei entsprechend höhere Kapazität der Vergärung) und o der Heizwert der Trockenfraktion. Die Presskammern sind in einer drehbaren Trommel mit 3 m Durchmesser im Winkel von je 120 zueinander angeordnet (s. Fotos + Schem a: gelbe Trommelabdeckung). Die Presskammern sind mit zylindrischen, verschleißfesten, austauschbaren, gelochten Matrizen mit bestimmter Lochgröße (derzeit 8 oder 16 mm) versehen. Durch Trommeldrehung durchläuft jede Presskammer automatisch folgende synchronisierten Phasen (Zeiterfordernis je 20 sec): 1. Befüllungsphase: Einfüllen des Abfalls aus dem mittels Greiferkran befüllten Trichter (s. Fotos) mittels Stempel am Boden des Trichters. 2. Verdichtungsphase: Verdichten mittels Extruder => Feuchtfraktion wird über die Löcher der Matrize aus der Presskammer gedrückt. 3. Austragsphase: Austrag der verbliebenen Trockenfraktion mittels Rammbock.

4 2 Vorteile der VMpress-Technologie: 1. Die VMpress-Anlage funktioniert nach einem einfachen Verfahren, das, abgesehen vom speziell entwickelten Extruder, aus Standardkomponenten besteht. 2. Die VMpress-Anlage ist flexibel einsetzbar. Durch geänderte Betriebsführung kann die Aufteilung zwischen Trocken- und Feuchtfraktion und damit deren Materialeigenschaften verändert werden. 3. Das Aufstellen der VMpress-Anlage benötigt keine wesentlichen bautechnischen Voraussetzungen. 4. Die VMpress-Anlage hat einen äußerst geringen Flächenbedarf. 5. Die VMpress-Anlage ist modular konzipiert. Eine Realisierung in Ausbaustufen ist möglich. 6. Die VMpress-Anlage lässt sich einfach in bestehende Anlagen integrieren. 7. Die VMpress-Anlage lasst sich in einem relativ kurzen Zeitraum realisieren. 8. Die VMpress-Anlage hat eine sehr hohe Anlagenverfügbarkeit. 9. Die VMpress-Anlage ist kostengünstig (um 10 /Mg). => Das VMpress-Verfahren stellt eine wirtschaftliche, schnell zu realisierende, platzsparende, modulare Option dar, eine heizwertreiche Fraktion (Trockenfraktion) und eine biologisch nachzubehandelnde Fraktion (Feuchtfraktion) herzustellen.

5 3 Die organikreiche Fraktion (Feuchtfraktion) Bei Verarbeitung üblichen Siedlungsabfalls lässt sich die Feuchtfraktion wie folgt charakterisieren: Sie enthält etwa 75 % der abbaubaren Organik. Sie enthält nahezu die komplette leicht abbaubare Organik, wie Essensreste. Sie enthält nur geringe Anteile von Kunststoffen und inerten Stoffen. Inerte Stoffe liegen gut abtrennbar vor, z. B. wird Glas beim Pressvorgang nicht völlig zertrümmert. Sie hat durch den Pressvorgang eine erhöhte Temperatur => Zersetzungsprozesse setzen spontan ein. Sie lässt sich bei anschließender anaerober Behandlung gut mit dem im Kreislauf geführten Gärgut vermischen und es kommt während der Vergärung zu keiner relevanten Entmischung. Sie besitzt noch ausreichend Struktur / Porenvolumen für einen Lufteintrag bei anschließender aerober Behandlung. Sie hat Nährstoffgehalte (N, P, K, Mg, Ca) wie gütegesicherter Kompost oder höher. Sie hat unauffällige Schadstoffgehalte. Von Schwermetallen werden die Grenzwerte der Klärschlammverordnung i. d. R. nur zu 1 bis 7 % ausgeschöpft. Sie hat eine Dichte von 0,9 bis 1 Mg/m 3. Sie hat einen Wassergehalt zwischen 48 und 64 % je nach Betriebsbedingungen. I. d. R. liegt der Wassergehalt zwischen 50 und 55 % => kein relevanter Flüssigkeitsaustritt bei der Zwischenspeicherung und Weiterverarbeitung. Sie hat ein Gasbildungspotential von etwa 215 m³/mg / Methanbildungspotential von etwa 130 m³/mg Ihre Vergärung führt zu einem Gärrest mit folgenden Eigenschaften: o Gute Entwässerbarkeit => geringer Wassergehalt o Eine Verwertung ist nach Aussortierung sichtbarer Abfallbestandteile mit einfacher, kostengünstiger Anlagentechnik vorstellbar.

6 4 Die heizwertreiche Fraktion (Trockenfraktion) Bei Verarbeitung üblichen Siedlungsabfalls lässt sich die Trockenfraktion wie folgt charakterisieren: Sie besteht im Wesentlichen aus mechanisch stabilen Materialien wie Kunststoff, Holz, Kartonnagen und Metall. Sie enthält 25 % der abbaubaren Organik. Dieser Organikanteil reicht aus, durch biologische Trocknung trockenstabilisiertes Material sehr hoher Qualität zu erzeugen. Sie hat einen Wassergehalt von 30 bis 40 %. Sie hat vor Auflockerung eine Dichte von 0,9 bis 1 Mg/m 3. => minimierte Transport- und Lagerkosten. Sie hat nach Auflockerung eine Schüttdichte von etwa 0,4 Mg/m³. Sie hat einen Heizwert von i. d. R. um kj/kg. Je nach Betriebsbedingungen sind Heizwerte bis kj/kg möglich. Sie hat hinsichtlich der für die Verwertung als heizwertreiche Fraktion relevanten Parameter vergleichbare Werte wie bei aus Siedlungsabfall ausgeschleuster heizwertreicher Fraktion (Aschegehalt i. M. 24 Gew.-%, Chlorgehalt i. M. 0,7 Gew.-%). Sie ist als heizwertreiche Fraktion z. B. in Verbrennungsanlagen, Zementwerken, Vergasungs- oder Pyrolyseanlagen einsetzbar. Sie kann nach einer biologischen Trocknung einfach und effektiv weiter behandelt werden, z. B. um hochwertige Ersatzbrennstoff zu erzeugen.

7 5 Die Anwendungsgebiete A) Für Siedlungsabfall 1. Vor MVA (Müllverbrennungsanlage) Ziele: - 15 bis 22 % Zusatzkapazität bei der MVA - Biogaserzeugung mit kostengünstigen Anlagen mit hohen Ausbeuten - Bei Nutzung freier Kapazitäten z. B. der Schlammfaulungsanlage einer Kläranlage: - Auslastung freier Kapazitäten der Schlammfaulung - Nutzung positiver Effekte einer Co-Fermentation - Gut zu entwässernder und zu verarbeitender Gärrest 2. Vor MBA (mechanisch-biologische Abfallbehandlung) ohne Anaerobstufe Ziele: - 15 bis 22 % Zusatzkapazität bei der MBA - Biogaserzeugung mit kostengünstigen Anlagen mit hohen Ausbeuten - Bei Nutzung freier Kapazitäten z. B. der Schlammfaulungsanlage einer Kläranlage: - Auslastung freier Kapazitäten der Schlammfaulung - Nutzung positiver Effekte einer Co-Fermentation - Gut zu entwässernder und zu verarbeitender Gärrest 3. Für MBA mit Anaerobstufe Ziele: - Kostengünstige Biomasseanreicherung - Hohe Biogasausbeute - Gut zu entwässernder und zu verarbeitender Gärrest 4. Für (kommunalen) Entsorger ohne eigene MVA / MBA Ziele: - Verringerung der erforderlichen Kontingente zur MVA / MBA - Zusätzliche Biogaserzeugung - ggf. Nutzung freier Kapazitäten einer Schlammfaulung möglich 5. Vor Zementwerk mit konstanter Abnahme der Trockenfraktion als Brennstoff Ziele: - Nutzung eines preiswerten Brennstoffs - Zusätzliche Biogaserzeugung - ggf. Nutzung freier Kapazitäten einer Schlammfaulung möglich B) Für nicht verwertbaren Bioabfall Ziele: - Ersatz einer thermischen Trocknung vor der Verbrennung - Zusätzliche Biogaserzeugung - ggf. Nutzung freier Kapazitäten einer Schlammfaulung möglich

8 6 MVA-Variante Vorher Input = Kapazität der MVA = 100 % MVA Nachher Input = Kapazität der MVA ohne VMpress: 100 % VMpress Trockenfraktion: % des Input Wassergehalt: % MVA => Zusatzkapazität der MVA: % Faulung Feuchtfraktion: % des Input Wassergehalt: % Output = Input der MVA mit VMpress: % Gärrest: 8 25 % des Input Wassergehalt: % Biogas: z. B. 215 m³/mg Beispiel Input = Kapazität der MVA ohne VMpress: Anteil: 100 % Wassergehalt: 42 % Heizwert: kj/kg / kj/kg Trockenfraktion: Anteil: 65 % Wassergehalt: 35 % Heizwert: kj/kg / kj/kg VMpress MVA => Zusatzkapazität der MVA: 18 % Faulung Gärrest: Anteil: 17 % Wassergehalt: 51 % Heizwert: 210 kj/kg Output = Input der MVA mit VMpress: Anteil: 82 % Wassergehalt: 38% Heizwert: kj/kg / kj/kg Feuchtfraktion: Anteil: 35 % Wassergehalt: 55 % Heizwert: kj/kg Biogas (215 m³/mg): Wasser: Anteil: 8 % Anteil: 10 % Heizwert: kj/kg => Input mit VMpress (Mischung aus Trockenfraktion und Gärrest) hat ggü. Input ohne VMpress einen etwas geringeren Wassergehalt und einen etwas höheren Heizwert (je nach Betriebsbedingungen)

9 7 Brennstoff-Variante VMpress Verwertung Zementwerk Faulung Verwertung oder Entsorgung MBA-Variante VMpress Biologische Trocknung Separation Faulung 65 % 15 % 20 % z. B. Zementwerk MVA Deponie Als Vergärungsstufe eignen sich alle am Markt angebotenen Verfahren. In Trockenvergärungsanlagen kann das Material unmittelbar eingesetzt werden. Ein Verfahren unter Verwendung von VMpress und einer Vergärungsstufe ist seit etwa 3 Jahren beim Zweckverband Abfallwirtschaft Kaiserslautern zur Behandlung der kompletten Siedlungsabfälle in Betrieb.

10 8 Die Wirtschaftlichkeit Ansatz: o Trockenfraktion + Gärrest werden in einer MVA entsorgt. o Kosten der Entsorgung in einer MVA: 90 /Mg. o Feuchtfraktion = 32 % der Inputmenge o Wassergehalt des Gärrestes = Wassergehalt der Feuchtfraktion = 52 Gew.-%. BioPress/Co: Kosten bezogen auf die Feuchtfraktion: Behandlung in der VMpress-Anlage einschließlich Bauteil, Eintrag, Austrag: 10 /Mg Input Vergärung und Verstromung des Biogases Transportkosten Abwasserentsorgungskosten Vergärungsanlage Summe - 31,25 /Mg - 15,00 /Mg - 5,00 /Mg - 5,00 /Mg - 56,25 /Mg Einsparung bezogen auf die Feuchtfraktion: Verminderung der für 90 /Mg zu entsorgenden Abfallmenge: 215 m³ Biogas/Mg Feuchtfraktion mit 60 % CH 4 (0,72 kg/m³) und 40 % CO 2 (1,98 kg/m³) => Trockenmasseverlust 250 kg/mg (25 %). Wassermasseverlust = an den Trockenmasseverlust gebundenes Wasser (52 Gew.-%) = 270 kg(mg (27 %). + 46,80 /Mg Einnahmen bezogen auf die Feuchtfraktion: Es entstehen 130 m³ Methan/Mg mit etwa 3,5 kwh Stromerzeugung pro m³ Methan und einer Einspeisevergütung von i. M. etwa 0,07 /kwh + 31,85 /Mg => Saldo bezogen auf die Feuchtfraktion: Einsparung (+ 46,80 /Mg) + Einnahmen (+ 31,85 /Mg) + Kosten (- 56,25 /Mg) = + 22,40 /Mg => Saldo bezogen auf die Inputmenge der VMpress-Anlage: 22,40 /Mg x 0,32 = 7,20 /Mg = Kostensenkung gegenüber dem Zustand vor Installation der VMpress-Anlage

11 9 Ansatz (s. o): o Trockenfraktion + Gärrest werden in einer MVA entsorgt. o Kosten der Entsorgung in einer MVA: 90 /Mg. o Feuchtfraktion = 32 % der Inputmenge o Wassergehalt des Gärrestes = Wassergehalt der Feuchtfraktion = 52 Gew.-%. BioPress/: Kosten bezogen auf die Feuchtfraktion: Behandlung in der VMpress-Anlage einschließlich Bauteil, Eintrag, Austrag: 10 /Mg Input Vergärung und Verstromung des Biogases Abwasserentsorgungskosten Vergärungsanlage Summe - 31,25 /Mg - 37,75 /Mg - 2,00 /Mg - 71,00 /Mg Einsparung bezogen auf die Feuchtfraktion: Verminderung der für 90 /Mg zu entsorgenden Abfallmenge: 215 m³ Biogas/Mg Feuchtfraktion mit 60 % CH 4 (0,72 kg/m³) und 40 % CO 2 (1,98 kg/m³) => Trockenmasseverlust 250 kg/mg (25 %). Wassermasseverlust = an den Trockenmasseverlust gebundenes Wasser (52 Gew.-%) = 270 kg(mg (27 %). Verminderung der Transportkosten Summe + 46,80 /Mg + 2,50 /Mg +49,30 /Mg Einnahmen bezogen auf die Feuchtfraktion: Es entstehen 130 m³ Methan/Mg mit etwa 3,5 kwh Stromerzeugung pro m³ Methan und einer Einspeisevergütung von i. M. etwa 0,07 /kwh + 31,85 /Mg => Saldo bezogen auf die Feuchtfraktion: Einsparung (+ 49,30 /Mg) + Einnahmen (+ 31,85 /Mg) + Kosten (- 71,00 /Mg) = + 10,15 /Mg => Saldo bezogen auf die Inputmenge der VMpress-Anlage: 10,15 /Mg x 0,32 = 3,25 /Mg = Kostensenkung gegenüber dem Zustand vor Installation der VMpress-Anlage

12 10 3-jähriger Betrieb beim Zweckverband Abfallwirtschaft Kaiserslautern Mg/a VMpress Mg/a Mg/a Vergärung - Biogas - Wasser Mg/a Mg/a Rotte- und Wasserverlust Mg/a Nachrotte Mg/a Deponie

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14 Verfahrensentwickler VMpress s.r.l. Via Rebba 2/A I Ovada (AL), Italy Tel.: Fax: Mail: Ansprechpartner: Dr. Carlo Gonella Wissenschaftliche Betreuung Ingenieurgruppe RUK Auf dem Haigst 21 D Stuttgart, Germany Tel.: Fax: Mail: Ansprechpartner : Prof. Dr.-Ing. Gerhard Rettenberger rettenberger@ruk-online.de