bvse-symposium Recycling und hochwertige Verwertung mit der neuen Gewerbeabfallverordnung, Bonn, 27. Juni 2017

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1 bvse-symposium Recycling und hochwertige Verwertung mit der neuen Gewerbeabfallverordnung, Bonn, 27. Juni 2017 Was sinnvoll tun mit nicht recycelbaren Materialien? Eine Untersuchung zur Differenzierung der energetischen Verwertung am Kriterium der Energieeffizienz Dr.-Ing. Stefan Vodegel, Mitarbeiter

2 Danksagung Wesentliche Ergebnisse entstammen der durch den bvse beauftragten Studie Differenzierung der energetischen Verwertung am Kriterium der Energieeffizienz, Das CUTEC-Institut dankt dem Verband für das Vertrauen und den Herren Habel und Einsele für die regen Diskussionen. -2-

3 Themenbereiche des Vortrags 1. Entwicklung von Abfallströmen und Behandlungskapazitäten: Aussichten für die Zukunft 2. Betrachtungen zur energetischen Verwertung von Abfallströmen 3. Anforderungen an die Qualität von Brennstoffen 4. Fazit -3-

4 1. Entwicklung von Abfallströmen Klarer Erfolg der Kreislaufwirtschaft zu verzeichnen Quelle: Zeitreihe zum Abfallaufkommen , Statistisches Bundesamt, Wiesbaden,

5 1. Entwicklung von Abfallströmen Quelle: Sachverständigengutachten Umweltschutzgerechte Verwertung nicht etablierter Stoffströme in Abfallverbrennungsanlagen, i.a. UBA, Proj.Nr ,

6 1. Entwicklung von Abfallströmen Potentielle Stoffströme für die thermische Behandlung Potentiale [ Mio t/a ] EBS-Rückfluss aus verminderten Kohlekraftwerksbetrieb 0,7 Importe aus EU-Ländern Klärschlamm (kommunal) Feinfraktion Baustellenabfall 0,9 0,8 1,0 Stoffströme aus MBA (MBS/MPS/MA) POP-haltige Abfälle Faserverstärkte Kunststoffe 0,45 (0,6) 0,0 Heizwertreiches Material aus Deponierückbau 0,0 Quelle: Sachverständigengutachten Umweltschutzgerechte Verwertung nicht etablierter Stoffströme in Abfallverbrennungsanlagen, i.a. UBA, Proj.Nr ,

7 1. Entwicklung von Behandlungskapazitäten Quelle: Bedarf an Restabfallbehandlungskapazitäten in Deutschland, P. Kurth, S. Giern, A. Ochs -7-

8 1. Entwicklung von Behandlungskapazitäten Zementindustrie spezifischer Energieverbrauch [GJ/t Klinker] 4,0 3,9 3,8 3,7 3,6 3, Jahr Anteil alternativer Brennstoffe [%] spez. Energieverbrauch Anteil EBS Quelle: Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2014, VDZ 09/2015 sowie früher -8-

9 1. Entwicklung von Behandlungskapazitäten Zementindustrie Quelle: H. Baier: Wie würde ein Zementhersteller reagieren?, Vortrag VDI/ITAD- Spezialtag, Würzburg,

10 2. Energetische Verwertung von Abfällen Definitionen dieses Vortrags 1. Energetischer Wirkungsgrad: [ kwh/a ] [ kwh/a ] [ kwh/a ] 2. Exergie: Energieerhaltungssatz: Energie bleibt gleich abhängig vom thermodynamischen Zustand Energie = Exergie + Anergie Teil der Energie, der vollständig in jede Art Arbeit umgewandelt werden kann -10-

11 2. Energetische Verwertung von Abfällen I. Qualitativ niedrige Abfälle Exemplarische energetische Umsetzung der Feuerungswärmeleistung deutscher Müllverbrennungsanlagen gemäß [ ] Nettowärmeabgabe 43 % 35 % Verluste 10 % 6 % 6 % Nettostromabgabe Stromeigenbedarf Wärmeeigenbedarf Quellen: [1] VDI-Fachbereich Ressourcenmanagement: Methoden zur Bewertung von Abfallbehandlungsanlagen; VDI- Gesellschaft Energie u. Umwelt, September 2016 [2] Fehrenbach, H.; Giegrich, J.; Sameh, M.: Beispielhafte Darstellung einer vollständigen, hochwertigen Verwertung in einer MVA...; UFOPLAN-Nr , erstellt durch IFEU-Institut,

12 2. Energetische Verwertung von Abfällen I. Qualitativ niedrige Abfälle 1,0 Einzelauflösung (Auswahl) Gesamt-Nettowirkungsgrad 0,8 0,6 0,4 0,2 EBS-KW Auslegungswerte MVA 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 thermischer Nettowirkungsgrad -12-

13 2. Energetische Verwertung von Abfällen I. Qualitativ niedrige Abfälle Anlage 1 + 2: Modellhafte Müllverbrennungsanlagen FEE: Fictive Electrical Efficiency Quelle: Masterarbeit A. Ludewig: Einbindung von AVA in die Energiewende, CUTEC-Institut / TU Clausthal, in Arbeit -13-

14 2. Energetische Verwertung von Abfällen Ökonomie versus Thermodynamik Quelle:

15 2. Energetische Verwertung von Abfällen Ökonomie versus Thermodynamik Merit-Order: Einsatzreihenfolge der Kraftwerke Quelle: Pfaff, A.; Fruth, M.; Wiese, L., Kraftwerkstechnik, Bd. 4, Hrsg.: Beckmann, Hurtado, 2012, S

16 2. Energetische Verwertung von Abfällen Ökonomie versus Thermodynamik -16-

17 2. Energetische Verwertung von Abfällen Zwischenfazit 1. Energetische Verwertung vollzog Wandel mit EEG und Klimaschutzzielen Exergie in Form von elek. Strom ist zeitweise schon jetzt im Überschuss vorhanden Der Preis von Energie wird nicht mehr durch die Thermodynamik bestimmt, sondern durch rechtliche Rahmenbedingungen 2. Energetische Gesamtwirkungsgrade gewinnen an Bedeutung 3. Ersatz von fossilen Primärenergieträgern ist auszubauen -17-

18 3. Anforderungen an die Qualität von Brennstoffen Bilanzraum Kessel + Feuerung (Modell) Speisewasser Dampf Brennstoff Abgas incl. Unverbranntes Falschluft Kessel Abschlämmung Abgas incl. Unverbranntes Primärluft Sekundärluft Feuerung Wärmeabbau Strahlung + Konvektion Falschluft Schlacke incl. Unverbranntes Brüden Absaugung Kesselasche incl. Unverbranntes -18-

19 3. Anforderungen an die Qualität von Brennstoffen Verschiedene Brennstoffe H u Quelle: Verschiedene -19-

20 3. Anforderungen an die Qualität von Brennstoffen Brennstoffe im Modellraum = Luftzahl 1,52 Quelle: Masterarbeit A. Ludewig: Einbindung von AVA in die Energiewende, CUTEC-Institut / TU Clausthal, in Arbeit -20-

21 3. Anforderungen an die Qualität von Brennstoffen II. Qualitativ hochwertige Abfälle Quelle: H. Baier: Wie würde ein Zementhersteller reagieren?, Vortrag VDI/ITAD- Spezialtag, Würzburg,

22 3. Anforderungen an die Qualität von Brennstoffen Besonderheiten Zementindustrie 1. Energetische Verwertung beim Einsatz von Ersatzbrennstoffen: Keine Strom- und Wärmeabgabe Ersatz von fossilen Energieträgern 2. Asche des Ersatzbrennstoffs wird in den Klinker eingebunden Zusatzeffekt einer stofflichen Verwertung einer Brennstofffraktion -22-

23 3. Anforderungen an die Qualität von Brennstoffen II. Qualitativ hochwertige Abfälle: Zementindustrie Basislinie Fazit: Erreicht der aufbereitete Abfall die energetische Qualität des Primärbrennstoffs, ist ein Wirkungsgrad des Ersatzes von 100 % möglich Quelle: M. Beckmann et al: Einfluss der Prozessführung auf den spez. Energieverbrauch in Verfahren der Grundstoffindustrie beim Einsatz von Ersatzbrennstoffen; VDI Berichte 1708, Düsseldorf,

24 3. Anforderungen an die Qualität von Brennstoffen Energie-Nutzungsvergleich unterschiedlich aufbereiteter Abfälle 80 Durchschnittlicher energetischer Wirkungsgrad [%] ) 2) 3) 0 Zementwerke Müllverbrennungsanlagen EBS-Kraftwerke 1) Bei einem Energieaustauschverhältnis von 1 2) Daten aus Jahresbilanzen berechnet 3) Daten teils aus Auslegungswerten, teils aus Jahresbilanzen berechnet Bem.: Alle Daten aus öffentlich zugänglichen Quellen -24-

25 4. Fazit 1. Nicht recycelbare Materialien: Neue Mengen werden absehbar verursacht durch neue europäische und deutsche Bestimmungen bei verstärkter Kreislaufwirtschaft 2. Energetische Energieeffizienz: Kriterien sind im Wandel Gesetzlicher Rahmen verursacht neue Wertigkeiten Gesamt-Energiewirkungsgrad ersetzt Exergie 3. Höchste energetische Effizienzen werden erreicht bei Anpassungen des aufzubereitenen Abfalls an den Prozess -25-

26 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!