Modell zur Vorkalkulation von mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen zur Herstellung von Ersatzbrennstoffen

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1 Modell zur Vorkalkulation von mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen zur Herstellung von Ersatzbrennstoffen vorgelegt von Diplom-Wirtschaftsingenieurin Farzaneh Sabery Von der Fakultät III-Prozesswissenschaften der Technischen Universität Berlin zur Erlangung des akademischen Grades Doktorin der Ingenieurwissenschaften Dr.- Ing. genehmigte Dissertation Promotionsausschuss: Vorsitzender: Berichter: Berichter: Prof. Dr.-Ing. J. Steinbach Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. K. J. Thomé-Kozmiensky Prof. Dr.-Ing. habil. B. Bilitewski Tag der wissenschaftlichen Aussprache: Berlin 2004 D 83

2 Meinem Bruder

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4 Danksagung Ich bedanke mich bei Herrn Professor Dr.-Ing. Dr. h. c. K. J. Thomé-Kozmiensky für seine Unterstützung und seine fachliche Betreuung. Für die Übernahme der Zweitkorrektur bedanke ich mich bei Herrn Professor Dr.-Ing. B. Bilitewski. Für die unbürokratische Unterstützung danke ich Herrn Prof. Dr.-Ing. P. Koch. Weiterhin danke ich den Mitarbeiter und Doktoranden des Fachgebiets Abfallwirtschaft der Technischen Universität Berlin. Namentlich möchte ich hier besonders Frau Dr.-Ing. Ute Pieper und Frau Dipl.-Ing. Stephanie Thiel erwähnen. Meinem Mann danke ich sehr für seine Geduld und seine uneingeschränkte Unterstützung.

5 Inhaltverzeichnis 1. EINLEITUNG Anlass der Arbeit Ziele der Arbeit Vorgehensweise RAHMENBEDINGUNGEN DER RESTABFALLBEHANDLUNG Politische Rahmenbedingungen Rechtliche Grundlagen Deponieverordnung der Europäischen Union Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz Technische Anleitung Siedlungsabfall Artikelverordnung Bundes-Immissionsschutzverordnung Arbeitsschutzrechtliche Vorschriften Abfallwirtschaftliche Daten Restabfallzusammensetzung und -menge Chemische und physikalische Eigenschaften Hygiene und Emissionen Absatzmarkt für Ersatzbrennstoffe Anlagen zur Ersatzbrennstoffgewinnung aus Restabfall Potenzielle Abnehmer von Ersatzbrennstoffen Qualitätsanforderungen der Verwerter an Ersatzbrennstoffe Gütekriterien für Ersatzbrennstoffe aus Restabfall Mechanisch-biologische Abfallbehandlungsanlagen Herstellungsverfahren von Ersatzbrennstoffen aus Restabfall Stoffstromtrennverfahren Mechanisch-biologische Stabilisierung Mechanisch-physikalische Stabilisierung TECHNISCHE GRUNDLAGEN DER ERSATZBRENNSTOFFHERSTELLUNG Abfallannahme Mechanische Aufbereitungsstufe Fördertechnik Zerkleinerung Trennung Trocknung und Konfektionierung Thermische Trocknung Biologische Trocknung Gegenüberstellung der beiden Trocknungsverfahren Pelletierung Behandlung der heizwertarmen Fraktion Aerobe Verfahren Anaerobe Verfahren zur Biogaserzeugung mit nachgeschalteter Rotte... 46

6 3.5. Abluftbehandlung ANSÄTZE ZU VORKALKULATIONSRECHNUNGEN Phasen der Projektierung und Genauigkeit der Kostenschätzungen Kapitalbedarf einer Abfallbehandlungsanlage Methoden zur Kostenschätzung des Anlagekapitalbedarfs Methoden zur Ermittlung des Umlaufkapitals Korrekturfaktor Behandlungskosten Berechnung der Kapitalkosten Betriebskosten Instandhaltungskosten Erlöse Vermarktungskosten Entsorgungskosten ENTWICKLUNG EINES VORKALKULATIONSSCHEMAS Vorkalkulationsschema Ermittlung des Anlagekapitalbedarfs Ermittlung der Kapitalkosten Ermittlung der Betriebskosten Ermittlung der spezifischen Behandlungskosten Sensitivitätsanalyse BEISPIELRECHNUNGEN Vorkalkulationsrechnung einer Aufbereitungsanlage Ermittlung des Anlagekapitalbedarfs der Aufbereitungsanlage Ermittlung der Kapitalkosten der Aufbereitungsanlage Ermittlung der Betriebskosten der Aufbereitungsanlage Ermittlung der spezifischen Kosten der Aufbereitungsanlage Vorkalkulationsrechnung einer Pelletierungsanlage für Restmüll Ermittlung des Anlagekapitalbedarfs für eine Pelletierungsanlage Ermittlung der Kapitalkosten für eine Pelletierungsanlage Ermittlung der Betriebskosten einer Pelletierungsanlage Ermittlung der spezifischen Kosten für eine Pelletierungsanlage Vorkalkulationsrechnung einer Fermentationsanlage Ermittlung des Anlagekapitalbedarfs der Fermentationsanlage Ermittlung der Kapitalkosten der Fermentationsanlage Ermittlung der Betriebskosten der Fermentationsanlage Ermittlung der spezifischen Kosten der Fermentationsanlage Vorkalkulationsrechnung einer Rotteanlage Ermittlung des Anlagekapitalbedarfs für eine Rotteanlage Ermittlung der Kapitalkosten für eine Rotteanlage Ermittlung der Betriebskosten der Rotteanlage Ermittlung der spezifischen Kosten für eine Rotteanlage Sensitivitätsanalyse Kosten der Abluftreinigung

7 6.7. Vorkalkulation der spezifischen Restabfallbehandlungskosten SCHLUSSBEMERKUNGEN Zusammenfassung Folgerungen für die Abfallwirtschaft Weiterer Forschungsbedarf VERZEICHNISSE Literatur Rechtsnormen Abkürzungsverzeichnis Bilderverzeichnis Tabellenverzeichnis Glossar ANHANG Anhang 1 Emissionsgrenzwerte für Abgase aus MBA nach 30. BImSchV Anhang 2 Mechanisch-biologische Abfallbehandlungsanlagen zur Herstellung von Ersatzbrennstoffen aus Restmüll Anhang 3 MBA-Anlagen in Deutschland, Standort und Kategorien Anhang 4 Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsrechnungen Anhang 5 Kostenansätze für die Kalkulationsrechnungen Anhang 6 Anhang 7 Anhang 8 Anhang 9 Anhang 10 Maschinenliste für eine mechanische Aufbereitungsanlage mit unabhängigem Standort mit einer Kapazität von t/a Maschinenliste für eine mechanische Aufbereitungsanlage mit unabhängigem Standort mit einer Kapazität von t/a Maschinenliste für eine mechanische Aufbereitungsanlage mit unabhängigem Standort mit einer Kapazität von t/a Maschinenliste für eine Pelletierungsanlage zur Pelletierung von heizwertreichen Leichtfraktionen aus Restabfall Maschinenliste für eine Fermentationsanlage mit unabhängigem Standort mit einer Kapazität von t/a Anhang 11 Maschinenliste für eine Rotteanlage mit unabhängigem Standort mit einer Kapazität von t/a

8 Einleitung 1. Einleitung 1.1. Anlass der Arbeit Spätestens ab dem 1. Juni 2005 ist die Ablagerung unbehandelter Siedlungsabfälle auf den Deponien nicht mehr erlaubt. Die Prognoseberechnungen für Siedlungsabfälle in Deutschland für das Jahr 2005 zeigen, dass voraussichtlich etwa 18 Millionen Tonnen Restabfall zu diesem Zeitpunkt nicht behandelt werden können. Um diese Abfallmenge TASi-konform behandeln zu können, ist eine Vielzahl von zusätzlichen Restabfallbehandlungsanlagen notwendig. Im Prinzip können mit zwei Behandlungsverfahren die gesetzlichen Anforderungen erfüllt werden: - die thermische Behandlung (Müllverbrennung, Vergasung, Entgasung), - die mechanisch-biologische Behandlung in Kombination mit energetischer Verwertung der heizwertreichen Fraktion. Welchen Stellenwert die mechanisch-biologische Restabfallbehandlung (MBA) in zukünftigen Abfallwirtschaftkonzepten und -plänen einnimmt, wird neben den rechtlichen Rahmenbedingungen hauptsächlich von den verfahrensspezifischen Investitions- und Betriebskosten abhängig sein Ziele der Arbeit Durch die in den letzten Jahren sprunghaft gestiegenen Anforderungen an die mechanischbiologischen Abfallbehandlungsanlagen und durch den Erlass der Verordnungen vom 1. März 2001 [182] werden in Deutschland in den nächsten Jahren hohe Investitionsaufwendungen für den Bau von neuen mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen anfallen. Um diesen Investitionsbedarf zu decken, ist es besonders bei der heute angespannten Finanzlage der öffentlichen Haushalte wichtig, bei der Planung von mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen neben technischen Aspekten auch die Gesichtpunkte der Kostensicherheit und Wirtschaftlichkeit intensiver zu berücksichtigen. Ziel dieser Arbeit ist es, ein einfach zu handhabendes Vorkalkulationsschema zum wirtschaftlichen Vergleich verschiedener mechanisch-biologischer Restabfallbehandlungsverfahren zu 1

9 Einleitung entwickeln, das es ermöglicht, schon in den ersten Entscheidungsphasen zuverlässige Kostenermittlungen durchzuführen. Das Schema soll Entscheidungsträger dabei unterstützen, optimale Lösungen zur Planung und zum Bau von Restabfallbehandlungsanlagen zu finden. Dabei werden sinnvolle konzeptionelle Lösungsmöglichkeiten zur künftigen Gestaltung der mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen dargestellt Vorgehensweise In Kapitel 2 werden die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Restabfallbehandlungsverfahren behandelt (Bild 1, Seite 4). Zu Beginn werden die aktuellen rechtlichen Grundlagen und ihre Auswirkungen auf die mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen kurz erläutert. Danach werden die abfallwirtschaftlichen Randbedingungen und der Stand der mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen in Deutschland dargestellt. Bei der wirtschaftlichen Untersuchung der mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsverfahren ist besonders der Verwertungsmarkt für Ersatzbrennstoffe zu berücksichtigen. Zur Einschätzung der derzeitigen Marktsituation werden Mengenpotenziale hinsichtlich der erzeugbaren Mengen an Ersatzbrennstoffen aus Restabfall sowie potenzielle Verwertungskapazitäten möglicher Abnehmer dieser Ersatzbrennstoffe und die Anforderungen der jeweiligen Einsatzbereiche aufgezeigt. In Kapitel 3 werden relevante technische Ausrüstungen unterschiedlicher Verfahrensvarianten, die Abläufe innerhalb der einzelnen Verfahrensstufen sowie verschiedene Aggregate und Maschinen kurz dargestellt. Kapitel 4 enthält neben der Darstellung der Ansätze zu Vorkalkulationsrechnungen eine detaillierte Erläuterung der Kosten-Einflussfaktoren auf die Behandlung von Restabfällen in mechanisch-biologischen Anlagen. Des Weiteren werden die unterschiedlichen Methoden der Vorkalkulationsrechnungen zur Abschätzung der Kostenarten ausführlich diskutiert. In Kapitel 5 wird in Anlehnung an die in den vorherigen Kapiteln dargestellten Methoden ein Vorkalkulationsschema zum wirtschaftlichen Vergleich von Investitions- und Betriebskosten mechanisch-biologischer Restabfallbehandlungsanlagen entwickelt. Mit diesem Schema wird ein Überblick über die Behandlungskosten der unterschiedlichen Verfahrensalternativen gegeben. 2

10 Einleitung In Kapitel 6 werden auf Basis des entwickelten Vorkalkulationsschemas und unter Anwendung eines geeigneten Verfahrens der Investitionsrechnung Beispielrechnungen durchgeführt. Dabei werden verschiedene Investitionsalternativen zur Bestimmung der Wirtschaftlichkeit dargestellt. Die Datengrundlage wird durch Literaturauswertung und Befragung von Anlagenbetreibern sowie Lieferanten der Aggregate und Maschinen gewonnen. Die Kostenstruktur von mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen wird anhand der Ergebnisse der Beispielrechnungen diskutiert. Die Änderung der Kosten wird mittels einer Sensitivitätsanalyse untersucht. In Kapitel 7 wird die Arbeit mit einer Zusammenfassung und mit einem Ausblick auf die Zukunft der mechanisch-biologischen Restabfallbehandlung beendet. Weiterer Forschungsbedarf wird aufgezeigt. 3

11 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung 2. Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Bei der Entwicklung von Abfallwirtschaftsplänen und -konzepten gibt es eine Vielzahl zu beachtender Rahmenbedingungen. Diese Rahmenbedingungen wirken sich auf die Wahl eines Verfahrens zur Behandlung von Restabfällen aus. In Bild 1 sind die wichtigsten Einflussfaktoren auf das Restabfallbehandlungsverfahren dargestellt. Dieses Kapitel soll einen kurzen Überblick über die Einflussfaktoren politische Rahmenbedingungen, rechtliche Grundlagen, abfallwirtschaftliche Daten und Markt liefern. Die Techniken und die Wirtschaftlichkeit der Herstellung von Ersatzbrennstoffen aus Restabfällen werden in den nächsten Abschnitten ausführlicher behandelt. Politik Wirtschaftlichkeit (Kosten) Umweltschutz und rechtliche Grundlagen Restabfallbehandlung Technik Abfallwirtschaftliche Daten Markt Bild 1 Einflüsse auf die Wahl des Restabfallbehandlungsverfahrens 4

12 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung 2.1. Politische Rahmenbedingungen Die politischen Gegebenheiten eines jeden Landes beeinflussen die Lösungsstrategien von Umweltproblemen wesentlich. Die Parteien haben häufig unterschiedliche Konzepte und Schwerpunkte sowie Lösungsvorschläge für die Umweltprobleme. Für die Lösung von Abfallentsorgungsproblemen sind politische Vereinbarungen und Koalitionen, die Machtverteilungen und der mögliche Machtwechsel von großer Bedeutung. Ein Beispiel dafür ist die Koalitionsvereinbarung zwischen SPD und Bündnis 90/Die Grünen von Das Bundesumweltministerium hat im August 1999 die Eckpunkte für die zukünftige Entsorgung von Restabfällen im dem so genannten Fünf-Punkte-Papier wie folgt festgelegt [33]: 1. Die Ablagerung unbehandelter Abfälle in Deutschland soll so schnell wie möglich beendet werden: Dazu erforderliche Vorbehandlungskapazitäten müssen geschaffen werden. 2. Zur Behandlung von Restmüll sind neben thermischen Verfahren auch moderne mechanisch-biologische Techniken zugelassen. 3. Die heizwertreiche Fraktion ist abzutrennen und energetisch zu nutzen. 4. Die Deponien, die nicht oder nur mit hohem Aufwand nachrüstbar sind, sollen schrittweise geschlossen werden. Der Bau neuer Deponien für Siedlungsabfälle ist nicht erforderlich. 5. Alle Siedlungsabfälle in Deutschland sollen bis spätestens 2020 vollständig und umweltfreundlich verwertet werden. Damit wurde der Einsatz der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung (MBA) als Baustein für eine nachhaltige Abfallwirtschaft zugelassen. Dies führt zu Veränderungsprozessen in der Abfallwirtschaft Rechtliche Grundlagen Bei Planung und Bau sowie Betrieb von Anlagen zur Herstellung von Ersatzbrennstoffen aus Müll ist eine Reihe von rechtlichen und technischen Regelungen und Verordnungen zu beachten. Diese haben mittelbar oder unmittelbar Einfluss auf die Art der Behandlungsverfahren sowie auf die Herstellungskosten der Ersatzbrennstoffe aus Restmüll. Im Folgenden werden die gesetzlichen Rahmenbedingungen beschrieben. 5

13 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Deponieverordnung der Europäischen Union Am 26. April 1999 wurde die Deponierichtlinie vom Rat der Europäischen Union beschlossen. Danach sind unter anderem biologisch abbaubare, in Haushalten erzeugte Siedlungsabfälle innerhalb von fünfzehn Jahren auf 35 % zu reduzieren, soweit sie deponiert werden [160]. Als Mitglied der Europäischen Gemeinschaft ist Deutschland verpflichtet, auch die Anforderungen der Europäischen Deponierichtlinie in nationales Recht umzusetzen. Somit hat die Europäische Deponierichtlinie direkten Einfluss auf die Vorbehandlung von Abfällen in Deutschland. Die am 1. August 2002 in Kraft getretene Verordnung über Deponien und Langzeitlager - Deponieverordnung - (DepV) dient der Umsetzung der EU-Deponierichtlinie. Sie enthält technische, betriebliche und organisatorische Anforderungen an Errichtung, Beschaffenheit, Betrieb, Stilllegung und Nachsorge von Deponien [181] Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz Das abfallwirtschaftliche Geschehen in Deutschland wird in erster Linie im Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW-/AbfG) [172] geregelt. Artikel 1, der Abschnitt zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umweltverträglichen Beseitigung von Abfällen, ist das Kernstück des Gesetzes. Nach 4 KrW-/AbfG sind Abfälle in erster Linie zu vermeiden, insbesondere durch die Verminderung ihrer Menge und Schädlichkeit. Nicht vermeidbare Abfälle sind stofflich oder e- nergetisch zu verwerten. Das Gesetz unterscheidet zwischen energetischer Verwertung und thermischer Behandlung. Die Zuordnungskriterien von Abfällen zur energetischen Verwertung sind in 6 geregelt: der Heizwert des Abfalls muss, ohne Vermischung mit anderen Stoffen, mindestens kj/kg betragen, der Feuerungswirkungsgrad muss mindestens bei 75 % liegen, die entstehende Wärme muss genutzt werden und die anfallenden Abfälle müssen möglichst ohne weitere Behandlung abgelagert werden können. 6

14 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Nach 5 Abs. 4 KrW-/AbfG ist die Verwertungspflicht von Abfällen einzuhalten, soweit dies technisch möglich und wirtschaftlich zumutbar ist. Die wirtschaftliche Zumutbarkeit ist gegeben, solange die Verwertungskosten in einem angemessenen Verhältnis zu den Beseitigungskosten stehen Technische Anleitung Siedlungsabfall Die Technische Anleitung Siedlungsabfall (TASi) [174] ist eine Verwaltungsvorschrift. Sie enthält die Anforderungen an die Verwertung, Behandlung und Ablagerung von Siedlungsabfällen nach dem Stand der Technik. Die Ziele der TASi sind: nicht vermiedene Abfälle soweit wie möglich zu verwerten, den Schadstoffgehalt der Abfälle so gering wie möglich zu halten, eine umweltverträgliche Behandlung und Ablagerung der nicht verwertbaren Abfälle sicherzustellen. Die Abfälle sollen so abgelagert werden, dass die Entsorgungsprobleme von heute nicht künftigen Generationen aufgebürdet werden (Ziffer 1.1 der TA Siedlungsabfall). Nach der seit 1993 gültigen TASi darf ab 1. Juni 2005 in Deutschland der anfallende Restabfall nicht mehr ohne Vorbehandlung abgelagert werden. Das Ziel der TASi ist unter anderem eine nachsorgefreie Deponie. Durch die am 1. März 2001 in Kraft getretene Abfallablagerungsverordnung wurde die TASi verrechtlicht Artikelverordnung Die Verordnung über die umweltverträgliche Ablagerung von Siedlungsabfällen und über biologische Abfallbehandlungsanlagen, kurz Artikelverordnung genannt [182], ist in Deutschland am 1. März 2001 in Kraft getreten. Mit dem Erlass dieser Rechtsvorschriften ist neben der thermischen Abfallbehandlung die mechanisch-biologische Vorbehandlung zulässig. Dadurch werden der Betrieb von mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen und die Ablagerung der Rückstände aus derartigen Anlagen über das Jahr 2005 auf ökologisch hohem Niveau rechtlich abgesichert. Die Artikelverordnung besteht aus drei Artikeln: Artikel 1: Verordnung über die umweltverträgliche Ablagerung von Siedlungsabfällen (Abfallablagerungsverordnung AbfAblV) 7

15 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Artikel 2: Verordnung über Anlagen zur biologischen Behandlung von Abfällen (30. Bundes-Immissionsschutzverordnung) Artikel 3: Verordnung zur Änderung der Abwasserverordnung Abfallablagerungsverordnung (AbfAblV) Die Abfallablagerungsverordnung [182] definiert die Anforderungen an die Beschaffenheit von abzulagernden Abfällen. Dadurch wurden Ziele der TASi in die verbindliche Rechtsform einer Verordnung überführt. Folgende Anforderungen gelten für die Ablagerung von mechanisch-biologisch behandelten Abfällen: - TOC im Feststoff: < 18 % oder alternativ - maximal zulässiger Heizwert (H o ): < kj/kg - Atmungsaktivität (AT 4 ): < 5 mg O 2 /g TM oder alternativ - Gasbildung: < 20 l/kg TM - TOC (Eluat): maximal 250 mg/l Für die Einhaltung der TOC-Werte oder des maximal zulässigen Heizwerts der Rückstände aus der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung müssen heizwertreiche Bestandteile vor der Ablagerung abgetrennt werden. 30. Bundes-Immissionsschutzverordnung Für Abluftemissionen aus mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlagen (MBA) sind die Anforderungen der 30. Bundes-Immissionsschutzverordnung (30. BImSchV) relevant [173]. Hierin sollen an die luftseitigen Emissionen der MBA ähnliche Anforderungen wie an Müllverbrennungsanlagen gestellt werden. Alle emissionsrelevanten Bereiche der MBA wie Abfallannahme, mechanische Aufbereitung und biologische Behandlung, sind in gekapselter oder eingehauster Bauweise zu errichten und mit einer Abluftfassung zu versehen. Die Abluft ist nach Stand der Technik zu behandeln und über einen Kamin abzuleiten. Die 30. BImSchV enthält Emissionsgrenzwerte für Staub, organische Stoffe, Distickstoffoxid, Geruch und Dioxine/Furane (Anhang 1). Die 30. BImSchV sieht eine Gleichbehandlung der Emissionen von MVA und MBA hinsichtlich des C gesamt vor. Die Begrenzung der Emissionsfracht für organische Stoffe erfordert eine 8

16 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung weitgehende Verringerung der Abgasmengen aus MBA und leistungsfähigere Verfahren als die bislang üblichen Biofilter zur Abgasreinigung. Abwasserverordnung Die Anforderungen an das Abwasser aus mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlagen sind im Anhang 23 der Abwasserverordnung festgelegt. Hierin wird eine weitgehende Minimierung und prozessinterne Verwertung der in MBA anfallenden verunreinigten Wässer festgelegt. Zur Minimierung der Mengen belasteten Abwassers muss die Nachrotte durch Überdachung oder Abdeckung vor dem Zutritt von Niederschlagswasser geschützt werden. Für das verbleibende Abwasser werden Anforderungen festgelegt, die denen für Deponiesickerwässer entsprechen Bundes-Immissionsschutzverordnung Bei der Verwertung von Ersatzbrennstoffen aus Abfällen durch Mitverbrennung in industriellen Feuerungsanlagen kommt die Mischungsregel der 17. Bundes-Immissionsschutzverordnung (17. BImSchV) zur Anwendung. Die Mischfeuerungsregelung sieht vor, dass für den Anteil des Abgasstroms, der durch die Abfälle entsteht, die Grenzwerte der 17. BImSchV anzuwenden sind. Nur bei einem Anteil der Abfallmitverbrennung von mehr als 25% der Feuerungswärmeleistung müssen die Anforderungen der 17. BImSchV vollständig eingehalten werden. Novellierung der 17. BImSchV Die EU-Abfallverbrennungsrichtlinie [180] legt Anforderungen an den Bau und Betrieb von Abfallverbrennungsanlagen und Mitverbrennungsanlagen wie Zementwerke und Kraftwerke, die Abfälle als Brennstoff einsetzen fest. Zur Umsetzung der EU-Richtlinie in deutsches Recht hat das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit einen Verordnungsentwurf vorgelegt. Der Entwurf für die Verordnung zur Änderung der Verordnung über Verbrennungsanlagen für Abfälle und ähnliche brennbare Stoffe und weitere Verordnungen zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes wurden vom Bundeskabinett am beschlossen [175]. Wesentlicher Bestandteil der Verordnung ist die Novellierung der 17. BImSchV. Der Entwurf sieht eine Verschärfung der Anforderungen für die Mitverbrennung von Abfällen in Industrieanlagen vor. Danach gelten künftig für diese Anlagen ähnlich strenge Emissions- 9

17 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung grenzwerte wie für Müllverbrennungsanlagen, welche die bisher geltende Mischungsregel ersetzen. Die Mischungsregel soll bei der Novellierung der 17. BImSchV soweit wie möglich durch feste Grenzwerte ersetzt werden. Diese Forderungen beeinflussen die energetische Verwertung von Abfällen in industriellen Feuerungsanlagen und damit auch die Wirtschaftlichkeit der Ersatzbrennstoffherstellung aus Restabfällen Arbeitsschutzrechtliche Vorschriften Der Länderausschuss für den Arbeitsschutz und die Sicherheitstechnik (LASi) hat zwei Leitlinien zu Hygiene-Anforderungen an Abfallbehandlungsanlagen vorgelegt: Für Abfallbehandlungsanlagen [107], Für biologische Abfallbehandlungsanlagen [108]. Sonst gibt es keine einheitlichen Hygiene-Anforderungen an Abfallbehandlungsanlagen. Die Bundesländer haben mit unterschiedlicher Genauigkeit die Anforderungen an Abfallbehandlungsanlagen (z.b. in [115]) festgelegt Abfallwirtschaftliche Daten Abfallwirtschaftliche Daten bilden die Basis zur Identifizierung der Kosteneinflussfaktoren. Für die Auslegung und Dimensionierung der Restabfallbehandlungsanlagen sind diese Daten entscheidend. Im Folgenden wird ein Überblick über die stoffliche Zusammensetzung, das Aufkommen und die Menge sowie die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Restabfälle dargestellt Restabfallzusammensetzung und -menge Restabfall: Verbleibende, zu entsorgende Siedlungsabfälle, deren verwertbare Anteile durch getrennte Sammlung abgetrennt sind, werden als Restabfälle bezeichnet. Die Auswahl des geeigneten Behandlungsverfahrens hängt unter anderem von der Entwicklung der Abfallmenge und deren Zusammensetzung ab. Die Zusammensetzung und die Abfallarten des unbehandelten Hausmülls sind in Tabelle 1 dargestellt. 10

18 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Tabelle 1 Abfallarten im Hausmüll METALLE PAPIER GLAS, MINE- RAL. STOFFE - Batterien - Alufolien, Staniol - Elektroschrott - Dosen für Getränke und Konserven - Spraydosen - Koch- und Bratgeschirr - Draht, Nägel, Stifte - Teile aus Blech, Eisen, Guss usw Quelle: - Zeitungen, Zeitschriften - Kataloge, Prospekte - Pappe, Karton und Kartonagen - Servietten, Taschentücher - Korrespondenz, Schulhefte, Notizblöcke - Küchenrollen, - Tapeten Gläser und Flaschen für Getränke und Nahrung - Flacons - Leuchtröhren, Glühlampen - Pflegemittel - Porzellanund Keramikscherben - Asche - Steine, Steinwolle - Blumentöpfe -... TEXTILIEN, HOLZ, KUNST- STOFFE - Kleidung - Kissen - Gardinen - Schnüre - Holzasche - Möbelteile - Schuhe, Handschuhe - Verpackungen, Tragetaschen, Tüten - Bälle - Kämme -... GARTEN- UND KÜCHENAB- FÄLLE - Reisig, Blätter, Stängel - Blumenerde - Grassschnitt - Gestecke - Eierschalen - Speise- und Lebensmittelreste - Kaffeefilter, Teebeutel - Gemüse- und Obstabfälle -... SONSTIGES - Windeln, Pflaster Inkontinenzabfälle, - Haare - Staubsaugerbeutel - Medikamente - Haushaltschemikalien - Kerzen - Federn, Fell - Renovierungsabfälle -... Thomé-Kozmiensky K. J.: Alternativen der Ersatzbrennstoffherstellung aus Hausmüll. In: Thomé-Kozmiensky, (Hrsg.): Reformbedarf in der Abfallwirtschaft, TK Verlag Neuruppin, 2001, S. 373 (verändert) Die Restabfallmengen und -zusammensetzungen der Entsorgungsgebiete sind aufgrund von Einflüssen wie Siedlungsstruktur, Jahreszeit und sozialer Struktur des Erfassungsgebietes unterschiedlich. Der Restmüll ist ein heterogenes Stoffgemisch: Die Metallfraktion wird bei der mechanischen Aufbereitung abgetrennt. Wegen der anhaftenden Verunreinigungen muss der abgetrennte Metall-Schrott weiter aufbereitet werden. Die Papier- und Pappefraktionen (PPK) sind leicht abbaubare Fraktionen. Diese können der biologischen Behandlungsstufe zugeführt oder wegen ihres hohen Heizwertes mit anderen hochkalorischen Materialien zur Ersatzbrennstoffherstellung verwendet werden. Die Inertstofffraktion Glas/Mineralien ist biologisch nicht abbaubar. Sie kann nach der Abtrennung direkt deponiert werden. Die Leichtfraktion, die überwiegend aus Textilien, Holz und Kunststoff sowie Verbunden besteht, kann in Aufbereitungsanlagen abgetrennt und zur Erzeugung von Ersatzbrennstoff verwendet werden. Die Fraktionen Garten- und Küchenabfälle enthalten überwiegend biologisch abbaubare Bestandteile. Diese können der biologischen Behandlungsstufe zugeführt werden. Die Fraktion Sonstiges enthält Windeln, Problemstoffe usw. Diese Fraktion ist nur teilweise für eine biologische Behandlung geeignet. 11

19 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Restabfallmenge Prognosen zum Abfallaufkommen in Deutschland für 1997 und 2005 sind in Tabelle 2 dargestellt [17]. Nach diesen Berechnungen müssen 33 Mio. Tonnen brennbare Restabfälle im Jahr 2005 vor der Deponierung behandelt werden. Tabelle 2 Jahr Mengenentwicklung und Verwertungsquoten für 1997 und 2005 im Vergleich zu den Werten von 1993 Gesamtmenge Mio. t Beseitigung Mio. t Verwertungsquote % ,7 36,7 21, ,3 35,0 37, ,1 33,0 44,2 Quelle: Bilitewski, B., Härdtle, G.; Marek, K.: Abfallwirtschaft, Handbuch für Praxis und Lehre, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 3. Auflage 2000 Die Prognosen der zukünftigen Entsorgungssituation für Siedlungsabfälle in Deutschland zeigen, dass im Jahr 2005 ungefähr 13 Mio. Tonnen thermisch und rund 2,0 Mio. Tonnen mechanisch-biologisch behandelt werden können [14]. Nach diesen Berechnungen wird im Jahre 2005 eine Abfallmenge von etwa 18. Mio. Tonnen nicht behandelt werden können. Für die Behandlung dieser Abfallmenge entsprechend den Vorgaben der Abfallablagerungsverordnung ist eine Vielzahl zusätzlicher Restabfallbehandlungsanlagen notwendig. Theoretisch verfügbare heizwertreiche Ersatzbrennstoffe aus Restabfällen Damit für die mechanisch-biologisch behandelte Teilmenge des Restabfalls die Anforderungen der Abfallablagerungsverordnung und der Deponieverordnung erfüllt werden können, muss in mechanisch-biologischen Behandlungsanlagen Ersatzbrennstoff hergestellt werden. Nach Berechnungen von BILITEWSKI können bei einer Abtrennungsrate von 25 % des Restabfalls jährlich 4,5 Mio. t Ersatzbrennstoff hergestellt werden (Tabelle 3). Tabelle 3 Theoretisch erwartete Ersatzbrennstoffe aus festen Siedlungsabfällen in 2005 Theoretisch verfügbares Aufkommen an Ersatzbrennstoffen aus Schätzungen nach Restabfall [Mio. t/a] Bilitewski 4,5 Urban/Friedel 8,8 Quelle: Bilitewski, B.; Härdtle, G.; Marek, K.: Abfallwirtschaft, Handbuch für Praxis und Lehre, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 3. Auflage 2000 Urban, A.; Friedel, M.: Kapazitäten thermischer Verfahren und Behandlungsanlagen. In: Urban/Bilitewski/ Faulstich (Hrsg.): Thermische Abfallbehandlung, Abfalltechnik an der Universität GH Kassel, 1997, S

20 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Bei den Untersuchungsszenarien von URBAN und FRIEDEL [156] liegt unter der Annahme, dass im Jahr 2005 etwa 10 Mio. t Restabfälle in mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlagen aufbereitet werden, das Potenzial für Ersatzbrennstoffe aus diesen Anlagen bei 2,2 Mio. t. In Hinsicht auf das gesamte zu entsorgende Abfallaufkommen aus Hausmüll, hausmüllähnlichen Gewerbeabfällen, Sperrmüll, Klärschlamm sowie Baustellenabfällen in Höhe von 40 Mio. t liegt die gewinnbare hochkalorische Fraktion bei 8,8 Mio. t/a Chemische und physikalische Eigenschaften Die chemisch-physikalischen Eigenschaften wie Wassergehalt, Heizwert, Stückgröße und Schüttgewicht der Restabfälle beeinflussen das Verhalten der Abfälle bei der Behandlung. Aus diesem Grund müssen diese Parameter vor der Auswahl der Behandlungsverfahren bekannt sein. Die chemisch-physikalischen Parameter können auf analytischem und rechnerischem Weg ermittelt werden [74]. Wassergehalt Der Wassergehalt beeinflusst die verbrennungstechnischen Eigenschaften, das Schüttgewicht sowie die Lagerfähigkeit der Abfälle. In der Praxis können im Restmüll Wassergehalte zwischen 25 und 45 Gew.- % beobachtet werden. Nach Angaben von BILITEWSKI nimmt der Wassergehalt mit Zunahme der Stückgröße ab [16]; so wurden bei einer Siebklassierung von Rohmüll bei 20 mm und einem Ausgangswassergehalt von 31,6 Gew.-% im Siebüberlauf 24,8 Gew.-% und im Siebdurchgang 54,5 Gew.-% bestimmt. Heizwert Die Wärmemenge, die ohne Kondensationswärme des im Rauchgas befindlichen Wasserdampfes verfügbar ist, wird als Heizwert bezeichnet. Der Heizwert des Abfalls kann durch Aufbereitungsverfahren verändert werden. Die Trocknung des Restmülls bewirkt eine deutlichen Anhebung der Heizwerte im behandelten Restabfall. Im Unterschied dazu wirkt der Abbau der biologisch abbaubaren organischen Stoffe heizwertsenkend. Zur Identifizierung der heizwertreichen Fraktion sind die Heizwerte der Abfallkomponenten des Hausmülls in Tabelle 4 dargestellt. Die Fraktionen Mineralien und Metalle sind nicht thermisch verwertbar. 13

21 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Tabelle 4 Brennstoffdaten der verschiedenen Abfallkomponenten Stoffgruppe Hausmüllanteil Gew.-% Wassergehalt Gew.-% Heizwert H u kj/kg Papier 24,3 29, Pappe 12,7 31, Kunststoff 10,5 10, Folien 4,9 6,6 nicht bekannt Formkörper 5,6 4,7 nicht bekannt Holz 2,3 19, Gummi, Leder 1,1 18, Textilien 3,6 26, Vegetabilien 18,7 79, Mineralien, Schrott, NE-Metalle 26,8 9,1 - Quelle: Stückgröße Bilitewski, B.: Veränderung des Heizwertes von Abfall durch die Behandlung in Aufbereitungsprozessen. In: Thomé- Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Kompostierung und Brennstoffgewinnung. Berlin: E. Freitag Verlag für Umwelttechnik, 1983, S. 710 Die Kenntnis der Stückgrößenverteilung ist eine wesentliche Voraussetzung für die Anlagenauslegung und Verfahrensoptimierung. Für die optimale Dimensionierung und Auslegung einer mechanischen Restabfallaufbereitung müssen Untersuchungen bezüglich der Stoffgruppenverteilung in den einzelnen Stückgrößenklassen durchgeführt werden. Schüttgewicht Für unbehandelten Restabfall wurden Schüttgewichte in einer Größenordnung von 0,1 bis 0,3 t/m³ gemessen [59]. Das Schüttgewicht des zu behandelnden Restmülls ist Grundlage für die Auslegung der Behandlungsanlage. Schadstoffgehalt Durch den Produktlebenszyklus gelangen Schadstoffe wie Chlor, Blei, Chrom und Cadmium in den Restmüll. Die getrennte Wertstoffsammlung von schadstoffarmen Bestandteilen von Siedlungsabfällen führt zur Aufkonzentrierung des Schadstoffgehaltes im Restmüll und folglich in den Ersatzbrennstoffen [19]. Restabfall enthält ein breites Spektrum von Schadstoffen. Die umweltrelevanten Schadstoffe im Siedlungsabfall wurden in einer Untersuchung (IFEU 1994) wie folgt ermittelt [120]: Arsen, 14

22 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Quecksilber, fünf weitere Schwermetalle (Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel), sieben halogenierte Kohlenwasserstoffe (R 12, R 11, Tetrachlorethen, Trichlorethen, 1,1-Dichlorethen, Dichlormethan, Trichlormethan), polychlorierte Dibenzo-Dioxine und -Furane (PCDD/F), Polychlorbenzol (PCB), Benzol, Vinylchlorid und Natriumcyanid. Die Schadstoffe im Abfall sind nicht homogen verteilt, sondern in dafür charakteristischen Fraktionen angereichert. Schwermetallkonzentrationen in verschiedenen Abfallfraktionen sind Tabelle 5 zu entnehmen. Tabelle 5 Schwermetallgehalte der im Restabfall enthaltenen Fraktionen Fraktionen Brennbare Fraktionen As g/t Cd g/t Vegetabilien , Papier, Pappe, Karton (PPK) <5 0,68 9,75 44,8 0,2 6,8 23,2 295 Getränkeverbund <5 1 7,25 37,5 0,2 9 13,5 90 Verpackungen, gefärbt < ,15 7, Verpackungen, ungefärbt und Windeln <5 0, ,2 0,15 11, Langlebige Kunststoffe < ,6 60,4 0,15 4, Holz <5 0,4 5,45 17,9 <0,1 3,77 20,8 158 Textilien <5 1 16,8 55 <0,1 7,25 34,5 170 Teppiche, Bodenbeläge <5 5 27, , Leder und Gummi < <0,1 5, Feinmüll ,1 43, Nichtbrennbare Fraktionen Glas 0 0 1, Stein, Keramik 10 0, <0, Metall k. A. 68, Batterien , Elektronikschrott Quelle: Cr g/t Grüneklee, C. E.; Heering, M.: Sortierung von Restabfall nach Trockenstabilisierung. In: Kuyumcu, H. Z.: Sortieren - Innovationen und Anwendungen, Lehrstuhl für Aufbereitung von Roh- und Reststoffen, TU-Berlin, 1999, S. 202 Cu g/t Hg g/t Ni g/t Pb g/t Zn g/t 15

23 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Die vom Gesetzgeber veranlasste Reduzierung des Schadstoffgehalts von Produkten (z.b. in [183]) wirkt sich bei kurzlebigen Verbrauchsmaterialien wie PPK, Kunststoffverpackungen und Verpackungsverbunden aus. Langlebige Produkte wie sonstige Kunststoffe, Schuhe, Leder und Textilien tragen stoffspezifisch höhere Schadstoffmassen. In einer beispielhaften Untersuchung wurde festgestellt, dass derzeit Schuhe einen Anteil von etwa 1 % am Restabfall haben, aber etwa 13 % der Chrombelastung eintragen [19]. Für die Qualitätssicherung der erzeugten Brennstoffe soll bei der Aufbereitung von heizwertreichen Fraktionen des Restabfalls eine Abtrennung der schadstoffhaltigen Abfallfraktionen angestrebt werden. Um die Aufbereitungsschritte mit Blick auf eine Schadstoffentfrachtung zu planen, ist eine weitgehende Charakterisierung des zu behandelnden Restmülls notwendig. Einige konzentriert in einzelnen Komponenten des Abfalls enthaltene Schadstoffe können durch geeignete Verfahrensschritte abgetrennt werden. Zum Beispiel werden die schwermetallhaltigen Batterien mit Magnetscheidern aussortiert. Damit werden außer dem Eisenmantel auch Zink, Mangan, Cadmium und Quecksilber aus dem Abfall entnommen. Einige Schadstoffe sind in zahlreichen Abfallkomponenten so verteilt, dass ihre Abtrennung zu aufwändig oder gar nicht möglich ist. Chlor und Fluor sind z.b., außer in den Inertfraktionen Glas und Metall, in allen anderen Fraktionen vorhanden Hygiene und Emissionen Aus mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlagen können Keime, Geruch, Lärm und Staub emittiert werden. Diese belasten die Luft, das Wasser, den Boden sowie Menschen und haben in Hinsicht auf die ökologische Bewertung, genehmigungsrechtliche Gesichtspunkte sowie Akzeptanz in der Bevölkerung einen sehr hohen Stellenwert. Keime Restmüll enthält naturgemäß eine Vielzahl von Keimen. Insbesondere werden aus der mechanischen Aufbereitungs- sowie aus der biologischen Behandlungsstufe Keime emittiert. Jede Bewegung oder Zerkleinerung von Abfällen wie Umsetzen und Schreddern führt zur erhöhten Keimkonzentration in der Luft. Spitzenwerte von über 10 5 KBE/m 3 (KBE: koloniebildende Einheiten) an Gesamtkeimen wurden insbesondere bei unsortiertem Restmüll gemessen [4]. Als Orientierungswert, wann Luft keinen Außenluftcharakter hat, hat der Länderausschuss für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik (LASI) 10 4 KBE/m 3 festgelegt. Selbst dieser Wert ist nach Meinung von Experten sehr hoch angesetzt [67]. Eine aerogene Pilz- und Actinomyce- 16

24 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung ten-konzentration über 10 5 KBE/m 3 ist auch bei bestimmten Arbeiten wie Störstoffauslese und in den Fahrzeugkabinen der Radlader aufgetreten [32]. Diese Mikroorganismen und deren Stoffwechselprodukte können für die Gesundheit von Beschäftigten in den MBA-Anlagen und auch durch Transmission für die Bevölkerung in der Umgebung der Anlagen schädlich sein [83]. Besonders hohe Luftkeimkonzentrationen treten in eingehausten Anlagen, in denen der Müll bewegt wird, auf. Z. B. wurden an einer Müllladestation in Berlin Spitzenwerte von 4,6 * 10 6 KBE/m 3 gemessen [84]. Geruch Bei der biologischen Behandlung und Sortierung sowie der weiteren mechanischen Aufbereitung von Restabfällen treten Geruchsemissionen auf. Bisher wurde kein einheitlicher Schwellenwert für die Geruchsbelastung festgelegt. Durch Gewöhnung, Interferenz und subjektive Einstellung zum Geruch wird die quantitative Bewertung von Gerüchen erschwert. Lärm Lärmemissionen entstehen in mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlagen im gesamten Aufbereitungs- und Verarbeitungsprozess. Tabelle 6 zeigt die Stärke der Lärmemissionen von einigen Aufbereitungsaggregaten. Tabelle 6 Schall-Leistungspegel an Aggregaten zur mechanischen Aufbereitung von Restabfällen ohne Kapselung Aggregate Schall-Leistungspegel - db(a) - Prallmühle 105 bis 108 Hammermühle 98 bis 108 Siebtrommel 105 Zick-Zack-Sichter 100 Gurtbänder 63 bis 73 Schwingförderer 100 bis 105 Auffangtisch 100 Trommelmagnet 101 Metallabwurf in Container (impulsartig) 93 bis 100 Quelle: ISAH, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik Universität Hannover/ Geotechnisches Büro, Prof. Düllmann: Stand der Technik der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung. In: Ministerium für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft des Landes Nordrhein-Westfalen (Hrsg.): Leitfaden Integration der mechanisch-biologischen Restabfallbehandlung in ein kommunales Abfallwirtschaftskonzept, 1998, S

25 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Staub Bei der Befüllung und Entleerung des Bunkers treten Staubemissionen auf. Auch in der Aufbereitungsstufe wird bei einzelnen Aggregaten Staub freigesetzt. In Staubemissionen aus MBA-Anlagen wurden Schwermetallverbindungen und flüchtige organische Stoffe wie Benzopyren nachgewiesen [79]. Gegenmaßnahmen Bei der Planung von mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlagen müssen durch technische Maßnahmen der Immissionsschutz für die umliegenden Anwohner und der Arbeitsschutz für das Betriebspersonal berücksichtigt werden. Die 30. BImSchV enthält die immissionsschutzrechtlichen Anforderungen an die Errichtung und Beschaffenheit sowie den Betrieb von mechanisch-biologischen Behandlungsanlagen (Abschnitt 2.2.4). Danach soll bei der Errichtung von MBA-Anlagen ein Mindestabstand von 300 m zu Wohnbebauungen nicht unterschritten werden. Auch zur Begrenzung der Geruchsemissionen wurden in der 30. BImSchV die Kapselung oder Einhausung sowie Abluftfassung für die Einrichtungen zur Abfallannahme, mechanischen Aufbereitung, Lagerung, Transport und biologischen Behandlung vorgeschrieben. Tabelle 7 enthält die Emissionsgrenzwerte nach 6 der 30. BImSchV für Staub, organische Stoffe, Distickstoffoxid, Geruch und Dioxine/Furane. Die Massenkonzentration der Emissionen an Staub, organischen Stoffen und Lachgas müssen kontinuierlich ermittelt und registriert werden. Die Stäube können an allen Großaggregaten gezielt abgesaugt werden, so dass Emissionen verhindert werden. Tabelle 7 Emissionsgrenzwerte der 30. BImSchV Tagesmittelwerte Gesamtstaub Organische Stoffe, angegeben als Gesamtkohlenstoff 10 mg/m³ 20 mg/m³ Halbstundenmittelwerte Gesamtstaub Organische Stoffe, angegeben als Gesamtkohlenstoff 30 mg/m³ 40 mg/m³ Monatsmittelwerte Distickstoffoxid Organische Stoffe, angegeben als Gesamtkohlenstoff Geruchsstoffe 100 g/t 55 g/t 500 GE/m³ 18

26 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung In der TA Lärm wurde die maximale Lärmbelastung durch den Betrieb von mechanischbiologischen Behandlungsanlagen festgelegt. Die Lärmemissionen sind nach Anforderungen der Staatlichen Ämter für Arbeitsschutz für die Arbeitsplätze durch schalldämpfende Maßnahmen auf 85 db (A) zu begrenzen [79]. Danach müssen die meisten Aggregate in der mechanischen Aufbereitung von Restabfällen eingekapselt sein (Tabelle 6 Seite 17) Absatzmarkt für Ersatzbrennstoffe Zahlreiche Kommunen haben sich für die mechanisch-biologische Abfallbehandlung und die Herstellung von Ersatzbrennstoffen (EBS) aus Restmüll entschieden. Im Allgemeinen bilden Marktanforderungen und -bedürfnisse die Grundlagen für Entwicklung und Produktion neuer Produkte. Bei Ersatzbrennstoffen aus Restmüll handelt es sich im Unterschied zu den gehandelten Primär- und Sekundärenergieträgern um kein Produkt, das Marktanforderungen entspricht; vielmehr entstehen sie mehr oder minder kontinuierlich durch die ständige Entsorgung von Abfällen. In der Vergangenheit wurde häufig festgestellt, dass die Produkte nicht vermarktet werden konnten [21]. Die Verwerter von Ersatzbrennstoffen verlangen für deren Abnahme ein Entgelt, das sich nach der Qualität und der Möglichkeit ihres Einsatzes sowie nach den dafür notwendigen Maßnahmen richtet. Die Verwertungskosten für Ersatzbrennstoff aus Restmüll sind sehr unterschiedlich. Derzeitige Annahmepreise sind: 25 /t bei Zementwerken wie Rüdersdorfer Zement GmbH für konfektionierten Ersatzbrennstoff [140] 45 /t beim SVZ Schwarze Pumpe für Pellets [144] etwa 75 /t bis 120 /t für die Verwertung der Leichtfraktion in Abfallverbrennungsanlagen [144] in Abhängigkeit von ihrer Darbietungsform Anlagen zur Ersatzbrennstoffgewinnung aus Restabfall Zurzeit gibt es in Deutschland etwa zwanzig installierte oder unmittelbar vor der Realisierung stehende Anlagen zur Herstellung von Ersatzbrennstoffen. Anhang 2 zeigt einen Überblick Potenzielle Abnehmer von Ersatzbrennstoffen Ersatzbrennstoffe aus Restmüll können in Abhängigkeit von ihrer Qualität in folgenden Anlagen verwertet werden: 19

27 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Entsorgungsanlagen: - Müllverbrennungsanlagen, - Ver- und Entgasungsanlagen, Kraftwerksanlagen: - Braunkohlekraftwerke, - Steinkohlekraftwerke, Produktionsanlagen: - Zement-, Kalk-, Ziegelwerke, - Asphalt-Mischanlagen, - Eisen- und Stahlindustrie. Die Entsorgungsanlagen und Zementwerke nehmen aus verfahrenstechnischen Gründen und wegen des hohen Energiebedarfs eine besondere Stellung ein. In der Zementindustrie wird in den letzten zwanzig Jahren eine breite Anwendung von Ersatzbrennstoffen beobachtet. Konfektionierte Ersatzbrennstoffe können in Zementwerken direkt verbrannt oder in einer Vorschaltanlage zu einem Brenngas vergast werden, das im Zementherstellungsprozess verbrannt wird. Nach Angaben des Vereins Deutscher Zementwerke (VDZ) wurden 30,3 Prozent des gesamten Brennstoffenergiebedarfs deutscher Zementwerke im Jahr 2001 durch geeignete Abfälle gedeckt. Der Einsatz aufbereiteter Fraktionen aus Siedlungsabfällen belief sich auf Tonnen [49]. Das Sekundärrohstoff-Verwertungs-Zentrum (SVZ) Schwarze Pumpe bietet eine weitere Einsatzmöglichkeit zur Methanolherstellung durch Vergasung von Ersatzbrennstoffen unter Zusatz von Kohle. Das Gemisch von festen Abfällen und Braun-/Steinkohle darf bis zu 85 % Abfall enthalten. Das Vergasungsprozess stellt allerdings hohe Anforderungen an die Qualität der Einsatzstoffe und damit an die Aufbereitung der Abfälle. Produktions- und Kraftwerksanlagen können nur einen bestimmten Prozentsatz ihres Energiebedarfs durch Ersatzbrennstoff abdecken. Zur Einschätzung der theoretisch erreichbaren Einsatzkapazitäten von Ersatzbrennstoffen in industriellen Anlagen in Deutschland wurde 20

28 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung eine Reihe von Einzeluntersuchungen durchgeführt. Deren Ergebnisse sind in Tabelle 8 zusammengefasst. Tabelle 8 Theoretische Einsatzkapazitäten von gesamten Ersatzbrennstoffen in Deutschland Industriebereich Theoretische Einsatz-Kapazität nach: Mio. t/a Bilitewski Dohmann Walter, Lahl, Alwast Zementwerke 1,17 2,67 2,8 Asphaltmischanlagen 0,30 K.A. 0,20 Eisen- und Stahlindustrie (Hochofen) 0,40 K.A. 2,50 Kraftwerke (Braun- und Steinkohle) 20,89 12,24 15,20 Summe 22,76 14,91 20,70 Quelle: Alwast 2001 [2], Bilitewski 1997 [14], Lahl 2001 [105], Urban 1999 [154], Walter 2002 [161] Dieses abgeschätzte Potenzial zur Verwertung von Ersatzbrennstoffen übersteigt bei weitem die möglichen erzeugten Mengen an Ersatzbrennstoff. Diese Zahlen scheinen allerdings unrealistisch. Der Einsatz von Ersatzbrennstoffen in Braun- und Steinkohlekraftwerken liegt z.b. wegen des im EBS aus Hausmüll enthaltenen Chlors, das zu Korrosionsproblemen in der Anlage führt, weit niedriger als die theoretisch abgeschätzten 25 % der Brennstoffleistung. Die Ersatzbrennstoffe aus Restmüll stehen im Wettbewerb zu einer Vielzahl anderer Ersatzbrennstoffe wie Altöl, Altholz, Altreifen, Altgummi, Klärschlamm, Raffinerieabfälle und Lösungsmittel sowie DSD-Kunststoffe. Inwieweit sich EBS aus Restabfällen auf dem Markt etablieren können, hängt in erster Linie von ihrer Qualität ab. 21

29 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Qualitätsanforderungen der Verwerter an Ersatzbrennstoffe Die heizwertreiche Fraktion der Restabfälle wird in Abhängigkeit des geplanten Einsatzbereichs als loser Brennstoff, Fluff (zerkleinerte Leichtfraktion), staubförmiger Brennstoff, Ballen, Briketts, Weichpellets (zerkleinerte und niederverdichtete Leichtfraktion) sowie Hartpellets (zerkleinerte und hochverdichtete Leichtfraktion in zylindrischer oder kubischer Form) angeboten. Input: Restabfälle aus Haushalten Sortierreste geeignete Gewerbeabfälle Sperrmüll (Klärschlamm) mechanisch-biologischer Behandlungsprozess Output: Ersatzbrennstoff Fe- und NE-Metallschrott Deponiefraktion Abgas Wasser Systemgrenzen Bild 2 Black Box des Behandlungsprozesses zur Ersatzbrennstoffherstellung aus Restmüll Potenzielle Verwerter von Ersatzbrennstoffen haben bezüglich Qualität, Schadstoffkonzentration, Korngröße und -form sowie Kontinuität der Lieferung bestimmte Anforderungen. Diese müssen vom Hersteller der Ersatzbrennstoffe bei der Gestaltung seiner Produktionsprozesse berücksichtigt werden. Die Hersteller der Ersatzbrennstoffe aus Restabfall haben nur begrenzten Einfluss auf die Inputseite, und die Anforderungskriterien der Outputseite werden von den Abnehmern der Produkte bestimmt. Die Auswahl des Ersatzbrennstoffherstellungsverfahrens aus Restmüll sollte sich an den Anforderungen des Marktes für Ersatzbrennstoff orientieren. Aus diesen Anforderungen müssen technische und wirtschaftliche Maßnahmen und Konsequenzen abgeleitet werden. Die hergestellten Produkte müssen Abnehmer finden und in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden. Als Beispiel werden die Qualitätsanforderungen einiger Abnehmer von Ersatzbrennstoffen aus Hausmüll in Tabelle 9 und Tabelle 10 zusammengefasst. 22

30 Rahmenbedingungen der Restabfallbehandlung Tabelle 9 Anforderungen der Verwerter von Ersatzbrennstoffen an Korngröße, Schüttdichte und Störstoffanteil Verwerter Müllverbrennungsanlagen MHKW Rothensee/Magdeburg Zementindustrie am Beispiel Rüdersdorfer Zement GmbH Heizkraftwerke am Beispiel: Energos Deutschland GmbH Braunkohlekraftwerk Vergasung im SVZ Schwarze Pumpe Anforderungskriterien der Abnehmer von EBS In Müllverbrennungsanlagen können die üblichen abgetrennten heizwertreichen Fraktionen aus Restabfall energetisch verwertet werden, allerdings aufgrund des hohen Heizwertes in bestehenden MVA nur in begrenzter Menge zusammen mit anderen Abfällen. Dichte: etwa 300 g/l Körnung: (durchschnittliche mittlere Stückgröße) etwa 30*10*5 mm Brennwert: < > kj/kg Wassergehalt: bis 30 % beim Einsatz im Wirbelschichtvergaser Heizwert: bis kj/kg Aschegehalt: max. 30 %, bezogen auf TS Korngröße : 90 % der Abfallstoffe < 150 mm, 100 % der Abfallstoffe < 200 mm, max. Stückvolumen < 300 cm³ Schüttdichte : min. 150 kg/m³, max. 500 kg/m³ Korngröße: < 20 mm Heizwert: > 11 MJ/kg Heizwert: 12 MJ/kg Wassergehalt: Reduzierung des Wassergehaltes: Vorteile bei Energieausbeute, für Lagerhaltung < 15 % Chlorgehalt: < 1 % ; Korrosion an Überhitzungsflächen möglich Lieferform: lose Schüttung Konsistenz: fest, stückig Größe der Körper: min. 16*16*16 mm, max. 80*80*120 mm Schüttdichte: > 0,4 g/cm³, Einzelfallprüfung Wassergehalt: < 20% Aschegehalt: < 20%, Einzelfallprüfung Quellen: Tietze, Ute: Anforderungen an Ersatzbrennstoffe für den Einsatz in der Rüdersdorfer Zement GmbH. In: Thomé-Kozmiensky (Hrsg.) Ersatzbrennstoffe 2, TK Verlag Neuruppin, 2002, S Kriete, Berndt: Energos-Heiz- und Heizkraftwerke - energetische Verwertung von Ersatzbrennstoffen aus Abfällen-.. In: Thomé-Kozmiensky (Hrsg.) Ersatzbrennstoffe 2, TK Verlag Neuruppin, 2002, S Obermeier, Thomas: Entsorgungsangebote und Verwertungsstrategien des SVZ Schwarze Pumpe. In: Zukunft der thermischen Restabfallbehandlung, K. Wiemer, M. Kern (Hrsg.), S Büttenbender, B.: Auslegung des MHKW Rothensee/Magdeburg mit 2*20 t/h für Hausmüll und Hochkalorik. In: Thomé- Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Optimierungspotential der Abfallverbrennung. TK Verlag Neuruppin, 2003, S Walter, G.; Gallenkemper, B.; Flamme, S.: Verwertungsmöglichkeiten für hochkalorische Restabfallfraktion (SBS). In: Stegmann, R. (Hrsg.): Deponietechnik 2002 (Tagungsband 3. Hamburger Abfallwirtschaftstage, ), Verlag Abfall aktuell Hamburg, 2002 (Hamburger Berichte, Bd. 18), S