Best Practice Beispiel: Hydrothermale Carbonisierung bei den Stadtwerken Halle

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1 Best Practice Beispiel: Hydrothermale Carbonisierung bei den Stadtwerken Halle Falko Kietzmann, Abteilungsleiter Stoffstrommanagement HWS GmbH Leipzig,

2 Best Practice: Hydrothermale Carbonisierung bei den Stadtwerken Halle Agenda Leipzig, Die HWS GmbH 2. Ausgangssituation 3. Zielstellung der HWS 4. Die hydrothermale Carbonisierung 5. Die Demonstrationsanlage der HWS 6. Fazit und Ausblick

3 1. Die HWS GmbH 3 Im September 2009 wurden die Hallesche Wasser und Abwasser GmbH und die Stadtwirtschaft GmbH Halle zu einem neuen Unternehmen, der Halleschen Wasser und Stadtwirtschaft GmbH, verschmolzen. Mit rund 800 Mitarbeitern und Auszubildenden bietet die Tochter der Stadtwerke Halle GmbH viele Leistungen der kommunalen Daseinsvorsorge und darüber hinausgehende Dienstleistungen an, u.a.: Wasserversorgung Wertstofferfassung Abwasserbeseitigung Abfallentsorgung Straßenreinigung und Winterdienst Gebäudereinigung 3 Wertstoffhöfe im Stadtgebiet von Halle Containerdienst Elektroaltgerätesortierung

4 4 2. Ausgangssituation für wesentliche Stoffströme, vor allem biogene Reststoffe, sind die etablierten Wege der energetischen Nutzung (Verbrennung, Vergasung, Pyrolyse, Vergärung) nur bedingt geeignet: Klärschlamm, Gärrest, biogene Siedlungsabfälle (Biotonne), gartenbauliche und landwirtschaftliche Reststoffe sowie Reste aus der Lebensmittelindustrie. Ursache ist der zu hohe Wassergehalt für eine thermische Umwandlung in Kombination mit einer schlechten Vergärbarkeit. Häufig erfolgt deshalb eine Verwertung ohne Energienutzung, etwa eine Kompostierung. Dabei bleiben wichtige Potenziale ungenutzt und ungeführte Abgasströme werden freigesetzt.

5 2. Ausgangssituation 5 Stoffströme deutschlandweit Klärschlamm 8-10 Mio t OS (2,0 Mio t TS) biogene Siedlungsabfälle 3,8 Mio t OS kommunaler Grünschnitt 5,0 Mio t OS gewerbliche Speiseabfälle 1,7 Mio t OS Gülle (Rinder, Schweine) 130,0 Mio t OS Hühnerkot 6,0 Mio t OS Stoffströme HWS [Statistisches Bundesamt, Witzenhausen Institut, UBA, DBFZ] Klärschlamm ca t OS biogene Siedlungsabfälle ca t OS kommunaler Grünschnitt ca t OS

6 2. Ausgangssituation 6 Starke Jahreszeitliche Schwankungen hinsichtlich Aufkommen und Zusammensetzung

7 7 3. Zielstellung der HWS Erschließung ungenutzten Potentials bei Verwertung biogener Reststoffe Fraktion im Übergangsbereich ligninarm > ligninreich Herstellung eines hochwertigen Brennstoffes (lagerstabil) Primärer Fokus auf Grünschnittmaterial Errichtung und Betrieb Demonstrationsanlage für t OS / a Ermittlung der CO 2 -Bilanz Optimierung und Definition von Brennstoffeigenschaften Kommunale Übertragbarkeit Etablierung einer Verwertung innerhalb der Stadtwerke Einsatzgebiet Klärschlamm? Einsatzgebiet Bodensubstrat? Lösungsansatz: Brennstoffveredelung durch hydrothermale Carbonisierung (HTC)!

8 4. Die hydrothermale Carbonisierung 8 Der Prozess HTC Foto: DBFZ Bioabfall (Braune Tonne) Kommunaler Grünschnitt Gärrest thermo-chemischer Konversionsprozess in heißem Hochdruckwasser: C bar mehrere Stunden Foto: DBFZ klimafreundliche Biokohle mit braunkohleähnlichen Eigenschaften

9 4. Die hydrothermale Carbonisierung Gesamtprozess 9

10 4. Die hydrothermale Carbonisierung Versuche am DBFZ 10 Versuche mit verschiedenen Substraten im Laborautoklav (Bioabfall Günschnitt, Gärrest) 3 Temperaturen x 3 Verweilzeiten [1] Kaltschmitt, M. et al.: Energie aus Biomasse (2009) Steigerung von Kohlenstoffgehalt und damit Brennwert Eigenschaften abhängig von Temperatur (Druck) und Verweilzeit Vergleichbarkeit mit Braukohle

11 4. Die hydrothermale Carbonisierung Erwartete Vorteile der HTC 11 Erschließung neuer Stoffströme für die energetische Nutzung überschaubarer technischer Aufwand ( milde Bedingungen) gut mechanisch entwässerbares Produkt (50 bis > 70 % TS, Vgl.: Klärschlamm % TS) deutliche Verbesserung der Energieeffizienz durch geringeren Trocknungswärmebedarf vereinheitlichtes, lagerstabiles Produkt vollständige Hygienisierung verbesserte Verbrennungs- und Vergasungseigenschaften Kohleanwendung auch außerhalb der Großkraftwerke perspektivisch Phosphorrückgewinnung und Schadstoffentfrachtung kleine Anlagen wirtschaftlich realisierbar

12 5. Die Demonstrationsanlage der HWS Rahmeninformation 12 BMWi-Förderprogramm Energetische Biomassenutzung (Phase II) Stoffstromanalysen (Zusammensetzung und Eignung der Ausgangsstoffe) Experimentelle Untersuchungen (Einfluss Reaktionsbedingungen, Optimierung) Technologieüberblick, Anlagen- und Standortauswahl Jährlich bis zu t OS Inputmaterial werden zu ca t/a HTC-Kohle Reaktorvolumen: Liter, liegender, kontinuierlicher Rohrreaktor Anlagentechnik der Artec Biotechnologie GmbH, Bad Königshofen Anlage umfasst den HTC-Reaktor Art coal 3000k mit Nebenaggregaten und der erforderlichen Peripherie sowie die thermische Trocknung (auf 90 % TS) Pelletierung/Brikettierung ist vorgesehen bzw. kann ergänzt werden Standort der Anlage ist die Abfallwirtschaft GmbH Halle-Lochau in Anbindung an das BHKW Gasstation Nord Die bisher ungenutzte Abwärme des BHKW der AWH versorgt die HTC

13 5. Die Demonstrationsanlage der HWS Einbindung in bestehende Strukturen (integriert) 13 BHKW Strom und Wärme Biomüll (braune Tonne) Vorrotte Vergärung (TNS Loock) Kompostierung Kompost (Verkauf) HTC Kompaktierung HTC-Kohle (Verkauf) Gras- und Laubanteil (Hauptfraktion) Zerkleinerung Kompostierung Kompost (Verkauf) Grünschnitt (Wertstoffhof) Ligninreiche Fraktion (geringe Menge) Zerkleinerung Biomassekraftwerk Strom und Wärme Legende: Bestehende Verwertungspfade Geplante Verwertungspfade Im Vorhaben zu prüfende optionale Verwertungspfade

14 5. Die Demonstrationsanlage der HWS 14 Renergie-Container als Biomassebunker Vogelsang Baugruppe für Nachzerkleinerung und Anmaischen

15 5. Die Demonstrationsanlage der HWS 15 Wärmetauscher am Deponiegas-BHKW HTC-Reaktor ausgefahren

16 5. Die Demonstrationsanlage der HWS 16 Trocknungscontainer mit Austragband Steuerungspanel mit Fernzugriff

17 5. Die Demonstrationsanlage der HWS Bisherige Erfahrungen 17 Genehmigung der Anlage nach Baurecht (nicht BImSchG) da Input < 10 t/d Geplante Inbetriebnahme: August 2013 Verzögerung durch nicht vorhersehbare technische Probleme (defekte Wärmetauscher, Druckspitzen) Inbetriebnahme sowie 5-tägiger, kontinuierlicher Probebetrieb im November 2014 (?) Sehr breites Interesses an Anlage und Produkt seitens Forschung und Praxis

18 6. Fazit und Ausblick 18 Der bisherige Verlauf war nicht zufriedenstellend aber nicht untypisch für eine Pilotanlage dieser Größenordnung Mit Inbetriebnahme geplant: Wissenschaftliche Begleitung des Anlagenbetriebes Prozessoptimierung Bestimmung der Massen- und Energiebilanz für gesamte Bereitstellungskette Pelletier- und Verbrennungsversuche mit der HTC-Kohle Ökonomische und ökologische Bewertung Untersuchung alternativer Wege der Produktanwendung (Vergasung, Einsatz als Bodenhilfsstoff) Anpassung an weitere Ausgangsstoffe z.b. Klärschlamm Einsatz im Rahmen einer Monoverbrennung (Kesselbeschaffung und - optimierung) zur Energieversorgung innerhalb der Stadtwerke Beteiligung an Folgeprojekt zur Produktion von Grundchemikalien (Phenol) aus Biomasse mittels HTC

19 Best Practice: Hydrothermale Carbonisierung bei den Stadtwerken Halle Leipzig, Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Foto: Projektteam HTC