Klimaschutz bei Siedlungsabfalldeponien. Einsatz geeigneter Technologien zur Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen

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1 Klimaschutz bei Siedlungsabfalldeponien Einsatz geeigneter Technologien zur Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen Deponie Hasenbühl Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen und des Emissionspotenzials unter Anwendung des inspiro -Verfahrens Auftraggeber Verfasser Münzstraße Schwäbisch Hall Tel w.schmidt@lrasha.de contec Ingenieurgesellschaft für Energie und Umwelttechnik mbh Raistinger Straße 4/ Herrenberg Tel info@contec-herrenberg.com contec Ingenieurgesellschaft für Energie und Umwelttechnik mbh Raistinger Straße 4/ Herrenberg info@contec-herrenberg.com T 07032/ M 0172/ F 07032/23367 Bank: BW Bank Kto.-Nr BLZ IBAN: DE BIC/SWIFT: SOLADEST 600 Geschäftsführer: Joachim Lehner Registergericht: Stuttgart HRB St.-Nr /00548

2 1 Inhaltsverzeichnis 1. Bestandsaufnahme Beschreibung der technischen Ausgangssituation Entgasungseinrichtungen der Deponie Hasenbühl Genehmigungssituation Entgasungssituation der Deponie Hasenbühl Potenzialanalyse Gasprognose - theoretisches Emissionspotenzial Abgesaugte Deponiegasmengen - Gaszusammensetzung Optimierungspotenzial bestehender technischer Einrichtungen Entgasungs- und Verfahrenskonzept Grundsätze und Leitlinien Konzept Verfahren Technisches Konzept Behandlungsziele Maßnahmenkatalog Emissionsminderung gegenüber dem Referenzszenario Beschreibung des Referenzszenarios - ohne Durchführung der Maßnahme Prognose der zukünftig erfassbaren Gasmengen Emissionsminderung gegenüber dem Referenzszenario Monitoringkonzept und Messprogramm Gasförderstation und Schwachgasbehandlungsanlage Gasfassungssystem - Wirkungskontrollen Seite 2 von 32

3 Kontroll-, Leistungs- und Optimierungsmessungen Funktionsprüfungen Gasemissionen - unkontrollierte Gasaustritte Deponiegaszusammensetzung - Laboruntersuchungen Bericht und Dokumentation zum Monitoring-Konzept Fachliche Bewertung des Konzepts in Hinblick auf die Förderfähigkeit als Klimaschutzteilkonzept Anhang A Referenzliste der contec GmbH Deponieentgasung - Wirkungskontrollen der Entgasung (Auszug) Anhang B Technische Mindestanforderungen an die Gasbehandlungsanlage Seite 3 von 32

4 1. Bestandsaufnahme Stammdaten der Deponie Hasenbühl Deponiebetreiber Eigentümer Kreis Einzugsbereich Lage der Deponie Gemarkung Gesamtfläche Ablagerungsbereich Münzstraße 1, Schwäbisch Hall s. Deponiebetreiber Schwäbisch Hall Abfälle aus dem Landkreis ca. 1,5 km östlich von Schwäbisch Hall - Hessental Schwäbisch Hall - Hessental ca. 14 ha ca. 9,2 ha Ablagerungszeitraum 1977 bis 2005 Deponieform Deponieart Abfallinventar Hügeldeponie Siedlungsabfalldeponie DK II (Rottedeponie) mechanisch-biologisch vorbehandelte Siedlungsabfälle Deponievolumen ca. 1,83 Mio. m 3 Abfallmenge Hausmülläquivalent Abfallvorbehandlung ca. 2,14 Mio. t ca t Die organikhaltigen Abfälle wurden vor dem Einbau einer mechanisch-biologischen Abfallvorbehandlung unterzogen. Die angelieferten Abfälle wurden hierzu mit Ausnahme der Inertmaterialien zerkleinert und anschließend auf der Einbaufläche zu Abfallmieten aufgeschüttet. Nach Beendigung der Rotte wurden die zerkleinerten Abfälle hoch verdichtet eingebaut. Inertmaterial, wie z. B. Straßenaufbruch, wurde ohne Vorbehandlung für den Wegebau innerhalb der Einbaufläche oder als Gegenschüttung zum Randdammaufbau verwendet. Abbauraten der leicht abbaubare Stoffe: ca. 90 % Abfallvorbehandlung mittel schwer abbaubare Stoffe: ca. 75 % schwer abbaubare Stoffe: ca. 35 % Seite 4 von 32

5 Abbildung 1: Luftbild - Deponie Hasenbühl Seite 5 von 32

6 Basisabdichtung verdichteter mineralischer Untergrund mit feinkörnigem Gipskeupermaterial aus zwei insgesamt 60 cm starken Schichten (Kf-Wert: > 10-9 m/s) Oberflächenabdichtung Die Oberflächenabdichtung wird derzeit mit folgendem Schichtaufbau hergestellt: - tragfähige Ausgleichsschicht ( 20 cm) - mineralische Dichtungsschicht - Kunststoffdichtungsbahn - Entwässerungsschicht ( 20 cm) - Rekultivierungsschicht ( 2,00 m) Rekultivierung nach Fertigstellung der Oberflächenabdichtung Technische Bestandsaufnahme regelmäßige Wirkungskontrollen der Entgasung inkl. Funktionsprüfung der vorhandenen einschl. Bewertung des Zustandes und der Einrichtungen zur Deponiegaserfassung Funktionsfähigkeit des Gasfassungssystems Untersuchung der Gasbrunnen Die Leistungs- und Funktionsfähigkeit wird regelmäßig im Rahmen der Wirkungskontrollen geprüft Technische Bestandsaufnahme jährliche Reinigung des Leitungssystems inkl. Funktionsprüfung der vorhandenen einschließlich Bewertung des Zustandes Einrichtungen zur Sickerwassererfassung Setzungsverhalten Die Setzungspunkte wurden jährlich vermessen. Nach Fertigstellung der Oberflächenabdichtung werden neue Setzungspunkte eingerichtet Anteil an Organik (unbehandelt)1 DOC-Anteil (ots): DOCF-Anteil: ca. 180 kg/t (HE) ca. 90 kg/t (HE) Anteil an Organik nach Abfallvorbehandlung DOC-Anteil (ots): DOCF-Anteil: ca kg/t (HE) ca kg/t (HE) biologisch abbaubare organische Substanz 2 im Jahr ,3 kg ots/t Hausmülläquivalent im Jahr ,6 kg ots/t Hausmülläquivalent Gasqualität bei Absaugbetrieb Methan CH Vol.-% (Hauptbestandteile) Kohlendioxid CO Vol.-% Sauerstoff O2 Rest - Stickstoff N2 <3 Vol.-% 1 Ausgangswert - unbehandelter Hausmüll vor der Abfallvorbehandlung (Ansatz nach IPCC) 2 Bezug - Gasprognose nach IPCC, Input: vorbehandelte Abfälle Seite 6 von 32

7 2. Beschreibung der technischen Ausgangssituation 2.1. Entgasungseinrichtungen der Deponie Hasenbühl Die Deponie Hasenbühl verfügt über ein aktives Entgasungssystem und Einrichtungen zur Gaserfassung. Das Gasfassungssystem besteht aus 33 Gasbrunnen. Die Gasbrunnen sind so angelegt, dass sich die jeweiligen theoretischen Einzugsradien überschneiden. Die Gasbrunnen sind über Einzelleitungen mit 3 dezentralen Gassammelstellen verbunden. Innerhalb der Gassammelstellen sind Sammelbalken mit Messstrecken und Reguliereinrichtungen in den Gaszuleitungen vorhanden. Jeder der Gaskollektoren kann einzeln eingeregelt werden. Die Gasverdichterstation wurde für eine min./max. Förderleistung von ca. 50 bis 250 m3/h ausgelegt. Das Deponiegas wurde von 2000 bis 2013 verwertet. Die gasmotorische Nutzung musste Ende 2013 wegen rückläufiger Gasmengen und der Insolvenz der Betreiberfirma eingestellt werden. Seitdem wird das Deponiegas mittels Fackelanlage thermisch behandelt. Zur Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Entgasung der Deponie wird das Deponiegas seit 2013 mittels Fackelanlage behandelt. Die Verbrennung erfolgt bei > C. Der Regelbereich des Brenners liegt zwischen 50 kw und 500 kw. In der Gasförderstation sind die Verdichtereinheit, die Mess-/Regeleinrichtungen, die stationäre Gasanalyse und die sonstigen erforderlichen Überwachungseinrichtungen untergebracht. Die Anlagentechnik der Gasförderstation und die Fackelanlage sind mehr als 15 Jahre alt und technisch veraltet. Die Ersatzteilversorgung wichtiger Komponenten (Steuerung, Gasanalyse, Brennertechnik) ist auf Dauer nicht mehr gewährleistet. Die Fackelanlage ist für einen kontinuierlichen Absaugbetrieb bei CH4-Konzentrationen < 30 Vol.-% nicht geeignet. 2.2.Genehmigungssituation Abfallrechtliche Genehmigung zur Einführung des Rotteverfahrens vom 11. Juli 1986 Abfallrechtliche Genehmigung zur Errichtung der Entgasungsanlage vom 28. August 1986 Änderung der abfallrechtlichen Genehmigung zur Errichtung der Entgasungsanlage vom 06. Februar 1992 Abfallrechtliche Genehmigung zur Sanierung der Entwässerungs- und Entgasungseinrichtungen vom 30. Juni 1995 Seite 7 von 32

8 2.3. Entgasungssituation der Deponie Hasenbühl Auf der Rottedeponie Hasenbühl wurden von 1977 bis 2005 ca. 1,65 Mio. m³ mechanisch-biologisch vorbehandelte Siedlungsabfälle abgelagert. Durch die Abfallvorbehandlung wurden vor allem die leicht bis mittelschwer abbaubaren organischen Abfallfraktionen bereits vor der Deponierung aerob abgebaut. Aufgrund der Vorrotte ist das Gasbildungspotenzial der Deponie im Vergleich zu einer klassischen Hausmülldeponie deutlich reduziert. Der Abbaugrad der Vorbehandlung lag im Mittel bei geschätzt ca %. Das Restgasbildungspotenzial der abgelagerten Abfälle machte trotz der Vorbehandlung die Errichtung und den Betrieb einer aktiven Entgasung erforderlich. Zwischen 2000 und 2014 wurden im Jahresmittel ca m3 Deponiegas erfasst und verwertet bzw. mit Hilfe einer Hochtemperaturfackel thermisch behandelt. Die abgesaugte Gasmenge nahm von von ca. 1,575 Mio. m³/a (2001) auf ca. 0,59 Mio. m³/a (2014) ab. Die Gasproduktion der Deponie ist nach Abschluss der Verfüllung 2005 generell rückläufig. Zudem werden die anaeroben Abbauprozesse im Deponiekörper zunehmend instabil. Die erfassbare Gasmenge und der Gaserfassungsgrad nehmen ab. Bei Stillstand der Entgasungsanlage, Intervallbetrieb und zu schwacher bzw. Nichtabsaugung des Gasfassungssystems entweicht Deponiegas unkontrolliert u. a. über das Sickerwasserleitungssystem in die Atmosphäre. Die Gasemissionen und -migrationen nehmen zu. Damit verbunden ist ein Anstieg des Gefährdungspotenzials infolge der Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre. Um eine optimale Entgasung auch zukünftig gewährleisten zu können ist es erforderlich, die Deponie bei höheren Absaugmengen und niedrigeren CH4-Konzentrationen zu entgasen. Damit wird der Gaserfassungsgrad erhöht und der Deponiekörper zunehmend aerobisiert. Seite 8 von 32

9 3. Potenzialanalyse 3.1. Gasprognose - theoretisches Emissionspotenzial Das noch vorhandene Emissionspotenzial der Deponie wird auf Grundlage einer Gasprognose nach FOD mit den nachfolgenden Annahmen und Inputdaten berechnet. Grundlagen und Annahmen Gasprognose - Methode FOD Reaktionsgleichung 1. Ordnung Ablagerungszeitraum organikhaltiger Abfälle: Ablagerungsmenge in Hausmüllequivalent (HE): ca t HE DOC-Anteil der zur Ablagerung angenommenen Abfälle: 180 kg pro t HE DOCF-Anteil der zur Ablagerung angenommenen Abfälle: 90 kg pro t HE Halbwertszeiten und Aufteilung der Abfallfraktionen in leicht, mittel und schwer abbaubar leicht abbaubar ca. 30 % des DOC-Anteils, Halbwertszeit t1/2: 3 Jahre mittel schwer abbaubar ca. 30 % des DOC-Anteils, Halbwertszeit t1/2: 6 Jahre schwer abbaubar ca. 40 % des DOC-Anteils, Halbwertszeit t1/2: 10 Jahre Einfluss und Abbauraten der Abfallvorbehandlung: leicht abbaubare Stoffe: ca. 90 %, Restpotenzial 10 % mittel schwer abbaubare Stoffe: ca. 75 %, Restpotenzial 25 % schwer abbaubare Stoffe: ca. 35 %, Restpotenzial 65 % DOC-Anteil nach Abfallvorbehandlung: ca kg pro t HE DOCF-Anteil nach Abfallvorbehandlung: ca kg pro t HE Gasproduktion (ungestört): CH4-Konzentration 60 Vol.-%, Rest CO2 Seite 9 von 32

10 Ergebnisse Die Gasproduktion der Deponie Hasenbühl beträgt derzeit noch ca. 100 m3/h (2016: ca m3/a). Die Gasmenge nimmt kontinuierlich ab und liegt ab 2035 unter ca. 25 m3/h. Die nach wie vor stattfindende Gasproduktion wird von den organisch schwer abbaubaren Abfällen bestimmt. Das Restpotenzial der leicht bis mittel schwer abbaubaren Abfallfraktionen spielen 10 Jahre nach Ablagerungsende keine wesentliche Rolle mehr. Deponie Hasenbühl Gasprognose nach IPCC - FOD-Methode Gasproduktion in m /h Entwicklung der Gasproduktion 2047 Jahr Abbildung 2: Prognose - zukünftige Entwicklung der Gasproduktion Seite 10 von 32

11 3.2. Abgesaugte Deponiegasmengen - Gaszusammensetzung Gaszusammensetzung im Absaugbetrieb Die Zusammensetzung des abgesaugten Deponiegases im Absaugbetrieb der letzten 15 Jahre ist in Tabelle 1 zusammengestellt. CH4 CO , Deponiegas CH4 CO2 O2 N2 CH4/CO2 34,7 1,6 12,4 1,48 86,0 59,7 40,3 49,1 34,6 1,7 14,6 1,42 83,7 58,7 41, ,9 33,6 2,2 15,3 1,46 82,5 59,3 40, ,4 34,5 1,5 14,6 1,43 83,9 58,9 41, ,3 35,3 1,1 10,3 1,51 88,6 60,2 39, ,5 37,7 0,5 4,3 1,53 95,2 60,4 39, ,4 35,5 0,7 7,4 1,59 91,9 61,4 38, ,6 35,6 0,3 7,5 1,59 92,2 61,4 38, ,2 33,8 0,9 11,1 1,60 88,0 61,6 38, ,0 35,3 0,3 5,4 1,67 94,3 62,6 37, ,6 33,0 0,3 16,1 1,53 83,6 60,5 39, ,9 33,0 0,3 17,8 1,48 81,9 59,7 40, ,5 31,0 0,6 17,9 1,63 81,5 62,0 38, ,0 31,0 1,2 19,8 1,55 79,0 60,8 39,2 Zeitraum Vol.-% Jahr CH4 + CO2 fremdluftfrei Vol.-% ,6 30,4 1,0 23,0 1,50 76,0 60,0 40, ,0 33,9 0,9 13,2 1,53 85,9 60,5 39,5 Tabelle 1: Gaszusammensetzung im Absaugbetrieb und fremdluftfrei Die Jahresmittelwerte der CH4-Konzentration betrugen je nach Absaugbedingungen zwischen 45 und 58 Vol.-% (Mittelwert: 52,0 Vol.-%); die der CO2-Konzentrationen zwischen 30 und 38 Vol.-%. Das CH4-/CO2-Verhältnis lag somit zwischen 1,42 und 1,67 (Mittelwert: 1,53). Die um die Fremdluftanteile bereinigte Gaszusammensetzung und das CH4-/CO2-Verhältnis zeigen sehr stabile anaerobe Abbauverhältnisse in den abgesaugten Bereichen der Deponie. Im Absaugbetrieb wurden zudem nur geringe Sauerstoffkonzentrationen zwischen 1 und 2 Vol.-% gemessen. Seite 11 von 32

12 Entwicklung der abgesaugten Deponiegasmengen Die Entwicklung der abgesaugten Deponiegasmengen der letzten 15 Jahre ist in Tabelle 2 zusammengestellt. Zeitraum abgesaugte abgesaugte Gasmenge Gasmenge Erfassungs- Jahr Gasmenge Gasmenge fremdluftfrei fremdluftfrei grad m /h % m /a m /h m /a % % % % % % % % % % % % % % % Mittelwerte % Summen Tabelle 2: erfasste Deponiegasmengen bis Die höchsten Gasmengen wurden 2001 und 2002 erfasst (1,58 bzw. 1,43 Mio. m3/a). Seit 2012 liegt die erfasste Gasmenge unter m3/a (fremdluftfrei < m3/a) und 2014 wurden nur noch ca m3 (2013) bzw. ca m3 (2014) abgesaugt. Im 3-Jahreszeitraum lag die abgesaugte, fremdluftfreie4 Gasmenge im Mittel bei nur noch ca m3/a. Dies entspricht einer Absaugmenge von ca. 58 m3/h Deponiegas. Der Gaserfassungsgrad lag zwischen > 50 % ( ) und 40 % ( ). Im DreijahresZeitraum betrug der Gaserfassungsgrad im Durchschnitt noch ca. 44 % : Anlagenbetriebsdaten nur für das 2. Halbjahr fremdluftfrei: Menge an CH4 + CO2 abzügl. N2 und O2 Seite 12 von 32

13 3.3. Optimierungspotenzial bestehender technischer Einrichtungen Gasfassungssystem Das Gasfassungssystem der Deponie Hasenbühl entspricht mit einer ausreichenden Anzahl an Gasfassungselemente und Einzelanschluss dieser Gasfassungselemente an dezentralen Gassammelstellen dem Stand der Technik. Die Deponie wird aktuell mit einer qualifizierten Oberflächenabdichtung abgeschlossen. In dem Zusammenhang werden die Gasbrunnen neu endausgebaut und die Anschlussleitungen oberhalb der Abdichtung neu verlegt. Optimierungspotenzial besteht an folgenden Stellen: Modernisierung der drei dezentralen Gassammelstellen und der zentralen Gassammelstelle (Austausch der Gassammelbalken, der Messstrecken, Messkugelhähne und Regelklappen) Nachrüstung einer spezifischen Gut-/Schwachgastrennung für die Abtrennung von Gutgas, welches für eine energieautarke und klimaneutrale Eigenstromversorgung zur Verfügung gestellt wird. Gasförderstation und Fackelanlage Die Kompaktanlage ist mittlerweile mehr als 15 Jahre alt. Die Schalt-, Analysen-, Steuerungstechnik ist technisch veraltet. Die Fackelanlage ist für einen kontinuierlichen Absaugbetrieb bei CH4-Konzentrationen < 30 Vol.-% nicht geeignet. Seite 13 von 32

14 4. Entgasungs- und Verfahrenskonzept Aus Gründen des Klima- und Emissionsschutzes, zur Minimierung des Gefährdungspotenzials durch unkontrollierte Methangasfreisetzung und Gasmigrationen ist eine kontinuierliche, aktive Entgasung der Deponie Hasenbühl auch zukünftig erforderlich Grundsätze und Leitlinien Eine Deponieentgasung mit konstant hoher Absaugmenge und kontinuierlichen Betrieb gewährleistet einen hohen Gaserfassungsgrad und eine optimale Gaserfassung. Die Betriebsweise der Gasbehandlungsanlage ist an den Gashaushalt und die Entgasungssituation anzupassen und nicht umgekehrt. Erste Priorität hat eine effektive und kontinuierliche Entgasung der Deponie. Das Ziel einer möglichen Gasverwertung ist wünschenswert aber nachrangig. Die CH4-Konzentration sollte keinen wesentlich begrenzenden Faktor für die Absaugung und die anschließende Behandlung des Deponiegases darstellen Konzept Das Entgasungskonzept der Deponie soll unter den Gesichtpunkten Klimaschutz und Deponienachsorge angepasst und die aktive Entgasung der Deponie unter veränderten Randbedingungen weiter betrieben werden. Durch Erhöhung der Absaugmenge wird der Gaserfassungsgrad erweitert. Darüber hinaus erfolgt eine positive Einflussnahme auf den Gashaushalt im Abfallkörper in Form einer aeroben in-situ-stabilisierung mittels Saugbelüftung und die Minimierung potenzieller Methanemissionen. Mit der Aerobisierung können die Abbauprozesse im Vergleich zur anaeroben Entgasung beschleunigt und das Treibhausgaspotenzial der Deponie signifikant abgesenkt werden. Die Absenkung der CH4-Konzentration erfordert den Einsatz einer neuen Schwachgasbehandlungstechnik, die weitgehend energieautark und klimaneutral betrieben werden kann. Hierfür soll z. B. ein Stirlingmotor zur Eigenstromerzeugung (max. 8 kwel) zum Einsatz kommen. Der Gesamtgasstrom wird hierzu in ein einfaches Gut- und einen Schwachgasstrang aufgetrennt. Ein geringer Teil des Deponiegases - Gutgas - wird verwertet. Der Hauptanteil wird bei niedrigen CH4Konzentrationen als sog. Schwachgas in einer neuen Gasbehandlungsanlage thermisch behandelt. Seite 14 von 32

15 Der Schwerpunkt des zukünftigen Entgasungskonzeptes liegt auf einer Intensivierung des Absaugbetriebes mit einer kontrollierten, kontinuierlichen Absaugung des Deponiekörpers und der Steuerung des Gashaushaltes zur Beschleunigung der Abbauprozesse mittels Aerobisierung des Abfallkörpers sowie letztlich der damit verbundenen Verkürzung der gasseitigen Nachsorgephase. Die abgesaugte Gasmenge und die über den Gaspfad ausgetragene Kohlenstofffracht kann mit Hilfe einer kontrollierten Absaugung deutlich gesteigert und das CH4-/CO2-Verhältnis zunehmend in Richtung CO2 verschoben werden. Der Schwerpunkt des zukünftigen Anlagenbetriebes liegt auf einer kontinuierlichen und kontrollierten Prozessführung einer Schwachgasbehandlung mit einer überproportional höheren Durchsatzmenge bei Absenkung der CH4-Konzentration5 der Reduzierung der Restemissionen durch Steigerung der Gaserfassung der Absenkung des Gefährdungspotenzials durch Gasmigrationen der aktiven Einflussnahme und Beschleunigung der Abbauprozesse durch Aerobisierung des Abfallkörpers und letztlich der Verkürzung der Nachsorgephase => Die Aerobisierung des Deponiekörpers erfolgt durch kontrollierte und kontinuierliche Absaugung. => Eine Zwangsbelüftung durch Einblasen von Luft ist nicht erforderlich Verfahren6 5 Schwachgas: Deponiegas mit einer CH4-Konzentration < 30 Vol.-% 6 inspiro der Fa. contec GmbH Seite 15 von 32

16 Kennzeichen Steigerung der Absaugmenge und des Gaserfassungsgrades Freigabe und Absenkung der Methan-Konzentration Verschiebung der CH4-/CO2-Gleichgewichtes in Richtung CO2 gezielte und bedarfsgesteuerte Sauerstoffversorgung durch präzise Absaugung aktiver Lufteintrag ausschließlich durch Gasabsaugung im Unterdruckbereich Sicherstellung stabiler Unterdruckverhältnisse im gesamten Deponiekörper Prozessführung aktive Entgasung durch kontrollierte, kontinuierliche und effiziente Absaugung Steuerung des Prozesses durch die kontinuierliche Absaugung im Unterdruckbereich der erforderliche Sauerstoff wird ausschließlich durch das Ansaugen von Umgebungsluft bereitgestellt Mikroorganismen werden zielgerichtet mit Luftstauerstoff versorgt => aerobe verdrängen anaerobe Mikroorganismen => organisch abbaubare Kohlenstoff wird hauptsächlich zu Kohlendioxid verstoffwechselt. vorhandene Einrichtungen zur Gaserfassung werden unter veränderten Betriebsbedingungen genutzt => zusätzlichen Einrichtungen zur Belüftung sind nicht erforderlich Effekt Steigerung des Gaserfassungsgrades Verschiebung des Methan-Kohlendioxid-Gleichgewichtes => die Methankonzentrationen werden dauerhaft in Bereiche < 5 bis < 10 Vol.-% abgesenkt das CH4-/CO2-Verhältnis kippt von > 1 auf < 1 inspiro unterstützt die Deponien hierbei durch kontinuierliche und kontrollierte Entgasung gleichsam beim Einatmen Unterdruck im gesamten Deponiekörper aktiver Lufteintrag durch Gasabsaugung im Unterdruckbereich => gezielte und bedarfsgesteuerte Sauerstoffversorgung Seite 16 von 32

17 4.4. Technisches Konzept Deponieentgasung - Absaugbedingungen kontinuierliche Absaugung mit konstanter, hoher Fördermenge Absenkung der CH4-Konzentration auf < 5 bis < 10 Vol.-% Gasbehandlung Einsatz einer thermischen Schwachgasbehandlungstechnologie für die Behandlung von Deponiegas mit CH4-Konzentrationen < 5 bis < 10 Vol.-%. Betrieb der neuen Schwachgasbehandlungsanlage für 15 bis 20 Jahre Gut-/Schwachgastrennung und Eigenstromerzeugung (Option) energieautarke und klimaneutrale Eigenstromerzeugung mittels Stirlingmotor 4.5. Behandlungsziele Gesamtziele des Vorhabens Klimaschutz - Reduzierung der Treibhausgasemissionen Reduzierung des Reaktionspotenzials im Deponiekörper Emissionsminimierung - Minimierung der diffusen Methanemissionen und der Gasmigrationen Steigerung des Gaserfassungsgrades Aerobisierung und Stabilisierung des Deponiekörpers Minimierung der Explosionsgefahren Minimierung des Gefährdungspotenzials durch Schwefelwasserstoffbildung Beschleunigung der Abbauprozesse im Deponiekörper über den Gaspfad Verkürzung des Nachsorgezeitraums Förderpolitische Ziele Investition in Klimaschutztechnologien, -verfahren und Prozessführung Reduzierung der Treibhausgasemissionen > 50 % gegenüber dem Vergleichsszenario (Ist-Zustand) Seite 17 von 32

18 Technische Arbeitsziele Aerobisierung durch kontrollierte und kontinuierliche Entgasung der Deponie Absaugung sämtlicher Gasfassungselemente unter optimalen Absaugbedingungen Herstellung definierter Unterdruckverhältnisse im Deponiekörper Zielwerte für den Methangehalt im Hauptgasstrang CH4 < 5 bis < 10 Vol.-% Verschiebung des CH4-/CO2-Verhältnisses in Richtung CO2 thermische Behandlung des abgesaugten Deponiegases 5. Maßnahmenkatalog Maßnahmen zur Ertüchtigung der Entgasungseinrichtungen Optimierungsmaßnahmen am Gasfassungssystem Modernisierung der drei dezentralen Gassammelstellen und der zentralen Gassammelstelle (Austausch der Gassammelbalken, der Messstrecken, Messkugelhähne und Regelklappen) Nachrüstung einer spezifischen Gut-/Schwachgastrennung für die Abtrennung von Gutgas Schwachgasbehandlungsanlage - Containeranlage Rückbau der vorhandenen Kompaktanlage bestehend aus Gasfördereinrichtung und Fackelanlage Inbetriebnahme einer neuen Gasförderstation einschließlich Schwachgasbehandlungsanlage Mindestanforderungen der Schwachgasbehandlungsanlage: s. Anhang B. Eigenstromerzeugung Eigenstromerzeugung mittels eines Hilfsaggregates (z. B. Stirlingmotor) Seite 18 von 32

19 6. Emissionsminderung gegenüber dem Referenzszenario 6.1. Beschreibung des Referenzszenarios - ohne Durchführung der Maßnahme Prognose der Entwicklung der zukünftig erfassbaren Gasmengen Dem Referenzszenario werden folgende Annahmen und Anlagenbetriebsdaten zugrunde gelegt: Weiterführung der Deponieentgasung mit der vorhandenen Anlagentechnik Betrieb kontinuierlicher Betrieb der Fackelanlage CH4-Konzentration Vol.-% Absaugmenge 2018: geschätzt ca m3/a, fremdluftfrei: ca m3/a Gaserfassung Rückgang jeweils ca. 10 % gegenüber dem Vorjahr Zeitraum abgesaugte abgesaugte Gasmenge Erfassungs- erfasstes Jahr Gasmenge Gasmenge fremdluftfrei grad Methan m3/a m3/h m3/a % m3/a , % , % , % , % , % , % , % , % , % , % , % , % , % , % , % Seite 19 von 32

20 Zeitraum abgesaugte abgesaugte Gasmenge Erfassungs- erfasstes Jahr Gasmenge Gasmenge fremdluftfrei grad Methan 3 m /a 3 m /h 3 m /a % m3/a , % , % , % , % , % , % , % , % , % , % % Tabelle 3 Referenzszenario Prognose der zukünftigen Entwicklung der erfassbaren Gasmengen Ergebnis Unter der Beibehaltung der bisherigen Betriebsweise - kontinuierlicher Absaugbetrieb bei CH4-Konzentrationen zwischen Vol.-% - können im Bilanzierungszeitraum ca. 1,64 Mio. m Methan erfasst und thermisch behandelt werden. Der Gaserfassungsgrad sinkt von ca % (2018/2019) auf 25 % (ab 2034) und liegt im Zeitraum im Mittel bei 28 %. Eine Anpassung der vorhandenen Behandlungstechnik an die rückläufigen erfassbaren Gasmengen wäre - unabhängig von dem geplanten neuen Entgasungskonzept - innerhalb der nächsten 5 Jahre erforderlich Prognose der zukünftig erfassbaren Gasmengen Szenario bei Durchführung der Maßnahmen zur in-situ-stabilisierung Mit der Absenkung der CH4-Konzentration und Verschiebung des CH4-/CO2-Gleichgewichts sind wesentlich höhere Gaserfassungsraten möglich. Zudem laufen die Abbauprozesse infolge der Aerobisierung beschleunigt ab. Seite 20 von 32

21 Prognose - Potenzial und Prozessführung Deponiegas Jahr Potenzial Prozessführung - inspiro Verfahren normiert auf Absenkung Verschiebung zu behandelnde Gasmenge 60 % CH4 auf CH4 CH4/CO2 Q m3/a Vol.-% von 1,5 auf m3/a m3/h ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, Tabelle 4 Potenzial und Prozessführung Seite 21 von 32

22 Prognose - zukünftig erfassbare Gasmengen Deponiegaspotenzial und technische erfassbare Gasmengen normiert auf 60 Vol.-% CH4 Gaserfassungsgrad 90 % Anlagenverfügbarkeit 90 % m3/a m3/a m3/a Jahr Tabelle 5 technisch erfassbare Gasmengen Seite 22 von 32

23 Aerobisierung - geplante Prozessführung - inspiro Verfahren Betrieb kontinuierlicher Absaugbetrieb Gaserfassungsgrad 90 % Anlagenverfügbarkeit 90 % Absaugmengen : 300 bis 400 m3/h : 250 bis 350 m3/h : 300 m3/h CH4-/CO2-Gleichgewicht 1,5 < 0, Absenkung der CH4-Konzentration auf 15 bis 10 Vol.-% Verschiebung des CH4-/CO2-Gleichgewichtes von 1,5 auf 0,5 ab 2029 schrittweise Absenkung von < 10 Vol.-% bis 3 CH4 Verschiebung des CH4-/CO2-Gleichgewichts von 0,5 auf 0, Emissionsminderung gegenüber dem Referenzszenario Emissionsminderung gegenüber dem Referenz-Szenario Referenzszenario in-situstabilisierung m3 CH4/a m3 CH4/a m3 CH4/a in % % % % % % % % % % % % % Jahr Seite 23 von 32

24 Emissionsminderung gegenüber dem Referenz-Szenario Referenzszenario in-situstabilisierung m3 CH4/a m3 CH4/a m3 CH4/a in % % % % % % % % % % % % % % % Jahr Tabelle 6 Emissionsminderung - Bilanzierung CH4 Ergebnisse und Vergleich mit dem Referenzszenario 1. Mit Umsetzung der Maßnahmen zur in-situ-stabilisierung könnten die gefassten und behandelten Gasmengen im Vergleich zum Referenzszenario deutlich gesteigert werden. 2. Bei den erfassten und behandelten Gasmengen wird für den Zeitraum eine Steigerung des Gesamt-Kohlenstoffaustrages über den Gaspfad um ca. 300 % gegenüber dem Referenzszenario prognostiziert. 3. Der Gaserfassungsgrad kann mit Umstellung des Absaugbetriebes von im Durchschnitt ca. 28 % auf > 80 % gesteigert werden. 4. Gegenüber dem Referenzszenario beträgt die Emissionsminderung im Zeitraum ca. 3,36 Mio. m3 CH4 (-67 %). 5. Mit der in-situ-stabilisierung der Deponie Hasenbühl könnten somit ca t CO2-Äquivaltent im Zeitraum vermieden werden. Seite 24 von 32

25 Emissionsminderung gegenüber dem Referenzszenario Referenzszenario in-situstabilisierung t CO2 Eq t CO2 Eq t CO2 Eq in % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % Jahr Tabelle 7 Emissionsminderung - Bilanzierung in CO2 eq Seite 25 von 32

26 Emissionsminderung durch in-situ-stabilisierung der Deponie Hasenbühl 3 im Vergleich zum Referenzszenario in m Methan/a m CH4 /a in-situ-stabilisierung Jahr Referenzszenario Emissionsminderung durch in-situ-stabilisierung der Deponie Hasenbühl im Vergleich zum Referenzszenario in t CO 2 eq kumuliert in t CO2 eq kumuliert in-situ-stabilisierung Referenzszenario Jahr Abbildung 3 und 4: Emissionsminderung in m3 CH4 pro Jahr und in t CO2 eq kumuliert Seite 26 von 32

27 7. Monitoringkonzept und Messprogramm 7.1. Gasförderstation und Schwachgasbehandlungsanlage Kontinuierliche Erfassung, Aufzeichnung, Speicherung und Auswertung der nachfolgenden Parameter: Gaszusammensetzung (Konzentrationen an Methan, Kohlendioxid und Sauerstoff) Absaugmenge Saug-/Enddruck Betriebsstunden/Stillstandszeiten Störmeldungen Stromverbrauch Verbrennungstemperatur der thermischen Schwachgasbehandlungsanlage 7.2. Gasfassungssystem - Wirkungskontrollen Zur Prozessführung, Optimierung und Erfolgskontrolle werden nach Abschluss des Einfahrbetriebs am Gasfassungssystem regelmäßige Wirkungskontrollen und Funktionsprüfungen durchgeführt: Kontroll-, Leistungs- und Optimierungsmessungen (Intervall: 2-monatlich/vierteljährlich) Funktionsprüfungen am Gasfassungssystem (Intervall: viertel-/halbjährlich) FID-Messungen (Intervall: halbjährlich) Kontroll-, Leistungs- und Optimierungsmessungen Messung der Zusammensetzung an den Leitungssträngen der zentralen und den dezentralen Gassammelstelle(n), Parameter: CH4, CO2, O2, H2S, CO Messung der Durchflussmengen und der Druckverhältnisse an der Gasförderstation und den dezentralen Gassammelstellen Messung der Druckverhältnisse und der Temperaturen an den Gasbrunnenköpfen Messung der Gasqualität an den Gasbrunnenköpfen bei Bedarf Einregelung und Optimierung der Gasabsaugung auf der Grundlage der Messergebnisse Seite 27 von 32

28 Funktionsprüfungen Funktionstests an den Gassammelleitungen bei Bedarf regelmäßige Überprüfung der Gasfassungsstellen auf Beschädigungen und Beeinträchtigungen FID-Messung an den Gasbrunnen - halbjährlich Gasemissionen - unkontrollierte Gasaustritte FID-Messung im gesamten Ablagerungsbereich und im Eingangsbereich der Deponie zum Aufspüren ggf. noch vorhandener unkontrollierter Gasaustrittsstellen - halbjährlich Deponiegaszusammensetzung - Laboruntersuchungen Deponiegasuntersuchungen - Hauptgasstrang - jährlich Parameter: Volumenstrom, Kohlendioxid, Stickstoff, Sauerstoff, Methan, Gesamtfluor, Gesamtchlor, Gesamtschwefel, Benzol, Vinylchlorid 7.3. Bericht und Dokumentation zum Monitoring-Konzept Auswertung der Messergebnisse der Überprüfung des Entgasungssystems, der Funktionsprüfungen, der Überprüfung der Gasbrunnen und der FID-Messungen Auswertung des Einflusses der in-situ-stabilisierung auf die Gaszusammensetzung der Parameter CH4, CO2, O2, H2S, CO Auswertung Temperaturmessungen an den Gasbrunnen Auswertung der Druckverhältnisse an den Gasbrunnen Interpretation der Ergebnisse Zusammenhang FlD-Messung - gefasste Gasmengen an den einzelnen Gasfassungsstellen Technischer Zustand und Funktionsfähigkeit des Entgasungssystems Bewertung der Entgasungssituation Interpretation der Ergebnisse der Deponiegasuntersuchungen Bilanzierung Gesamt-C, CH4-C und CO2-C Quantifizierung der Emissionsminderung gegenüber dem Referenzszenario Auswertung der Leistungskennziffern der Aerobisierung: CH4-/CO2-Verhältnis, Fremdluftanteil, Rest-O2-Gehalt im Gasstrom, O2-Verbrauch im Deponiekörper Seite 28 von 32

29 8. Fachliche Bewertung des Konzepts in Hinblick auf die Förderfähigkeit als Klimaschutzteilkonzept Mit der Umstellung der Deponieentgasung auf das inspiro -Verfahren können unkontrollierte Methangas-Emissionen auf ein Minimum reduziert werden. Die Treibhausgas-Emissionen der Deponie Hasenbühl werden durch die in-situ-stabilisierung gegenüber einem Vergleichsszenario mit klassischer Deponiegasfassung und Behandlung um mehr als 50 % reduziert. Die Deponie erfüllt die Anforderungen bezüglich der Begrenzung der biologisch abbaubaren organischen Substanz auf maximal 12 kg/t. Die Förderfähigkeit als Klimaschutzteilkonzept ist unter fachlichen Gesichtspunkten gegeben. contec - Ingenieurgesellschaft für Energie und Umwelttechnik mbh Raistinger Straße 4/ Herrenberg T 07032/ F 07032/ lehner@contec-herrenberg.com Herrenberg, den 30. Juni 2016 Joachim Lehner Geschäftsführer Seite 29 von 32

30 Anhang A Referenzliste der contec GmbH Deponieentgasung - Wirkungskontrollen der Entgasung (Auszug) Deponie Leonberg, Landkreis Böblingen - seit 1995 Deponie Sindelfingen, Landkreis Böblingen - seit 1995 Deponie Ellert, Ostalbkreis - seit 1995 Deponie Reutehau, Ostalbkreis - seit 1995 Deponie Böblingen, Landkreis Böblingen - seit 1996 Deponie Simmozheim, Landkreis Calw - seit 1996 Deponie Oberhaugstett, Landkreis Calw - seit 1996 Deponie Walddorf, Landkreis Calw - seit 1996 Deponie Bengelbruck, Landkreis Freudenstadt - seit 1996 Deponie Horb-Rexingen, Landkreis Freudenstadt - seit 1997 Deponie Karlsruhe West, Stadt Karlsruhe - seit 1997 Deponie Karlsruhe Ost, Stadt Karlsruhe - seit 1997 Deponie Schweinerain, Stadt Tübingen - seit 1997 Deponie Hechingen, Zollernalbkreis - seit 1998 Deponie Talheim, Landkreis Tuttlingen - seit 1999 Deponie Stäffelesrain, Hohenlohekreis - seit 1999 Deponie Blumentobel - Landkreis Esslingen - seit 1999 Deponie Ramsklinge - Landkreis Esslingen - seit 1999 Deponie Hasenbühl - Landkreis Schwäbisch Hall - seit 2000 Deponie Pfuhl - Landkreis Neu-Ulm bis 2011 Deponie Ehningen, Landkreis Böblingen - seit 2005 Deponie Litzholz - Alb-Donau-Kreis - seit 2006 Deponie Marbach - Landkreis Sigmaringen bis 2012 Deponie Ringgenbach - Landkreis Sigmaringen bis 2012 Deponie Hüfingen - Schwarzwald-Baar-Kreis - seit 2007 Deponie Tuningen - Schwarzwald-Baar-Kreis - seit 2007 Deponie Hohberg - Stadt Pforzheim - seit 2008 Deponie Vogelsang - Stadt Heilbronn - seit 2013 Seite 30 von 32

31 Anhang B Technische Mindestanforderungen an die Gasbehandlungsanlage Containeranlage Gasdurchsatz max. 500 Nm³/h min./max. CH4-Gehalt < 5 Vol.-%/50 Vol.-% Thermischer Regelbereich 1 : 10 Thermischer Lastbereich kw Verbrennungstemperatur > C Verweilzeit > 0,3 s Autotherme Verbrennung bis zu CH4-Konzentrationen von 3 Vol.-% Regelbetrieb bei CH4 < 10 Vol.-% und ca Nm3/h Emissionsgrenzwerte Abgas TA Luft bzw. BImSchG Austrittshöhe Gewährleistung eines ungehinderten Abtransports der Abgase mit der freien Luftströmung und Einhaltung brand- bzw. arbeitsschutzrechtlicher Belange Schalldruckpegel in 1 Meter Entfernung bei maximaler Leistung: max. 76 db(a) bei maximaler Leistung in 100 Meter Entfernung < 40 db(a) Wesentliche Bestandteile der Anlage Gasförderaggregat Drehkolbengebläse, frequenzgeregelt Sicherheitstechnik explosionsfeste Ausführung temperaturüberwachte Deflagrationssicherungen, Schnellschlussklappen, Saug- und Förderdrucküberwachung, Temperaturüberwachung, eigensichere Schaltkreise Schaltanlage Schaltanlage mit SPS, Bildschirmschreiber zur Aufzeichnung aller wichtigen Betriebsparameter einschließlich Datenarchivierung/Datenlogger Seite 31 von 32

32 Fernsteuerung Fernüberwachung und Fernsteuerung der Anlage über Internetverbindung und Internetbrowser Störmeldesystem Vollautomatisches Absetzen von Störmeldungen beim Auftreten von Störungen oder kritischen Betriebszuständen, Störmeldung (über Telenot bzw. Mobilfunkkarte) Gasanalysesystem Gasanalysesystem zur kontinuierlichen Messung und Überwachung der CH4, CO2, und O2- Konzentration. redundanter Aufbau der Messeinrichtung für O2- Analyse Messgasaufbereitung mit Gaskühler, Kondensatabscheider, Kondensatpumpe und Kondensatrückführung, Messgasdurchflusskontrolle, Messgaspumpe, Feinfilter Prüfgas für Kalibrierung der Gasanalyse Betriebsanzeigen - Betriebsstunden Verdichter u. Behandlungsanlage, - Gaszusammensetzung (CH4, CO2, 2 x O2), - Verbrennungstemperatur, - Durchfluss und Gasmenge in Bm3 und Nm3 (Momentan-/Summenwerte) - Saug-/Enddruck - Betrieb/Störung der Anlage - Protokollierung der Störmeldungen und Aufschlüsselung der Störmeldungen einschließlich Angabe von Datum und Uhrzeit Automatikmodus wahlweise automatischer als auch Vor-Ort-Handbetrieb Kondensatabscheidung Kondensatabscheider mit Anbindung an das vorhandene Kondensatableitungssystem separater Stromzähler Aufzeichnung des Energieverbrauchs Explosionsschutz Sicherheitstechnische Konzept, Gefährdungsanalyse und Gefährdungsbeurteilung, Explosionsschutzdokument Arbeitsschutz/Sicherheit Sicherheitstechnische Abnahme Überprüfung der Sicherheitstechnik nach der aktuellen Fassung der Betriebssicherheitsverordnung Dokumentation/Unterlagen Betriebsanleitung und technischer Dokumentation Betriebsanweisung für den Normalbetrieb, Störungen und die Außerbetriebnahme der Anlage Seite 32 von 32