Stellenwert der energetischen Verwertung von Restfraktionen Trennen und verbrennen?

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1 Stellenwert der energetischen Verwertung von Restfraktionen Trennen und verbrennen? 19. Kölner Abfalltage 2. und 3. November 2010 in Köln Peter Quicker, Yves Noel

2 Vorstellung L & F Arbeitsgebiete Konversion und Veredlung von fossilen, nachwachsenden und sekundären Energieträgern. Insbesondere durch thermochemische Prozess Ausstattung Brennstofflabor Technikum Drehrohr Feuerungsmessstand Biomasse Abfälle Biomasse Kohle Studiengänge Rohstoffingenieurwesen Umweltingenieurwissenschaften Entsorgungsingenieurwesen

3 Einführung Einordnung der energetischen Verwertung Europäische Abfallhierarchie Stoffliches Recycling vorrangig vor energetischer Verwertung technische Durchführbarkeit wirtschaftliche Vertretbarkeit Vorrang für umweltverträglichere Verwertungsart

4 Einführung Einordnung der energetischen Verwertung Europäische Abfallhierarchie Abgrenzung Verwertung Beseitigung mit R1-Formel: EE pp (EE ff + EE ii )) RRRR = 00, 9999 (EE ww + EE ff ) = 22, 66 EE pp,eeee + 11, 11 EE pp,tttttttttt (EE ff + EE ii )) 00, 9999 (EE ww + EE ff ) mit E p = Energy produced erzeugt, nicht exportiert, d.h. Energie für Eigenbedarf zählt als erzeugte Energie E f = Input von Energie aus Brennstoffen zur Dampferzeugung E w = Energiemenge im Abfall enthalten, berechnet anhand H u E i = Importierte Energiemenge ohne E w und E f 0,97 = Faktor zur Berücksichtigung der Verluste (Asche, Strahlung). Einheit = [GJ/Jahr] für E x politische Formel, kein Wirkungsgrad! ökolog. Gesichtspunkt: Aufwändige Rauchgasreinigung, die niedrige Emissionen gewährleistet, soll sich nicht nachteilig auswirken

5 Einführung Zusammenhang Verbrennung - Recycling Situation in Europa Verbrennung Recycling Deponie Quelle: Eurostat

6 Einführung Vorteile & Möglichkeiten der thermischen Abfallbehandlung Inertisierung Verhinderung Methanbildung in Deponien derzeit 3 % der globalen Treibhausemissionen! Schutz des Grundwassers vor kontaminierten Sickerwässern Reduktion von Masse und Volumen Verringerung des Abfallvolumens auf 10 bis 15 % 1 m² Deponiebedarf je 10 m³ unbehandelter Siedlungsabfall Wertstoffrückgewinnung Energieversorgung aus Siedlungsabfällen Strom Wärme Prozessdampf Kälte Versorgungssicherheit! Quelle: Thome 2006, Themelis 2010

7 Energetische Abfallverwertung Verfahren im Überblick Hausmüll Sortierreste Hausmüllähnliche Gewerbeabfälle Sperrmüll Klärschlamm Vorbehandlung EBS Hausmüll- Verbrennungsanlagen Klärschlamm- (Mono-)Verbrennung Gewerbeabfälle Industriefeuerungen EBS-Kraftwerke Alternative Verfahren Sonderabfälle Altholz Sondermüll- Verbrennungsanlagen Altholzkraftwerke

8 Energetische Abfallverwertung Anlagen in Deutschland MVA Zementwerk Kohlekraftwerk EBS-Kraftwerk 67 Anlagen, Kapazität 19 Mio. t/a t/a Deckung 60 % des Energiebedarfs zur Zementherstellung aus Sekundärbrennstoffen 10 Anlagen, ca t/a EBS 35 Anlagen, 4,6 Mio. t/a Energieerzeugung aus Abfall 5 TWh Strom 15 TWh Wärme ca. 50 % davon regenerativ: 7 % des Stroms aus erneuerbaren Energien 9,5 % der Wärme aus erneuerbaren Energien Quelle: Stengler 2010, Thome 2010

9 Energetische Abfallverwertung Mitverbrennung im Kraftwerk RWE (Stand 2008) Summe: 1,23 Mio. Tonnen t Sonstige 1 % Tiermehl 3 % Braunkohle- Kraftwerke 15 % Aufbereiteter Abfall t* 82 % 35 % Papierschlamm t 46 % Klärschlamm t 18 % Aufteilung nach Kraftwerkstyp ohne Petrolkoks Steinkohle- Kraftwerke Aufteilung nach Brennstofftyp Quelle: Busch 2008

10 Bewertung Mögliche Bewertungskriterien Womit kann der Stellenwert (Bedeutung?, Nutzen?) eines Abfallbehandlungsverfahrens beschrieben werden? Wirtschaftlichkeit Umweltverträglichkeit für Wasser Luft Boden Ressourcenschonung Energierückgewinnung KEA

11 Bewertung Kumulierter Energieaufwand Auch graue Energie Energiemenge, die für Herstellung, Transport, Lagerung, Verkauf und Entsorgung eines Produktes benötigt wird Auch alle Vorprodukte bis zur Rohstoffgewinnung werden berücksichtigt Energieeinsatz aller angewandten Produktionsprozesse wird addiert Erforderliche Maschinen oder Infrastruktur werden anteilig berücksichtigt Näheres in VDI 4600 Kumulierter Energieaufwand Begriffe, Definitionen, Berechnungsgleichungen

12 Bewertung: 2 Beispiele Vergleich direkte Verbrennung Vorbehandlung/-sortierung Beispiel 1: LVP Szenario 1: Output: Szenario 2: Output: Getrennte Sammlung, Sortierung Kunststoffe Metalle EBS (in EBS-Kraftwerk Energie) Sortierrest (in MVA Energie) Behandlung mit Restmüll in MVA (theoretisch) Metalle Energie Beispiel 2: Restmüll Szenario 1: Vorbehandlung in MBA Output: Metalle EBS Heizwertarme Fraktion Szenario 2: Direkte Verbrennung in MVA Output: Metalle Energie

13 Bewertung: Beispiel 1 LVP Vergleich direkte Verbrennung - Vorsortierung LVP: Getrennte Sammlung Behandlung mit Restmüll (theoretisch) LVP mit Hausmüll MVA Metalle Energie LVP LVP-Sortierung Sortierreste EBS Metalle Kunststoffe EBS-Kraftwerk Energie

14 Bewertung: Beispiel 1 LVP Output und KEA der LVP-Sortierung Verkauf und Anlagenoutput [kg/mg LVP]: Wertstoffe: 365,4 kg Ersatzbrennstoff: 231,2 kg Sortierrest: 403,4 kg Wertstoffe: Fraktion LVP Output [kg/mg] Abfall KEA Output [MJ/kg Wertstoff] KEA Wertstoffe [MJ/Mg Abfall] Fe , NE 29,3 193, PE 55 91, PS 33,2 91, PP 16,5 118, PET 11,4 101, SUMME 365, Energieäquivalent = KEA Wertstoffe E Aufbereitung = MJ/Mg Quelle: UBA 2001, EcoEnergy GmbH 2009

15 Bewertung: Beispiel 1 LVP Output der LVP-Sortierung Ersatzbrennstoff: Ersatzbrennstoff Heizwert Energie Wirkungsgrad Nutzenergie [kg/mg Abfall] [MJ/kg] [MJ/Mg Abfall] EBS-Kraftwerk [MJ/Mg Abfall] 231,2 18, , Sortierrest: Sortierrest Heizwert Energie Wirkungsgrad Nutzenergie [kg/mg Abfall] [MJ/kg] [MJ/Mg Abfall] MVA [MJ/Mg Abfall] 403,4 11, , Gesamtes Energieäquivalent kombinierte LVP-Aufbreitung mit energetischer Verwertung von Ersatzbrennstoff und Reststoffen: E Wertstoffe + E EBS + E Rest = MJ/Mg Leichtverpackungsabfall bzw. 184 % des H u von LVP-Abfällen Quelle: Thome 2006, UBA 2001, EcoEnergy GmbH 2009

16 Bewertung: Beispiel 1 LVP Verwertungsweg Abfallverbrennung Energetische Nutzung des Abfalls: LVP Heizwert Wirkungsgrad Nutzenergie [kg/mgabfall [MJ/kg] MVA [MJ/Mg Abfall] ,2 0, Wertstoffe: Fraktion LVP Output [kg/mg] Abfall KEA Output [MJ/kg Wertstoff] KEA Wertstoffe [MJ/Mg Abfall] Fe , NE 29,3 193, SUMME 249, Gesamtes Energieäquivalent LVP Behandlung in MVA sowie Nutzung der Reststoffe: E LVP + E Metall = MJ/Mg Leichtverpackungsabfall bzw. 133 % des H u von LVP-Abfällen Quelle: Thome 2006, EcoEnergy GmbH 2009

17 Bewertung: Beispiel 1 LVP Fazit [MJ/Mg LVP] Hohes energetisches Äquivalent der gewonnenen Wertstoffe Wertschöpfung durch kombinierte stoffliche und energetische Nutzung von Leichtverpackungen

18 Bewertung: Beispiel 2 MBA Vergleich direkte Verbrennung - Vorsortierung Restabfall: Vorbehandlung (MBA) direkte Verbrennung Hausmüll MVA Energie Metalle MBA Sortierreste EBS Metalle EBS-Kraftwerk Energie

19 Bewertung: Beispiel 2 MBA Vergleich direkte Verbrennung - MBA [MJ/Mg] %-Angaben: Anlagenwirkungsgrade 80 % Ausbringung MBA 65 % 85 % 20 % 27 % 30 % 35 % 35 % 50 % Die energetische Verwertung aller Restfraktionen macht den Unterschied! Quelle: Born 2008, Thome 2006, UBA 2010, van Berlo 2010

20 Bewertung: Beispiel 2 MBA Ergänzung Vergleich MVA Mitverbrennung Beide Systeme besitzen spezifische Vorteile Heizwertreiche, schadstoffreduzierte EBS-Fraktionen in Kraft-/ und Zementwerke Gewerbeabfallfraktionen Heizwertärmere, schadstoffangereicherte Fraktionen in MVA Quelle: MUNLV NRW, 2007

21 Energetische Abfallverwertung CO 2 - Vermeidungskosten /t CO 2 ] Quelle: van Berlo 2010

22 Energetische Abfallverwertung Effizienz Stoffkonzentrierung Quelle: Rechberger, Brunner 2000

23 Energetische Abfallverwertung Schadstoffreduktion durch Energiebereitstellung aus MVA Beispiel: MVA mit Strom-, Fernwärme & Dampfbereitstellung Schadstofffreisetzung im Vgl. zu konventioneller Energieerzeugung (Fossile Energieerzeugung normiert auf 100%) Quelle: Emissionswerte anteilsmäßig aus GEMIS 4.2

24 Energetische Abfallverwertung Emissionen: Vergleich mit der Umgebungsluft Quelle: Brunner, von Roll Inova

25 Energetische Abfallverwertung Fazit Die energetische Verwertung von Siedlungsabfällen ist eine kostengünstige klimaschonende Form der Energieerzeugung ist im Vergleich zu anderen thermischen Verfahren der Energieerzeug sehr emissionsarm bietet optimale Möglichkeiten zur Schadstoffkonzentration ist in Kombination mit der stofflichen Verwertung die beste verfügbare Alternative zur Abfallbehandlung ist aber sinnvoll in den jeweiligen Anwendungsfall zu integrieren Hohe Effizienz der gesamten Prozesskette erreichbar Sinnvoll Trennen & verbrennen!

26 Energetische Abfallverwertung Literatur UBA 2001 Umweltbundesamt, Grundlagen für eine ökologisch und ökonomisch sinnvolle Verwertung von Verkaufsverpackungen, 2001 EcoEnergy GmbH 2009 Bewertung der Systemkosten für den Einsatz von Kunststoffen unter Einbeziehung der Kosten für Entsorgung, 2009 Stengler 2010 Stengler, U.; EU legislation What is relevant for WtE?, WtERT annual meeting 2010 Van Berlo 2010 van Berlo, M, Value from Waste, WtERT annual meeting, 2010 Themelis 2010 Themelis, N.; Striving for Sustainable Waste Management in a Rapidly Developing World, WtERT annual meeting, 2010 Thome 2006 Thomé-Kozmiensky, K-J; Beckmann, M.; Optimierung der Abfallverbrennung 3, 2006 Born 2008 Born, M.; Effizienz der energetischen Verwertung von Ersatzbrennstoffen aus Restabfällen, 2008

27 Dankeschön fürs Zuhören! 19. Kölner Abfalltage am 02./03. November 2010 Peter Quicker, Yves Noel