Vorbehandlung und Behandlung von Restabfällen Professor Dr.-Ing. Dr. h. c. Karl J. Thomé-Kozmiensky EKOVIS Konferenz Abfallwirtschaftssysteme Krakau, 25. Juni 2009 1
Gliederung 1. Mechanisch-biologische Abfallbehandlung (MBA) 1.1. Verfahrenskonzepte 1.2. Technische Ausstattung 1.3. Outputströme und Massenbilanzen 1.4. Vorteile und Probleme 2
2. Abfallverbrennung 2.1. Verbrennung von gemischten Siedlungsabfällen 2.2. Verbrennung von aufbereiteten Abfällen Ersatzbrennstoffen 2.3. Emissionen aus Abfallverbrennungsanlagen 2.4. Energieerzeugung durch Abfallverbrennung 3. Zusammenfassung 3
Stoffstromtrennung 4
Mechanisch biologische Stabilisierung 5
Mechanisch physikalische Stabilisierung 6
Mechanisch( biologisch)e Vorbehandlung vor der thermischen Behandlung 7
Verteilung der M(B)A Anlagen auf die Verfahrenskonzepte 8
Mechanische AuAereitung Zerkleinerer Sieb Magnetscheider weitere mögliche Aggregate Windsichter BallisAscher Separator Wirbelstromscheider Nahinfrarot SorAerer (NIR) Röntgen SorAerer OpAsche SorAerer/Farbsensoren Hartstoffabscheider Langteilabscheider HandlesestaAon Thermische Trocknung PelleAerung 9
Biologische Behandlung IntensivroVe und NachroVe biologische Trocknung Vergärung mit NachroVe mit Aerobisierung in Belebungsbecken PerkolaAonsverfahren 10
Abgasbehandlung Staubfilter Biofilter Saurer Wäscher RegeneraAve Thermische OxidaAon (RTO) Abwasserbehandlung, z.b. Feststoffabscheidung Aerob biologische Reinigung Chem. physikal. Reinigung Thermische Reinigung AkAvkohle AdsorpAon Chemische AdsorpAon NanofiltraAon/Umkehrosmose links: saurer Wäscher rechts: RTO 11
Denkfehler: Zwischenlagerung von EBS aufgrund fehlender Verwertungskapazitäten Beispiele: Standort einer Deponie und einer MVA 12
Massenbilanzen von Beispiel Anlagen mit Herstellung von hochwerdgem Ersatzbrennstoff 13
Deutschlandweite Massenbilanz der MBA (Abschätzung auf Grundlage der Massenbilanzen von 9 typischen MBA) 14
Vorteile in sehr dünn besiedelten Gebieten: geringerer Transportaufwand durch dezentrale MBA Konzepte in Einzelfällen: höhere Energieeffizienz PotenAal zu Abtrennung und Recycling weiterer Wertstoffe (Glas, Papier, Kunststoffe) 15
Probleme Mechanische AuAereitung hoher Verschleiß und Energiebedarf, z.b. bei Zerkleinerern Verstopfungen und Verschmutzung, z.b. bei Sieben und ballisaschen Separatoren Verringerung von Zeitverfügbarkeit und Durchsatz durch erhöhten Aufwand für Reinigung, Wartung und Reparaturen Personalbedarf wurde häufig erheblich unterschätzt 16
Vergärung bei 5 Anlagen mit neuaragem Behandlungskonzept aus Nassvergärung und Aerobisierung des Gärrests in Belebungsbecken während der Inbetriebnahmen gravierende Betriebsstörungen bis hin zu Brand und Auseinanderbrechen eines Gärreaktors stark schwankende BiogasprodukAon bei diskonanuierlichem Substrateintrag Abwasser: ggf. höherer Anfall, sehr aufwendige Behandlung 17
Abgasbehandlung RegeneraDve Thermische OxidaDon (RTO) starke Verblockung der keramischen Wabenkörper durch Siloxane häufig zu kleine Dimensionierung und fehlende Redundanz Korrosion (Gehäuse der RTO) Energiebedarf häufig unterschätzt DeponiefrakDon DeponiefrakAonen aus der MBA weisen höheren Organikanteil und damit höhere biologische AkAvität auf als Schlacken aus der MVA höhere MethanprodukAon (klimaschädlich) stärkere Mobilisierung von Schadstoffen wie Schwermetallen geltende Grenzwerte für die Deponierung konnten nicht einhalten werden für MBA Abfälle weniger strenge Grenzwerte als für MVA Schlacke Korrosion z.b. Gebäude, Belükungsleitungen der NachroVe, RTO GeruchsbeläsDgung 18
Thermische Behandlung von gemischten Siedlungsabfällen in Deutschland Anlagenzahl und Kapazität 67 Abfallverbrennungsanlagen 1 Pyrolyseanlage 18,7 Mio. t/a Kapazitätserweiterungen in Bau 0,36 Mio. t/a Summe 68 Anlagen 19,1 Mio. t/a 19
Ersatzbrennstoff KraWwerke in Deutschland 20
Verbrennung von gemischten und aufbereiteten Siedlungsabfällen Thermische Abfallbehandlungsanlagen für gemischte Siedlungsabfälle 18,7 + 0,36 = 19,1 Mio. t/a Ersatzbrennstoff-Kraftwerke 2,7 + 3,2 = 5,9 Mio. t/a +? Mitverbrennung in Kraftwerken 0,65 Mio. t/a Mitverbrennung in Zementwerken 0,19 Mio. t/a 21
Aufgliederung des Systems Abfallverbrennung in Subsysteme
RedukDon der Schadstoff Emissionen aus MVA Datengrundlage: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, 2008 23
Staub Emissionen Spannweite der deutschen Abfallverbrennungsanlagen in den EmissionskonzentraAonen (JahresmiVelwerte) Quelle: IFEU Institut für Energie- und Umweltforschung ggmbh: Beispielhafte Darstellung einer vollständigen, hochwertigen Verwertung in einer MVA unter besonderer Berücksichtigung der Klimarelevanz, Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Heidelberg, 2007, bearbeitet 24
Schwefeldioxid Emissionen Spannweite der deutschen Abfallverbrennungsanlagen in den EmissionskonzentraAonen (i.w. JahresmiVelwerte) Quelle: IFEU Institut für Energie- und Umweltforschung ggmbh: Beispielhafte Darstellung einer vollständigen, hochwertigen Verwertung in einer MVA unter besonderer Berücksichtigung der Klimarelevanz, Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Heidelberg, 2007, bearbeitet 25
HCl Emissionen Spannbreite der HCI Emissionen unterschieden nach AbsorpAonsverfahren (NassabsorpAon, quasitrockenes Verfahren, Trockenverfahren) (i.w. JahresmiVelwerte) Quelle: IFEU Institut für Energie- und Umweltforschung ggmbh: Beispielhafte Darstellung einer vollständigen, hochwertigen Verwertung in einer MVA unter besonderer Berücksichtigung der Klimarelevanz, Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Heidelberg, 2007, bearbeitet 26
Quecksilber Emissionen Spannweite der deutschen Abfallverbrennungsanlagen in den EmissionskonzentraAonen (i.w. JahresmiVelwerte) Quelle: IFEU Institut für Energie- und Umweltforschung ggmbh: Beispielhafte Darstellung einer vollständigen, hochwertigen Verwertung in einer MVA unter besonderer Berücksichtigung der Klimarelevanz, Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Heidelberg, 2007, bearbeitet 27
Dioxin/Furan Emissionen Spannweite der deutschen Abfallverbrennungsanlagen in den EmissionskonzentraAonen Quelle: IFEU Institut für Energie- und Umweltforschung ggmbh: Beispielhafte Darstellung einer vollständigen, hochwertigen Verwertung in einer MVA unter besonderer Berücksichtigung der Klimarelevanz, Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Heidelberg, 2007, bearbeitet 28
Energie Abgabe Auswertung für 64 der 68 Anlagen zur thermischen Behandlung von Siedlungsabfall 44 Anlagen: sowohl elektrischer Strom als auch Wärme (als Fernwärme oder dampf) Kra$ Wärme Kopplung 9 Anlagen: nur elektrischer Strom 9 Anlagen: Dampfabgabe an einen externen Nutzer (komplev) (in der Regel an ein Krakwerk oder Heizkrakwerk) 2 Anlagen: nur Fernwärme Errichtung von Ersatzbrennstoff KraWwerken in der Nähe von Unternehmen mit hohem Energiebedarf Papierfabriken (Energieversorgung und Entsorgung), Zementwerke, Holz verarbeitende Betriebe, Unternehmen der LebensmiVelindustrie, Industrie und Gewerbeparks 29
Verbrennungskapazitäten in Deutschland Abfallverbrennungsanlagen 19,1 Mio. t/a EBS Krakwerke 2,7 + 3,2 = 5,9 Mio. t/a Zusammenfassung Schadstoff Emissionen drasasche Verringerung im Vergleich zum Zeitraum vor 1990 im JahresmiVel meist deutliche Unterschreitung der Grenzwerte Energienutzung Möglichkeiten der Wärmeabnahme bei der Standortwahl von zentraler Bedeutung örtliche Nähe zu Wohn oder Gewerbegebieten Genehmigungsverfahren hohe Komplexität des Genehmigungsverfahrens Möglichkeit, das Genehmigungsmanagement extern an ein erfahrenes Unternehmen zu vergeben Projektverzögerungen vermeiden Öffentlichkeitsarbeit zentrale Bedeutung zur Förderung der Akzeptanz frühzeiag und umfassend 30
MBA sind komplexe Abfall Vorbehandlungsanlagen mit großer Vielfalt hinsichtlich der technischen Ausstabung Mechanische Auqereitung Biologische Behandlung Abgasbehandlung ggf. Abwasserbehandlung Eine Entscheidung Entweder Verbrennung oder mechanisch biologische Anlage? ist nicht möglich: Die Verbrennung wird durch die MBA nicht ersetzt, sondern in einem komplexeren System mit mehr Stoffströmen und Behandlungsschriben nach hinten verschoben. Ein Teil des EBS kann ggf. in Kohlekrakwerken und Zementwerken mitverbrannt werden für die restliche EBS Menge und ggf. die FrakAon zur MVA sind Verbrennungskapazitäten zu errichten 31
System MBA oder System MVA 30 70 % 0 50 % insgesamt Ø etwa 58 % 32
Vorteile des MBA Systems können sein geringerer Transportaufwand in sehr dünn besiedelten Gebieten in Einzelfällen: höhere Energieeffizienz PotenAal zu Abtrennung und Recycling weiterer Wertstoffe (Wirtschaklichkeit und ökologische Sinnhakigkeit sind zu prüfen) Probleme in MBA: Technische Probleme (Verschleiß von Auqereitungs und Förderaggregaten, starke Verblockung der RTO durch Siloxane, Korrosion, hoher Aufwand für Reinigung, Wartung und Reparaturen, Verringerung von Zeitverfügbarkeit und Durchsatz sowie erhöhter Personalbedarf Ökologische Probleme (DeponiefrakAon aus MBA weisen einen höheren Organikanteil und damit eine höhere biologische AkAvität auf als Schlacken aus der MVA Nachteile bezüglich Klimaschutz und Schadstoff Mobilisierung Kosten: Entsorgungskosten liegen bei MBA und MVA in vergleichbarer Höhe (etwa 100 EUR/t) 33