Bestimmung der fossilen CO 2 -Emissionen aus österreichischen Müllverbrennungsanlagen

Bestimmung der fossilen CO 2 -Emissionen aus österreichischen Müllverbrennungsanlagen Therese SCHWARZBÖCK & Johann FELLNER Technische Universität Wien Institut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft

Inhalt Hintergrund und Problemstellung Methodik (Bilanzenmethode) Anwendung der Bilanzmethode Ergebnisse von 8 Anlagen Ausblick 2/24

CO 2 Emissionen aus der Abfallverbrennung 14 Anlagen jährlicher Abfalldurchsatz: 2,5 Millionen Tonnen Wels Linz Dürnrohr Vienna Zistersdorf Lenzing Niklasdorf Arnoldstein 3/24

Problemstellung Biomasseanteile: verschiedene Kennzahlen CO 2 von. Quellen Massenanteile im Abfall fossilen biogenen Fossil Biogen Energie von. Quellen Abfallinput biogenen fossilen 4/24

Methodik I: Bilanzen Methode Unterteilung des Abfalls in 4 Stoffgruppen Biogenes m B m I Anorganisches (Inertes) Brennbares Fossiles m F m W Wasser 5/24 5/29

Methodik II: Bilanzgleichungen Durch die chemische Zusammensetzung der biogenen und fossilen Stoffgruppe gegeben Unbekannte 1. Massenbilanz m B + m F + m I + m w = 1 2. Aschen bilanz + m I = a Abfall 3. Kohlenstoffbilanz c B m B + c F m F = c Abfall 4. Energiebilanz HW B m B + HW F m F -2.45 m W = HW Abfall 5. O 2 -Verbrauch o 2 C,B m B + o 2 C,F m F = o 2 C Abfall 6. Differenz aus O 2 -Verbr.+CO 2 -Prod. d O2 -CO 2,B m B + d O2 -CO 2,F m F = d O2-CO2,Abfall Durch die Betriebsdaten gegeben 6/24 6/29

Methodik III: Benötigte Betriebsdaten Parameter Einheit Verbrannter Abfall [to] Verbrannter Klärschlamm [to] Menge an festen Rückständen [to] Reingasvolumenstrom (trocken) [Nm³] O 2 und CO 2 Gehalt im Reingas (trocken) [Vol-%] Dampfproduktion [to H 2 0] Dampfdruck und -temperatur [bar] und [ C] Speisewassertemperatur [ C] Kesselwirkungsgrad [-] Abfall (Masse) Reingas (Volumenstrom, O 2, CO 2 ) Dampfkessel (Dampfmenge, Dampfdruck und temp., Kesselwirkungsgrad) Feste Rückstände (Masse von Schlacke, Flugasche, Filterkuchen, Schrott) 7/24 7/29

O 2 -Verbrauch vs. CO 2 -Produktion Biomasse (Zellulose) ( H O ) + 6 O 6CO + H O C6 10 5 n 2 2 5 2 O 2 -Verbrauch = CO 2 -Produktion Kunststoffe (Polyethylen) ( CH ) + 3 O 2CO + H O CH 2 2 n 2 2 2 2 O 2 -Verbrauch > CO 2 -Produktion 8/24 8/29

Differenz O 2 Verbrauch - CO 2 Produktion m B ch co cn cs 4 MH 2 MO 2 MN M B B B B 3 + + + m S F OF NF S Cl F 3 + + + = = F cclf ch M c c 4 M 2 M 2 M 10 M H O N S ( ) O CO c ( ) O cco co cco 2,Rg 2,Rg + + 2,L 2,L 2,Rg 2,Rg 10 V 100 c c Reingas 3 10 100 co c = M c CO 2,L 2, L Abfall d O CO 2 2 1 1 100 V m 9/29 9/24

Anwendung der Methode Plausibilitätstest der Betriebsparameter 10/24

Plausibilitätstests Beispiel I zu hohe Reingasmenge 11/24

Plausibilitätstests Beispiel II 12/24

Plausibilitätstests Beispiel III C-Gehalt und Heizwert - BAFU (2014) 13/24

Typisches Ergebnis der Bilanzenmethode Kohlendioxidemissionen 120.000 biomassebürtiger Heizwertanteil [%] 100 80 60 40 20 Linie 1 Linie 2 0 12. Nov. 19. Nov. 26. Nov. 3. Dez. 10. Dez. 17. Dez. Kohlendioxidemissionen [t/a] 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0 9 4.700±3.100 Biomasse 8 0.200±2.700 fossile Energieträger (inkl. Zusatzbrennstoffe) Energieträgeranteile Zusatzbrennstoffe (Heizöl) 0,6% fossile Energieträger (Kunststoffe) 52,1±1,6% Biomasse 47,3±1,6% 14/24

Resultate I: Anteil an biog. Kohlenstoff (in %) 100% Anteil an biogenem Kohlenstoff [kgc bio /kgc] 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Jan. 14 Feb. 14 Mrz. 14 Apr. 14 Mai. 14 Jun. 14 15/24

Resultate I: Anteil an biog. Kohlenstoff (in %) 100% Anteil an biogenem Kohlenstoff [kgc bio /kgc] 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Jan. 14 Feb. 14 Mrz. 14 Apr. 14 Mai. 14 Jun. 14 16/24

Resultate I: Anteil an biog. Kohlenstoff (in %) 100% Anteil an biogenem Kohlenstoff [kgc bio /kgc] 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Jan. 14 Feb. 14 Mrz. 14 Apr. 14 Mai. 14 Jun. 14 17/24

Resultate I: Anteil an biog. Kohlenstoff (in %) 100% Anteil an biogenem Kohlenstoff [kgc bio /kgc] 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Jan. 14 Feb. 14 Mrz. 14 Apr. 14 Mai. 14 Jun. 14 18/24

Resultate II: spez. CO 2 Emissionen (kg CO 2 /to Abfall) 800 spezifische fossile CO 2 Emissionen [kg CO 2 /tonne Abfall] 700 600 500 400 300 200 100 0 A (r) B (r) C (w) E (w) F (r) G (w) I (r) J (r) Jan. 14 Feb. 14 Mrz. 14 Apr. 14 Mai. 14 Jun. 14 19/24

Resultate II: spez. CO 2 Emissionen (kg CO 2 /to Abfall) 700 spezifische fossile CO2 Emissionen [kg CO2/tonne Abfall] 600 500 400 300 200 100 0 A (r) B (r) C (w) E (w) F (r) G (w) I (r) J (r) Mittelwert IPCC-Wert: 557 kg CO 2 /to Abfall UBA (D): 360 kg CO 2 /to Abfall 20/24

Resultate III: spez. CO 2 Emissionen (kg CO 2 /GJ) 70 spezifische fossile CO2 Emissionen [kg CO2/GJ Energieinhalt] 60 50 40 30 20 10 0 A (r) B (r) C (w) E (w) F (r) G (w) I (r) J (r) Mittelwert BAFU (CH): 51.9 kg CO 2 /GJ RVF (S): 25 kg CO 2 /GJ 21/24

Automatische Bestimmung: Software BIOMA http://iwr.tuwien.ac.at/ressourcen/downloads/bioma.html Mittelwert über 4h 22/24

Zusammenfassung landesweite Bestimmung der fossilen CO 2 Emissionen aus MVA geringe Unsicherheit der Ergebnisse (σ < 4 % relative) Plausibilitätsprüfung der Betriebsdaten!! geringer Aufwand signifikante Unterschiede zwischen MVAs keine typischen Werte für CO 2 Emissionsfaktoren Software BIOMA zur vollautomatisierten Auswertung und Online Darstellung (Heizwert, Wassergehalt, Biomasseanteil, ) 23/24

Besten Dank Johann Fellner johann.fellner@tuwien.ac.at http://iwr.tuwien.ac.at/ressourcen/ 24/24