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Projektinfos  – Energieforschung konkret

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Die Abluftsammelleitungen am Rottetunnel ermöglichen es, die Abluftströme der biologischen Behandlung je nach Belastungsgrad aufzuteilen und separat zu behandeln.
© RWTH Aachen, Institut für Aufbereitung und Recycling
Anlagentechnik zur Müllbehandlung
Projektinfo 15/2016

Verfahrensfließbild der MBA Großefehn.
© RWTH Aachen, Institut für Aufbereitung und Recycling

Schnitt durch einen Rottetunnel der MBA Großefehn.
© RWTH Aachen, Institut für Aufbereitung und Recycling
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Energie­verbrauch der Müllaufbereitung senken

Im Haushalt landet Restmüll in der grauen Tonne. Entweder wird er in einer Müllverbrennungsanlage ­thermisch verwertet. Oder er kommt in eine Anlage zur mechanisch-biologischen Abfallbehandlung. Hier wird der Müll sortiert: Energiereiche Anteile werden energetisch genutzt, Metalle recycelt. Der Rest wird in Rottetunneln behandelt und anschließend deponiert. Die Abluft aus dem Prozess muss gereinigt werden. Dafür verbraucht eine Abfallbehandlungsanlage fast zwei Drittel der Energie. Forscher haben gemeinsam mit ihren Projektpartnern ein sparsameres Verfahren entwickelt.

Für Abfälle, die nicht vermieden werden können, gibt das Kreislaufwirtschaftsgesetz die Zielhierarchie wiederverwenden, recyceln, anderweitig verwenden bzw. verbrennen vor. Was dann noch übrig bleibt, wird nach einer Vorbehandlung deponiert. Nach diesem Prinzip arbeiten auch die Anlagen zur mechanisch-biologischen Abfallbehandlung (MBA). Dort werden zuerst die verwertbaren Anteile aussortiert. Anschließend kommt der verbleibende Rest in Rottetunnel. Dort werden die organisch abbaubaren Anteile durch aerobe mikrobiologische Umwandlungsprozesse oxidiert. Eine solche Stabilisierung der nicht verwertbaren Reste ist Voraussetzung dafür, dass diese auf einer Deponie abgelagert werden dürfen. Diese Vorbehandlung vermeidet, dass dort relevante Emissionen von Methan und anderen klimarelevanten Gasen entstehen.

Forscher des Instituts für Aufbereitung und Recycling der RWTH Aachen und des Instituts für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft der Universität Stuttgart untersuchen, wie sie den Energieaufwand für die mechanisch-biologische Abfallbehandlung, insbesondere für die biologische Prozessführung und die anschließende Abluftbehandlung, reduzieren können. Projektleiter Erdogan Coskun erklärt: „MBA-Prozesse schließen immer eine biologische Behandlungsstufe unter aeroben Bedingungen ein, die als Intensiv- und/ oder Nachrotte gestaltet ist. Pro Tonne behandelten Abfalls entsteht ein Abluftstrom von bis zu 8.000 m3, der unter anderem mit flüchtigen organischen Kohlenstoffverbindungen beladen ist.“ Diese Abluft muss gesammelt und gereinigt werden, um Emissions-Grenzwerte einhalten zu können. Die Reinigung der Abluft erfolgt über Biofilter, Wäscher sowie regenerative thermische Oxidationsanlagen (RTO). Da RTO jedoch nicht für die Abluft aus MBA konzipiert sind, ist deren Einsatz in MBA nur mit erheblichem Energieaufwand möglich. Pro Tonne behandeltem Abfall werden etwa 100 kWh benötigt, davon gehen circa 65% auf das Konto der Abluftbehandlung. Der erhöhte Energieverbrauch in der Abluftbehandlung ist auf den Stützgaseinsatz (z. B. Erdgas, Biogas) bei der RTO zurückzuführen.

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Mechanisch-biologische Abfallbehandlung

In Deutschland bearbeiten etwa 45 Anlagen zur mechanisch-biologischen Abfallbehandlung (MBA) jährlich etwa fünf Millionen Tonnen gemischte Siedlungsabfälle. Aktuell sind in der EU etwa 330 Anlagen mit einer Gesamtkapazität von 33 Millionen Tonnen pro Jahr in Betrieb. Experten erwarten, dass bis zum Ende dieses Jahrzehnts etwa 440 Anlagen 46 Millionen Jahrestonnen bearbeiten.

Etwa 40% der jährlich anfallenden Menge an Hausmüll werden vor der weiteren Verwertung oder der Ablagerung auf Deponien in MBA vorbehandelt. Die Abluft, die bei der Stabilisierung der organikreichen Abfälle durch aerobe Behandlung entsteht, muss gereinigt werden, um die geltenden Emissionsgrenzwerte zu erfüllen. Gemäß der 30. Bundes-Immissionsschutzverordnung sind für den Gesamtkohlenstoff 55 Gramm pro Tonne Abfallinput sowie 20 bis 40 Milligramm pro m3 Abluft einzuhalten.

Um diese Werte zu erreichen, wird die Abluft von MBA üblicherweise durch regenerative thermische Oxidationsanlagen (RTO) gereinigt. Bei der Nachverbrennung werden die enthaltenen organischen Schadstoffe zu Kohlendioxid aufoxidiert. Dieser Prozess erfordert eine sogenannte Stützgasfeuerung. Die schwankende und vergleichsweise geringe Kohlenstoff-Fracht in der Abluft reicht nicht dauerhaft für eine autotherme Oxidation aus.

Biologische Stabilisierung des Materials im Rottetunnel

Die Forscher arbeiten für die praktische Erprobung mit der MBA des Landkreises Aurich in Großefehn zusammen. Hier beträgt der spezifische Energieaufwand für die Behandlung des Hausmülls etwa 80 kWh/t. Allein zwei Drittel davon macht auf der Versuchsanlage der Stützgasbedarf der RTO aus. Die Forscher entwickeln entlang des gesamten Prozessablaufs, von der mechanischen über die biologische Abfallbehandlung bis hin zur Abluftreinigung, Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz. So wollen sie den spezifischen Energiebedarf um etwa ein Viertel auf 60 kWh/t senken. Übertragen auf alle MBA in Deutschland ergibt das ein Energieeinsparpotenzial von mehr als 100 GWh.

In der biologischen Behandlungsstufe bei dem aeroben Abbauprozess der organischen Bestandteile kommt es in der Abluft zu Beginn des Prozesses zu einer ausgeprägten Konzentrationsspitze von Ethanol. Nach vier Tagen werden überwiegend Stickstoffverbindungen abgebaut, dann steigt die Ammoniakkonzentration in der Abluft deutlich. Nach dem Umsetzen des Materials im Tunnel werden verstärkt Ammoniak und Kohlenstoffverbindungen frei. Im Verlauf der Rotte sinkt die organische Belastung der Abluft ständig weiter. In den ersten sieben Tagen werden über 80% der Kohlenstoff-Fracht emittiert, nur noch weniger als ein Prozent in den letzten zwei Wochen der Rottephase.

Projektinfo 15/2016:
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Merkzettel

Adressen

Koordination, Modifizierung von Prozessabläufen in MA und BA
RWTH Aachen, IAR

Betreiber der MBA-Anlage, Versuchsdurchführung
MKW

Entwicklung Abluftreinigungsanlage
PlasmaAir AG

BINE-Projektinfo 15/2016
(PDF, 4 Seiten, 289 kB)

Infotipps

Kompost und Biogas kombinieren
BINE-Projektinfo 17/2014

Deponiegas sauber nutzen
BINE-Projektinfo 11/2014

Links

ASA e. V.
Arbeitsgemeinschaft Stoffspezifische Abfallbehandlung (ASA) e. V.

powerstep.eu
Homepage des Projekts Powerstep

Abfälle nachhaltig nutzbar machen
youtube-Video zur MBA St. Pölten, Österreich

Klimaschutzpotenziale der Abfallwirtschaft
Hintergrundinformationen vom Server des Umweltbundeamtes

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.