Herstellung und Einsatz von Ersatzbrennstoffen

Sind Abfälle nicht zu vermeiden, kommt ihrer Verwertung höchste Priorität zu. Urteile des Europäischen Gerichtshofs über die Verwertung bzw. Beseitigung von Abfällen in thermischen Anlagen machen deutlich: Der Trend geht hin zu Ersatzbrennstoffen. Fraunhofer UMSICHT präsentiert auf der Entsorga Konzepte und Technologien rund um Herstellung und Einsatz dieser umweltfreundlichen Brennstoffe.

Blick auf die dezentrale modulare Anlage zur rückstandsoptimierten Stoffbehandlung MARS®
Ersatzbrennstoffe (EBS) sind brennbare Abfälle, die zunehmend nicht nur in thermischen Abfallbehandlungsanlagen, sondern als Ersatz fossiler Brennstoffe in industriellen Feuerungsanlagen, Kraft- und Zementwerken eingesetzt werden. Sie schonen energetische Ressourcen und mindern den Ausstoß klimarelevanter Gase. Ihr Einsatz ist technisch an hohe Kriterien und Anforderungen seitens der Energie- und Rohstoffwirtschaft und des Gesetzgebers gebunden: Nur wer eine homogene Zusammensetzung des Ersatzbrennstoffs bei hohen Heizwerten garantiert und gewährleistet, dass Emissionswerte eingehalten werden, kann auf diesem Marktsegment dauerhaft bestehen.

Vor diesem Hintergrund optimiert das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT vorhandene abfallwirtschaftliche Prozessketten durch technologische Innovationen, um dem umweltpolitischen Ziel einer schadlosen und hochwertigen Verwertung von Abfällen gerecht zu werden. Technologische Nischenlösungen, die eine Verwertung selbst „problematischer“ EBS-Fraktionen in konventionellen Verbrennungsanlagen über eine vorgeschaltete Vergasung in einer Zirkulierenden Wirbelschicht ermöglichen, gehören dabei ebenso zum Repertoire wie die Untersuchung der gestuften Verbrennung von Abfällen und deren Rauchgase in einer Pilotanlage (MARS®).

Ab dem Jahr 2005 greift die TA Siedlungsabfall, die eine Ablagerung unvorbehandelter Siedlungsabfälle in Deutschland verbietet. Mehrere Millionen Tonnen Abfall, die bisher deponiert wurden, drängen auf den Markt und müssen entweder thermisch oder mechanisch-biologisch vorbehandelt werden. Die Kapazitäten bisheriger Vorbehandlungsanlagen werden diesen Ansturm nicht bewältigen können. Neue Konzepte und Technologien sind gefragt.

Mobile Konfektionierung

Probleme bereitet die äußerst heterogene Zusammensetzung dieser Abfälle. Damit sie thermisch genutzt werden können, müssen sie mechanisch aufbereitet werden. Für die Aufbereitung stark unterschiedlicher Abfallzusammensetzungen und der damit verbundenen Unsicherheit bei der Auswahl der richtigen Aggregate steht bei Fraunhofer UMSICHT die Mobile Konfektionierungs-Technologie zur Verfügung. Mit ihr testen die Forscher die optimale Verschaltung verschiedener Aufbereitungsaggregate direkt vor Ort beim Kunden. Mit der mobilen Konfektionierung werden reale Abfallgemische (Restabfall, hausmüllähnlicher Gewerbeabfall) untersucht, über die bisher fast keine Daten vorliegen. Maßgeschneiderte Aufbereitungslösungen werden entwickelt und führen zur Herstellung von Ersatzbrennstoffen, die direkt in einen nachgeschalteten Prozess eingebracht werden.

Unterschiedliche Ersatzbrennstoffqualitäten erfordern unterschiedliche Anlagen und Technologien zur optimalen Verwertung. Schadstoffreiche Brennstoffe benötigen beispielsweise eine Technologie, die der heutiger Abfallverbrennungsanlagen entspricht.

„Der Trend geht eindeutig zu dezentralen Verbrennungs- und Vergasungsanlagen, deren Techniken an den Heizwert und die Kostenstrukturen angepaßt werden können“ erklärt Dr. Kai Keldenich, Leiter der Kreislaufwirtschaft bei Fraunhofer UMSICHT. Sie bieten die Möglichkeit, an speziellen Standorten – nämlich da wo der Abfall entsteht – unterschiedliche Energieformen zur Verfügung zu stellen. Die Anbindung an vorhandene Nahwärme- oder Prozesswärmestrukturen ist notwendig und projektentscheidend.

MARS® – Modulare Anlage zur rückstandsoptimierten
Stoffbehandlung

Am Standort der Universität Duisburg-Essen errichtete Fraunhofer UMSICHT in Zusammenarbeit mit Industriepartnern die Versuchsanlage MARS®. Sie besteht aus einer Verbrennungseinheit mit wassergekühltem Rost, einer Brennkammer, einer Nachbrennkammer und einer Rauchgasreinigungseinheit. An der Versuchsanlage werden die Grundlagen für einen betriebswirtschaftlich optimalen Betrieb von Verbrennungsanlagen für EBS oder Brennstoffe zur Verwertung erarbeitet. Ziel der Untersuchungen ist es, die gestufte Verbrennung von Abfällen und Rauchgasen sicher zu beherrschen.

MARS® ist eine Versuchsanlage, deren marktreife Weiterentwicklung in Zukunft selbst Stoffe wie Klinikrückstände, Tierkot oder konfektionierten Klärschlamm energetisch optimal verwertet.

Zirkulierende Wirbelschichtvergasungsanlage

Die Nachfrage nach technologischen Alternativen und Nischenlösungen für die thermische Nutzung von festen Bio- und Ersatzbrennstoffen wächst zunehmend, denn die derzeit angebotenen Anlagenkonzepte sind in kleinen Leistungsbereichen oft unwirtschaftlich und in Verbindung mit schwierigen Einsatzstoffen technisch schwer darstellbar. Ähnliches gilt für die Umrüstung bestehender fossil befeuerter Öfen und Kessel.

„Wir schalten bestehenden Prozessen eine Vergasung vor, die den festen Ersatzbrennstoff in Brenngas umwandelt bevor er weiter in Kessel oder Öfen geleitet wird. So umgehen wir die für die Feststofffeuerung typischen Probleme“, erklärt Dr. Markus Ising, Leiter Thermische Biomassenutzung bei Fraunhofer UMSICHT das Prinzip der Wirbelschichtvergasung mit anschließender Gasverfeuerung.

Für Verfahrensentwicklung und Komponentenerprobung steht am Oberhausener Institut seit 1996 eine 500 kW-Zirkulierende Wirbelschichtvergasungsanlage im Pilotmaßstab zur Verfügung. Die praktische Erfahrung von mehr als 2.000 Betriebsstunden belegt dann auch eindrucksvoll, dass die energetische Nutzung von EBS deutlich verbessert werden kann.

So entwickeln die Forscher rund um Ising ein Verfahren zur integrierten energetischen Nutzung von Klärschlamm und Gebrauchtholz durch Vorvergasung des Klärschlamms und Einspeisung des Brenngases in ein Altholzkraftwerk.

Ziel ist die energetische Nutzung eines kostengünstigen EBS unter Ausnutzung von Synergien mit der Kraftwerksanlage.

Das auf der Entsorga vorgestellte Konzept könnte in Deutschland vielerorts zum Einsatz kommen, denn praktisch alle Biomasseheizkraftwerke, deren Betrieb nach der 17. BIMSchV genehmigt ist, können auf diese Weise gewinnbringend umgerüstet werden.

Mit MARS® und der Vergasungsanlage mit zirkulierender Wirbelschicht stellt Fraunhofer UMSICHT auf der Entsorga 2003 Prozesstechniken für die technische Validierung kleiner dezentraler Anlagen vor, die im Rahmen von Verbrennungsversuchen, Auslegungs- und Planungssicherheit gewährleisten.

Besuchen Sie uns vom 23. – 27. September 2003 in Köln auf dem Gemeinschaftsstand des Landes NRW in Halle 10.2 am Stand H/I/J 90-91. Wir freuen uns auf Sie!

Kontakt:

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Osterfelder Straße 3
D-46047 Oberhausen
Telefon: 0208 – 8598-0
Telefax: 0208 – 8598-1290
E-Mail: info@umsicht.fhg.de

Dr.-Ing. Markus Ising
Thermische Biomassenutzung
Telefon: 0208 – 8598-1189
markus.ising@umsicht.fhg.de

Dr. rer. nat. Kai Keldenich
Kreislaufwirtschaft
Telefon: 0208 – 8598-1167
kai.keldenich@umsicht.fhg.de