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Ausgabe 10-2023

Innovationen in der thermischen Abfallverwertung

Dimitrios Fotakis

In den vergangenen Jahren nimmt der Umweltschutz und die nachhaltige Ressourcennutzung eine immer größere Bedeutung ein, was sich auch auf die Abfallwirtschaft auswirkt.

Die thermische Abfallverwertung hat demzufolge in den letzten Jahrzehnten stark weiterentwickelt. Wurden früher Abfälle oft einfach verbrannt, mit untergeordneter Bedeutung der energetischen Nutzung, ist dies heute nicht der Fall. Heutzutage wird die thermische Abfallverwertung hocheffizient betrieben, um der Entsorgungsaufgabe gerecht zu werden und die gewonnene Energie aus Abfällen effizient zu nutzen bei möglichst geringen Emissionswerten.

Eine wichtige Entwicklung in der thermischen Abfallverwertung ist die Einführung von modernen Verbrennungstechnologien mit komplexer Leittechnik und Feuerleistungsregelung. Diese ermöglichen eine effizientere Verbrennung von Abfällen und eine höhere Energieausbeute. Durch den Einsatz innovativer Materialien sowie der stetigen Entwicklung im Bereich der Rauchgasreinigungstechnologien können auch schadstoffreiche Abfälle sicher und unter Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte verbrannt werden, die im Laufe der Jahre immer weiter verschärft wurden.

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Die Bedeutung der Wasserkraft in Europa für die Bewältigung der Energiekrise und als Katalysator und Wegbereiter für den Green Deal

Anton Schleiss

Die aktuelle Energiekrise zeigt, wie wichtig eine unabhängige Stromversorgung mit hoher Verfügbarkeit ist. Hier haben die bestehenden Wasserkraftspeicher bereits einen wichtigen Beitrag geleistet, um die kritische Situation im letzten und auch im kommenden Winter ohne Blackout-Risiko zu überwinden. Neue Mehrzweckspeicher und Pumpspeicherkraftwerke werden in Zukunft für eine sichere, unabhängige und erneuerbare Stromversorgung von entscheidender Bedeutung sein. Um die ökologischen, gesellschaftlichen, technologischen und marktwirtschaftlichen Herausforderungen zu bewältigen, muss der Wasserkraftsektor jedoch neue Ansätze für die künftige Entwicklung im Einklang mit den ökologischen und sozialen Anforderungen finden.

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Wasserkraft und Pumpspeicher in der EU: Erkenntnisse des EU Clean Energy Technology Observatory

Emanuele Quaranta

Wasserkraft leistet einen wichtigen Beitrag zu erneuerbaren Energien und bietet zahlreiche Vorteile. Staudämme können jedoch auch Umweltauswirkungen verursachen. Nachhaltige Wasserkraft muss daher ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Stromerzeugung, Auswirkungen auf die Ökosysteme und Nutzen für die Gesellschaft schaffen, um das Erreichen der Ziele des Grünen Deals und die Ziele der Politik für erneuerbare Energien und Wasser zu unterstützen. Es gibt mehrere nachhaltige Wasserkraftoptionen, deren Potenzial vor allem in der Europäischen Union (EU) von großer Bedeutung ist (z.B. Modernisierung des bestehenden Kraftwerksparks und Digitalisierung, um die Auswirkungen entlang der Flüsse zu mildern und die Wasserkrafterzeugung zu optimieren). Diese Punkte werden im Bericht des EU Clean Energy Technology Observatory der Europäischen Kommission eingehend erörtert, und einige wichtige Erkenntnisse werden in diesem Artikel diskutiert.

Die Digitalisierung der europäischen Wasser- und Wasserkraftwirtschaft

Emanuele Quaranta

Digitale Technologien haben in der globalen Wasserwirtschaft im Zeitraum 2016 bis 2020 zu Einsparungen bei den Investitions- und Betriebskosten in Höhe von rund 300 Milliarden Euro geführt. Zu den am weitesten verbreiteten digitalen Werkzeugen gehören die Echtzeitüberwachung, Modellierungsansätze zur Unterstützung der Entscheidungsfindung und Optimierungsmaßnahmen, z.B. beim Energieverbrauch und bei datenbasierten Entscheidungen. Die drei wichtigsten Wassersektoren, die von digitalen Werkzeugen erheblich betroffen sind, werden in diesem Artikel behandelt: Wasserverteilungsnetze (WDN), Abwassersysteme (WWS) und Wasserkraft. Die Vorteile der Digitalisierung wurden mit 5,0, 0,14 bzw. 1,7 Mrd. EUR pro Jahr beziffert, wobei ökologische und soziale Vorteile, die eine nicht zu vernachlässigende Rolle spielen können, nicht berücksichtigt wurden.

Vorteile und Herausforderungen der Integration einer Klärschlammverbrennung in eine thermische Abfallbehandlungsanlage

S. DeYoung, M. Schönsteiner, R. Decker, R. Borghardt, A. Witkowski, J. Koster, A. Hanenkamp und U. Martin

Thema ist die thermische Behandlung von Abfällen und Reststoffen mit Fokus auf das aktuelle Projekt der MHKW Rothensee GmbH, EEW Energy from Waste GmbH und der Städtischen Werke Magdeburg GmbH & Co. in Magdeburg-Rothensee. Die MARTIN GmbH liefert hier neben der bewährten Rostfeuerung für das Müllheizkraftwerk auch eine integrierte Wirbelschicht-Klärschlammverbrennungsanlage. Nach der Fertigstellung wird Magdeburg-Rothensee der größte MHKW-Standort in Deutschland sein.

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Möglichkeit zur kontinuierlichen Ermittlung und Überwachung von fossilen CO2-Emissionen in Abgasströmen von Abfallverbrennungsanlagen

Martin Pohl und Tao Wen

Mit dem geänderten Brennstoffemissionshandelsgesetz (BEHG) wird die CO2-Bepreisung auf alle fossilen Brennstoffemissionen ausgeweitet. Ab 2024 betrifft dies auch die Abfallverbrennung. Ebenso wird auf EU-Ebene darüber diskutiert die Abfallverbrennung in den Emissionshandel einzubeziehen. Hinsichtlich der Ermittlung der CO2-Emissionen existieren verschiedene Möglichkeiten. Über ein Emissionsauswertesystem lassen sich die CO2-Emissionen über die Zeit kontinuierlich aufzeichnen und Jahresfrachten ausgeben. In diesem Beitrag wird ein neuer Ansatz zur Ermittlung der biogenen CO2-Emissionen vorgestellt. Dieser erlaubt es, auf Grundlage der vorhandenen Messtechnik in Anlehnung an die ISO 18466, den zu ermittelnden biogenen Kohlenstoffdioxid-Anteil direkt und kontinuierlich im Emissionsauswerterechner zu bestimmen.

Die Bestimmung des biogenen CO2-Anteils von Emissionen aus Abfallverbrennungsanlagen zur Erfüllung der Anforderungen des Brennstoffemissionshandelsgesetzes

Jürgen Reinmann

In Deutschland hat das Bundeskabinett am 12. Mai 2021 die Novellierung des Klimaschutzgesetztes (KSG) beschlossen. Auf nationaler Ebene wurde mit der 2. Änderung des Brennstoffemissionshandelsgesetzes (BEHG) am 9. November 2022 beschlossen, dass Abfallverbrennungsanlagen ab dem 1.1.2024 am BEHG teilnehmen müssen. Die mögliche Art der Emissionserfassung ist in der neuen Emissionsberichterstattungsverordnung 2030 geregelt. In diesem Beitrag werden die neuen Anforderungen und die möglichen Bestimmungen des biogenen CO2-Anteils beschrieben. Weiterhin wird das Verfahren nach DIN EN ISO 13833 und das Funktionsprinzip des AMESA B Systems beschrieben. Mit diesem System ist es möglich CO2-Probenahmen des Abgases über mehrere Wochen durchzuführen. Das System wurde in verschiedenen Anlagen eingesetzt. Die hieraus gewonnenen Ergebnisse werden vorgestellt.

Systemtechnische Grauzonen der Energiewende

Markus J. Löffler

Das Gesetz zum Ausbau erneuerbarer Energien und der von der Bundesnetzagentur genehmigte Szenariorahmen zur künftigen Netzentwicklungsplanung erlauben seit 2022 Einblicke in die planerischen Absichten der Bundesregierung für das Energieversorgungssystem Deutschlands 2045. Die Energiewende-Daten ergeben bei Berücksichtigung zusätzlich zu installierender Infrastruktur und Komponenten bei gleichzeitig zunehmendem Fachkräftemangel den Eindruck, dass sich die Energiewende an Land bis 2040 nicht umsetzen lässt. Die Befunde ergeben insgesamt, dass die Energiewendeplanungen umfassend nachzubessern, im zeitlichen Ablauf realitätsnäher zu gestalten und erheblich besser zu koordinieren sind.

Kleine modulare Reaktoren und ihre Rolle bei der Erreichung der Netto-Null-Emissionsstrategie der EU

Eurelectric

Eurelectric fordert einen ganzheitlichen EU-weiten politischen Ansatz, damit kohlenstofffreie Stromerzeugung wie auch Small Modular Reactors (SMR) die Dekarbonisierung unterstützen und zur Integration eines wachsenden Anteils erneuerbarer Energien in das Stromsystem beitragen kann. Eurelectric fordert alle Beteiligten und die Europäische Kommission auf, die Realisierung der SMR-Technologie in der EU zu erleichtern und die SMR-Technologie in allen aktuellen und zukünftigen energie- und industriepolitischen Initiativen zu berücksichtigen.

World Energy Outlook 2023

Internationale Energieagentur – IEA

Der Weltenergieausblick 2023 bietet eingehende Analysen und strategische Einblicke in jeden Aspekt des globalen Energiesystems. Vor dem Hintergrund geopolitischer Spannungen und fragiler Energiemärkte untersucht der diesjährige Bericht, wie strukturelle Verschiebungen in den Volkswirtschaften und im Energieverbrauch die Art und Weise verändern, wie die Welt die steigende Energienachfrage befriedigt.

Forum | Technik: Eckrohrkessel: Fit für neue Energietechnik-Anwendungen

Udo Hellwig

Während in Europa die Weichen bei Kesseltechnik auf Miniaturisierung und dezentrale Energieerzeugung auch aus lokal verfügbaren Ressourcen stehen, geht der Trend international bei Industriekesseln zu stetig leistungsfähigeren Systemen. In Deutschland und Europa sind dagegen zunehmend kleinere Abmessungen für Anwendungen wie die dezentrale Erzeugung von Heißwasser/Dampf mit regenerativen Brennstoffen oder die Verstromung lokaler Abfallmengen direkt vor Ort gefragt.

Forum | Technik: Industrie-Reinigung

Hans-Jürgen Kastner

Die Industrie-Reinigung ist neben der Instandhaltung eine bedeutsame Dienstleistung. Eine qualifizierte Industriereinigung garantiert die notwendige allgemeine Sauberkeit industrieller Produktions- und Nebenanlagen und die zur optimalen Produktion notwendige technische Sauberkeit in den Produktionsanlagen. Durch die Reinigung sinkt die Störanfälligkeit. Weiter wird die Anlagenverfügbarkeit verlängert. Die entstehenden betriebswirtschaftlichen Vorteile sind beachtlich.

Editorial

Dimitrios Fotakis

PH.B., Abteilungsleiter Betrieb Kraftwerke
Energieversorgung Offenbach AG

Innovationen in der thermischen Abfallverwertung

Sehr geehrte Leserinnen und Leser,

in den vergangenen Jahren nimmt der Umweltschutz und die nachhaltige Ressourcennutzung eine immer größere Bedeutung ein, was sich auch auf die Abfallwirtschaft auswirkt.

Die thermische Abfallverwertung hat demzufolge in den letzten Jahrzehnten stark weiterentwickelt. Wurden früher Abfälle oft einfach verbrannt, mit untergeordneter Bedeutung der energetischen Nutzung, ist dies heute nicht der Fall. Heutzutage wird die thermische Abfallverwertung hocheffizient betrieben, um der Entsorgungsaufgabe gerecht zu werden und die gewonnene Energie aus Abfällen effizient zu nutzen bei möglichst geringen Emissionswerten.

Eine wichtige Entwicklung in der thermischen Abfallverwertung ist die Einführung von modernen Verbrennungstechnologien mit komplexer Leittechnik und Feuerleistungsregelung. Diese ermöglichen eine effizientere Verbrennung von Abfällen und eine höhere Energieausbeute. Durch den Einsatz innovativer Materialien sowie der stetigen Entwicklung im Bereich der Rauchgasreinigungstechnologien können auch schadstoffreiche Abfälle sicher und unter Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte verbrannt werden, die im Laufe der Jahre immer weiter verschärft wurden.

Ein weiterer wichtiger Fortschritt in der thermischen Abfallverwertung war die Anbindung vieler Anlagen an Industriekunden und Wärmenetze für die Nutzung der entstehenden Wärmeenergie. Durch den Einsatz von Dampfturbinen kann die bei der Verbrennung entstehende Wärme in elektrische Energie umgewandelt werden. Effizienter wird der Betrieb durch den Einsatz von Entnahme-Kondensationsturbinen (Prinzip der Kraft-Wärme-­Kopplung), wodurch flexibel zwischen der Erzeugung von Strom oder der Auskopplung von Wärme verschoben werden kann. Der Strom deckt in der Regel den Eigenbedarf der thermischen Abfallverwertungsanlage, wobei der Überschuss in das Stromnetz eingespeist wird. Die gewonnene Wärme bietet die Möglichkeit als Prozesswärme innerhalb von Produktionsverfahren genutzt zu werden oder auch für die Beheizung von Gebäuden z.B. über Fernwärmenetze.

Hierzu kommt aktuell das Thema der Carbon Capture and Storage bzw. Usage (CCS/CCU)-Technologien. Mit diesen wird Kohlendioxid aus den Verbrennungsgasen entfernt und z.B. in geeigneten Speichern gelagert, im besten Fall verwertet, anstatt in die Umwelt freigesetzt zu werden. Dies ist ein weiterer entscheidender Schritt im Kampf gegen den Klimawandel, jedoch nicht ohne einen Preis. Es bleibt abzuwarten, wie energieintensiv dieser Prozess realisiert werden kann.

Darüber hinaus wird vermehrt Wert auf die Rückgewinnung von Wertstoffen aus den Abfällen gelegt. Durch eine gezielte Sortierung und Aufbereitung können zum Beispiel schon vor der Verbrennung Metalle und Kunststoffe aus dem Abfall separiert und wiederverwertet werden. Dies trägt zur Schonung von Ressourcen bei und reduziert die Menge an Abfall, die tatsächlich verbrannt werden muss. Jedoch ist trotz des Recyclings die Verbrennung von Abfallströmen immer noch erforderlich. Recycling ist eine wichtige Methode, um Wertstoffe aus Abfällen zurückzugewinnen und Ressourcen zu schonen. Es gibt jedoch bestimmte Abfallströme, die nicht oder nur schwer recycelt werden können, wie zum Beispiel Krankenhausabfälle, bestimmte Kunststoffe oder Gemische von Abfällen. Diese Abfälle müssen anderweitig entsorgt werden, und die thermische Abfallverwertung bietet hier eine effiziente und umweltfreundliche Lösung, indem sie u.a. zur Reduzierung des Einsatzes fossiler Brennstoffe beiträgt und das Recycling der verwertbaren Anteile dieser Abfallfraktionen vorbereitet. Die Aufbereitung der Verbrennungsaschen oder Schlacken zur Gewinnung der metallischen und mineralischen Anteile ist seit Langem gängige Praxis, die kontinuierlich weiterentwickelt wird. Die thermische Verwertung hat lange noch nicht das Ende ihrer Möglichkeiten erreicht, sondern wird auch in Zukunft Ihren wichtigen Beitrag zur Behandlung von Abfällen und Reststoffen leisten. Als Beispiel sei hier die Behandlung von Klärschlämmen genannt, wo in den letzten Jahren beachtliche Fortschritte erzielt wurden und der Weg zum Phosphorrecycling geebnet wird.

Insgesamt hat sich die thermische Abfallverwertung zu einer effizienten und umweltfreundlichen Methode der Abfallentsorgung entwickelt. Durch die Rückgewinnung von Energie und Wertstoffen aus den Abfällen wird nicht nur die Umwelt entlastet, sondern es können auch wirtschaftliche Vorteile erzielt werden. Die Weiterentwicklung der Technologien und die Optimierung der Prozesse werden dazu beitragen, dass die thermische Abfallverwertung auch in Zukunft eine wichtige Rolle bei der nachhaltigen Abfallentsorgung spielt. Weltweit ist das Potential, welches für den Klima-, Umwelt- und Gesundheitsschutz zu heben ist enorm.

Trotz dieser vielversprechenden Perspektiven wird die Branche zum Nutzen der Allgemeinheit weiter viel Zeit und Geld in die Forschung und Entwicklung investieren. Die Sicherstellung der Umweltverträglichkeit, die Minimierung von Schadstoffemissionen, die Optimierung der Brennstoffeffizienz und die Nutzung von Ressourcen durch die thermische Vorbehandlung erst möglich wird, sind wichtige Ziele, die es zu kontinuierlich zu verbessern gilt.