Ersatzbrennstoff

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Altreifen werden ohne Aufbereitung verbrannt

Zur Verbrennung aufbereiteter Sperrmüll - in Ballen gepresst.

RDF als Pellets

Ersatzbrennstoffe bzw. Sekundärbrennstoffe sind Brennstoffe, die aus Abfällen gewonnen werden. Mit zunehmender ökonomisch-ökologischer Bedeutung der Nachhaltigkeit wächst ihr Anteil an der Rohstoffwirtschaft kontinuierlich.

Dabei kann es sich sowohl um feste, flüssige oder gasförmige Abfälle handeln, die in unterschiedlicher Aufbereitungstiefe für den jeweiligen Nutzungszweck aufbereitet werden.

Die zur Herstellung von Ersatzbrennstoff verwendeten Abfälle können aus Haushalten, Industrie oder Gewerbe stammen. Die Aufbereitungstiefe ist von dem Einsatz des Ersatzbrennstoffes sowie von unterschiedlichen Qualitätsanforderungen des thermischen Verfahrens abhängig. Bis heute sind weder die Aufbereitung noch das Produkt Ersatzbrennstoff gesetzlich definiert, wobei zwischen festen und flüssigen Ersatzbrennstoffen unterschieden wird.

Zu den Aufbereitungsschritten der hochkalorischen Fraktionen aus Gewerbeabfällen und Hausmüll gehören die Vorsortierung, die Grobzerkleinerung, die Siebklassierung, die Windsichtung sowie die Eisen- und Nichteisenabscheidung. Zusätzliche Aufbereitungsschritte zur Herstellung von Sekundärbrennstoffen sind sensorische Sortierungen und Trocknungen. Bedeutende Brennstoffparameter sind, neben den emissionsrelevanten Parametern, der Heizwert, Glührückstand, Chlorgehalt und der Ascheanteil. Verwertet werden EBS zusammen mit konventionellen Brennstoffen in der sogenannten Mitverbrennung, vor allem in Zement-, Kalk-, Braunkohle- und zum Großteil in Industriekraftwerken (heizwertreiche Fraktion) sowie in Müllverbrennungsanlagen oder als alleiniger Brennstoff in EBS-Kraftwerken. Die Zweckmäßigkeit des Einsatzes von Ersatzbrennstoffen sollte, neben der nachhaltigen Nutzung, durch die Gegenüberstellung der Energieeffizienz der energetischen und stofflichen Verwertung beurteilt werden.

Begriffsabgrenzung

Unter den Begriff Ersatzbrennstoffe oder Sekundärbrennstoff fallen sämtliche nicht fossilen Brennstoffe. Sie können aus selektiv gewonnenen, produktionsspezifischen (Gewerbe-)Abfällen wie auch aus unspezifischen Abfallgemischen, wie Siedlungsabfall, hergestellt werden.

Dazu zählen sowohl flüssige, pastöse wie auch feste Abfälle und Biomassen, die für die energetische Verwertung/Mitverbrennung aufbereitet werden, welche endkonfektioniert und heizwertreich energetisch verwertet werden. Dies sind z.B. heizwertreiche Fraktionen aus Siedlungsabfällen, Gewerbeabfälle, Lösemittel, Ältöl, ganze oder geshredderte Altreifen sowie getrockneter Klärschlamm, Reishülsen, Stroh oder gar Tiermehl.

Als "heizwertreiche Fraktion" wird der aus dem Abfallgemisch abgetrennte Anteil bezeichnet, der anschließend einen höheren Heizwert aufweist, als der anfängliche Rohabfall. Er wird meist mit einem geringeren Aufbereitungsgrad (kommunal) gewonnen und an private Aufbereiter zur Nachbearbeitung weiter gereicht. Diese hochkalorische Fraktion kann aber auch ohne weitere Behandlung in sog. Ersatzbrennstoff-Kraftwerken verwertet werden, die Dampf bzw. Strom daraus gewinnen.

Geschichte und heutiger Status

Bereits seit etwa 40 Jahren werden aus Abfallgemischen unterschiedlicher Herkunft durch mechanische Verfahren Brennstoffe hergestellt. Der um 1980 entwickelte Begriff „BRAM“ (Akronym für „Brennstoff aus Müll“) beschreibt erste Ansätze einer Brennstoffproduktion aus undefinierten Abfallgemischen, deren Herkunft und Zusammensetzung völlig unbekannt waren. Jedoch war der Einsatz von Brennstoffen aus Abfall damals weniger erfolgreich als heute. Der Begriff BRAM ist heute nicht mehr gebräuchlich, allerdings wird er in einem Report der Europäischen Kommission noch 2003 als deutscher Begriff für RDF verwendet.^[1]

Heute sind die Begriffe Ersatz-, Substitut- oder Sekundärbrennstoff geläufig. Mit der Einführung dieser Begriffe ist die Einführung von qualitativen Mindestanforderungen und einer geregelten Qualitätssicherung verbunden. Es wurden Gütegemeinschaften wie die Bundesgütegemeinschaft Sekundärbrennstoffe e. V. (BGS) gegründet. In der Vergangenheit wurden neue Maschinentechniken für die Zerkleinerung und Sortierung von Abfall entwickelt. Die Qualitätssteuerung und Qualitätssicherung werden durch weiterentwickelte Sortierungstechniken wie optimierte Wirbelstromscheider zur Abscheidung von Nichteisenmetallen oder neue sensorgestützte Sortiertechniken ermöglicht.

Auch auf europäischer Ebene gibt es Bestrebungen, die Qualitätsanforderungen zu standardisieren. Bis heute sind jedoch weder die Aufbereitung noch das Produkt Ersatzbrennstoff gesetzlich definiert. Nach der EU-Abfallrahmenrichtlinie (2008/98/EG) stellt die energetische Verwertung oder die Aufbereitung von Abfall zu Brennstoffen kein Recycling dar. Die Wiederverwendung und das Recycling hat nach EU-Abfallrahmenrichtlinie (2008/98/EG) Vorrang vor der energetischen Verwertung, wenn es nach Umweltaspekten die beste Option darstellt. Nur wenn die Energieeffizienz (Energieoutput/Energieinput) bei über 60 % liegt, bei neueren Anlagen (nach dem 31. Dezember 2008 genehmigt) über 65 %, handelt es sich bei der Abfallverbrennung nach 2008/98/EG um eine energetische Verwertung, ansonsten um eine Abfallbeseitigung.^[2]

Bisher ist auf EU-Ebene noch nicht klar definiert, ab welchem Stadium Stoffe nicht mehr als Abfall, sondern als Produkte gelten. Eine mögliche CEN-Normung der Ersatzbrennstoffe würde derzeit nichts am Abfallstatus des Materials ändern. Mit einer Novellierung der EU-Abfallrahmenrichtlinie könnten in Zukunft EU-weite Kriterien entwickelt werden, bei deren Einhaltung das EBS-Material von einem Abfall zu einem Produkt umdeklariert würde.

Aufbereitungsintensität und Qualitätsanforderung

Die Aufbereitungsintensität ist von dem Einsatz des Ersatzbrennstoffes sowie von unterschiedlichen Qualitätsanforderungen der Abnehmer, die eine eindeutige Spezifikation des abzunehmenden Produktes vorgeben, abhängig. Bedeutende Brennstoffparameter ergeben sich auch aus der Qualität der zur Ersatzbrennstoffherstellung genutzten Rohabfälle.

Diese sind Heizwert, Glührückstand und Chlorgehalt. Je nach den immissionsrechtlichen Genehmigungen der Anlage, in der der Brennstoff verwertet wird, werden Mindest- und Höchstwerte für Schwermetallgehalte definiert und verschiedene Forderungen an den Grad der Metallentfrachtung gestellt.

An die Korngröße werden ebenfalls unterschiedliche Anforderungen gestellt: wichtig ist hier Stückigkeit, also die Begrenzung der Stückgröße und Schüttdichte. Auch die Art der Lagerung und des Transportes sind von der Verwertungsweise des Ersatzbrennstoffes abhängig.

Die Sicherung und Prüfung der Qualität eines Ersatzbrennstoffes haben Auswirkungen auf die Auswahl des Abfallstoffstroms bzw. des genutzten Rohabfalls und die Verfahrensführung seiner Aufbereitung.

Aufbereitungsverfahren

Je höher die Qualitätsanforderungen durch die Abnehmer des Ersatzbrennstoffes sind, desto selektiver muss die eingesetzte Abfalltrennung vorgenommen werden. Schon bei der Eingangskontrolle muss eine Mindestqualität des Rohabfalls sichergestellt werden, um Verunreinigungen zu minimieren und eine hohe Brennstoffausbeute zu erhalten.

Die Aufbereitung eines Abfallgemisches beginnt mit der Vorsortierung bzw. der Störstoffauslese. Es folgen die Grobzerkleinerung und daraufhin die Siebklassierung sowie die Eisen-Magnetscheidung magnetisierbarer Metalle. Zur Abtrennung der hochkalorischen Fraktion werden Windsichter eingesetzt. Dadurch werden Kunststofffolien und Papier angereichert, bzw. flächige und flugfähige Bestandteile im Leichtstoffstrom gesammelt.

Um qualitätsgesicherte Ersatzbrennstoffe, die eigentlichen Sekundärbrennstoffe, herzustellen, sind weitere Aufbereitungsschritte notwendig. Für den Einsatz in Zementwerken zum Beispiel wird eine Feinaufbereitung durchgeführt. Es finden sensorische Sortierungen durch Nahinfrarotspektroskopie (NIR) und Bilderkennungssysteme statt. Erneut kommt eine Metallsortierung zur Anwendung, sodass Nichteisenmetalle abgeschieden werden. Durch eine Sensorsortierung werden Chlorträger entfernt. Eine nachgeschaltete Windsichtung entfernt weitere Störstoffe. Durch Trocknungsschritte werden Lagerstabilität und Heizwert erhöht.

Klassifizierung und Normung

In Deutschland gibt es zur Klassifizierung von Sekundärbrennstoff-Qualitäten Gütezeichen der Gütegemeinschaft Sekundärbrennstoffe und Recyclingholz e. V. (BGS). Es handelt sich hierbei um das Gütezeichen RAL-GZ 724 für Sekundärbrennstoffe aus heizwertreichen Abfällen, das Gütezeichen RAL-GZ 727 zur Bestimmung des biogenen Anteils in Sekundärbrennstoffen gemäß RAL-GZ 724 und anderen festen Ersatzbrennstoffen sowie RAL-GZ 428 für Recyclingholz. Zu den Kriterien für die Qualität von Sekundärbrennstoffen gehören beispielsweise der Heizwert, Wasser- Chlor- und Schwefelgehalte.^[3]

Im Jahr 2002 wurde der Normungsausschuss CEN TC 343 Solid Recovered Fuels (SRF) gegründet. Die Standards sollten zunächst als technische Spezifikation behandelt werden. Erst danach sollten sie nach einem Validierungsprozess als europäische Norm gelten. Zurzeit befinden sich viele Normentwürfe zur Klassifizierung von Solid Recovered Fuels, also fester Ersatzbrennstoffe, im Zulassungsverfahren. Nur wenige Punkte, so beispielsweise eine Bestimmung zur Dichte von Pellets und Briketts, sind bereits ratifiziert. Die Einzelnormen sollen zwischen 2010 und 2012 in Kraft treten.^[4]

In einem Bericht der European Recovered Fuel Organisation (2005) sind Grundlagen zur Klassifizierung von Solid Recovered Fuels (SRF) zusammengefasst. Als Schlüsseleigenschaften für die Klassifizierung wurden der Heizwert, der Chlor- sowie der Quecksilbergehalt festgelegt. Der Heizwert repräsentiert den ökonomischen Wert, Chlor die technologischen Einschränkungen und Quecksilber die ökologische Belastung bzw. die Emissionen. Nach diesen drei Parametern werden die SRF in 5 Güteklassen eingeteilt. Nach einer Resolution im Jahre 2004 muss auch die unterste Güteklasse Grenzwerte einhalten, um als SRF klassifiziert zu werden.

Verwertung und Abnehmer von Ersatzbrennstoffen

Verwertet werden EBS zusammen mit konventionellen Brennstoffen in der sogenannten Mitverbrennung, vor allem in Zement-, Kalk- und Braunkohle-Kraftwerken, großteils auch in Industriekraftwerken (heizwertreiche Fraktion) sowie in Müllverbrennungsanlagen oder als alleiniger Brennstoff in EBS-Kraftwerken. EBS nutzende Anlagen müssen europaweit mindestens den Anforderungen der EU-Richtlinie (2000/76/EG) zur Verbrennung und Mitverbrennung von Abfällen entsprechen. In Deutschland gilt für Abfallverbrennungs- und Mitverbrennungsanlagen die 17.BImSchV.

Beispielsweise werden die aus ausgewählten Stoffströmen gezielt aufbereiteten Sekundärbrennstoffe aufgrund der höheren Qualitätsanforderungen durch anspruchsvolle Verarbeitungstechnologien maßgeblich in den Zementkraftwerken eingesetzt. Mit Energieanteilen von ungefähr 15 % und darüber eignen sich Rohabfälle wie Altreifen, Kunststoffe, Industrie- und Gewerbeabfälle sowie Tiermehl und Tierfette zur Ersatzbrennstoffaufbereitung für den Einsatz in der Zementindustrie. Mit geringeren Energieanteilen werden u. a. auch Altöl, Lösungsmittel sowie Siedlungsabfälle für die Aufbereitung genutzt.

Energieeffizienz

Im Gegensatz zu der thermischen Behandlung steht bei der energetischen Verwertung von Abfällen die Nutzung des Abfalls, d. h. die Nutzung des abfallbürtigen Energiegehalts mehr im Vordergrund. Anlagen, die nur abfallstämmige Brennstoffe einsetzen müssen jedoch, anders als mitverbrennende Anlagen (in der Regel Sekundärbrennstoff), über eine vergleichbare Rauchgasreinigung verfügen, so dass auch eine Beseitigung des Schadstoffpotenzials erfolgt. Die energetische Verwertung von Abfällen kann hinsichtlich der Energieeffizienz beurteilt werden. Hinsichtlich der Diskussion über die Zweckmäßigkeit des Einsatzes von EBS ist die Gegenüberstellung der Energieeffizienz der energetischen und stofflichen Verwertung relevant.

Sowohl bei der Stoffgruppe Papier, Pappe, Kartonage (PPK) als auch bei einigen Kunststoffen liegt bei der stofflichen Verwertung in der Regel eine höhere Energieeffizienz vor als bei der energetischen. So beträgt der kumulierte Energieaufwand für die Herstellung von Kopierpapier aus Zellstoff ca. 35 MJ/kg. Mit einem kumulierten Energieaufwand für die Herstellung von Kopierpapier aus Altpapier von ca. 15 MJ werden bei der stofflichen Verwertung ca. 20 MJ/kg eingespart. Bei der energetischen Verwertung werden dagegen bei einem hohen Brennstoffnutzungsgrad von 76 % nur ca. 10 MJ/kg eingespart.

Bei der Erzeugung von Polyethen-Polymeren aus Sekundärstoffen werden gegenüber dem Einsatz von Primärstoffen ca. 53 MJ/kg eingespart. Die Energieeinsparung als EBS beträgt dagegen auch unter Annahme eines hohen Brennstoffnutzungsgrades nur 32,7 MJ/kg. Die energetische Verwertung von Altpapier und Altkunststoffen ist jedoch dann sinnvoll, wenn diese z. B. aufgrund Verschmutzungen oder Kleinteiligkeit nicht für die stoffliche Verwertung geeignet sind. In Bezug auf Bioabfall wird die höchste Energieeffizienz erreicht, wenn Bioabfall als Kompost stofflich verwertet und gleichzeitig das Stroh, welches auf Ackerböden durch den Kompost ersetzt werden kann, energetisch verwertet wird.^[5]

Literatur

• Flamme, Sabine, Bender, Jochen: Erfahrungen bei der Qualitätssicherung von Ersatzbrennstoffen. In: ASA GmbH: MBA Technologie - Schaltstelle für Stoffströme und Energieeffizienz, Internationale 8. ASA-Abfalltage, 24. Februar 2010, S. 121 - 127, ISBN 3-935974-28-0
• Flamme, Sabine, Bender, Jochen: Wie entstehen genormte Verfahren zur Analytik von Ersatzbrennstoffen, In: Bilitewski, B.; Werner, P.; Rotter, S.; Hoffmann, G. (Hrsg.): EBS – Analytik 2 – Qualitätssicherung und Inputkontrolle, Dresden 1. Auflage, 2009, S. 19-33, ISBN 978-3-934253-52-0
• Flamme, Sabine, Bender, Jochen: Qualitätssicherung bei Ersatzbrennstoffen als Erfolgsgarantie, In: Rasemann, W. (Hrsg.): Tagungsband zur 14. Freiberger Probenahmetagung, Band 14. Freiberg, 2009, ISBN 978-3-938390-06-1
• S. Flamme: Stand der Europäischen Normung für Ersatzbrennstoffe. (PDF; Juli 2010) In: M. Faulstich, A.I. Urban, B. Bilitewski: 12. Fachtagung Thermische Abfallbehandlung. Zukunft in Deutschland und Europa. Schriftenreihe des Fachgebiets Abfalltechnik, Universität Gh Kassel, 2007, S. 135 ff.
• K. Fricke, T. Bahr, W. Bidlingmaier, T. Turk: Energieeffizienz der stofflichen und energetischen Verwertung ausgewählter Abfallfraktionen. Müll und Abfall, Jahrgang 2010, Heft 2, S.63 ff.
• B. Gallenkemper: Optimierungsansätze zur Sekundärbrennstoff- und Energiebereitstellung bei MBA. In: K. Fricke, C.-G. Bergs, G. Kosak, R. Wallmann: Energie aus Abfall- Biomasse- und Ersatzstoffverwertung. 69. Symposium des ANS e. V. Göttingen, 16. und 17. September 2008, S. 77 ff.
• A. Gendebien, A. Leavens, K. Blackmore, A. Godley, K. Lewin, K.J. Whiting, R. Davis, J. Giegrich, H. Fehrenbach, U. Gromke, N. del Bufalo, D. Hogg: Refuse Derived Duel, Current Practice and Perspectives (B4-3040/2000/306517/MAR/E3). (PDF; 891 kB; abgerufen April 2011) Final Report 2003. European Commission – Directorate General Environment, Report No.: CO 5087-4
• T. Pretz: Sekundärbrennstoff – Aufbereitung und Verwertung. In: K. Fricke, C.-G. Bergs, G. Kosak, R. Wallmann: Energie aus Abfall- Biomasse- und Ersatzstoffverwertung. 69. Symposium des ANS e. V. Göttingen, 16. und 17. September 2008, S. 167 ff.
• A.I. Urban, M. Faulstich, B. Bilitewski: Energetische Abfallverwertung in einer MVA aus Sicht der Wissenschaft. In: A. I. Urban, B. Bilitewski, M. Faulstich: 5. Fachtagung Thermische Abfallbehandlung. Zukunft in Deutschland und Europa. 9. bis 11. Oktober 2000 Kassel, Schriftenreihe des Fachgebiets Abfalltechnik, Universität Gh Kassel, S. 361 ff.
• van Tubergen, T. Glorius, E. Waeyenbergh: Classification of Solid Recovered Fuels. (PDF; 434 kB; abgerufen April 2011) European Recovered Fuel Organisation, 2005.
• G. Viersen: Stand der Gütesicherung von Sekundärbrennstoffen und Bedeutung für die klassische Müllverbrennung. In: J. Grundmann: Ersatzbrennstoffe. Aufbereitung, Mitverbrennung und Monoverbrennung von festen Siedlungsabfällen. Springer VDI Verlag, Düsseldorf 2002, S.83 ff.
• R. Vogt: Ökologische Bewertung der Biomasse- und Ersatzbrennstoffverwertung. In: K. Fricke, C.-G. Bergs, G. Kosak, R. Wallmann: Energie aus Abfall- Biomasse- und Ersatzstoffverwertung. 69. Symposium des ANS e. V. Göttingen, 16. und 17. September 2008, S. 273 ff.
• H. Baier: Einsatz alternativer Ressourcen im Zementprozess. In: B. Kummer, R. Brinkmann (Hrsg.): Umweltpolitik und Abfallwirtschaft – Ein Ratgeber für Unternehmen, Behörden, Ratsmitglieder und Verbraucher. TK, Neuruppin 2003, ISBN 3-935317-09-3, S. 175–187

Weblinks

• Gütegemeinschaft Sekundärbrennstoff und Recyclingholz e. V.
• Position des BUND zu „Ersatzbrennstoff-Kraftwerken“ – Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland NRW
• Position der Europäischen Umweltverbände-Organisation für Normung (ECOS) zum CEN-Standard für EBS (PDF)
• Modell zur Vorkalkulation von mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen zur Herstellung von Ersatzbrennstoffen (Dissertation zum Thema) (PDF; 744 KB)
• Erklärungen zu RDF (englisch)
• RDF Aufbereitung (englisch)
• Elk River Beispiel Projekt (englisch)
• Waste to energy Projekte in den USA (englisch)
• swb Entsorgung, MKK Informationen zum Mittelkalorik-Kraftwerk
• Phyllis Datenbank Zusammensetzung

Einzelnachweise