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09-2019

Abfall Synthesegas aus

Abfall Synthesegas aus schwer verwertbaren Abfällen Nicht alle Abfälle lassen sich wirtschaftlich recyceln. Die Vergasungstechnik bietet einen Ausweg: Aus kohlenstoffhaltigen Abfällen entsteht dann ein Synthesegas, aus dem sich wieder Kunststoffe herstellen lassen. Deutschland setzt mit strengeren Recyclingquoten für Verpackungen auf werkstoffliches Recycling. Doch dies stößt an Grenzen. Die Erfüllung höherer Quoten wird zu einem echten Problem. Auch das Einfuhrverbot in Länder wie China und Malaysia oder strengere Auflagen der Müllverbrennung verschärfen die Situation. Die dringende Frage ist: Was tun mit unserem Kunststoffmüll? Eins ist klar, ein „weiter so“ geht nicht. Verbesserungen und Optimierungen entlang der Prozesskette werden allein nicht die erhoffte Lösung bringen. Also zurück zum Anfang. Kohlenstoffhaltiger Abfall ist ein wertvoller sekundärer Rohstoff, der ganz vorn in die Prozesskette eingespeist werden kann, um Erdöl als Rohstoff für die chemische Industrie zu ersetzen. Dies wäre die Transformation zu einer Kohlenstoffkreislaufwirtschaft. Durch die Einbindung des Kohlenstoffs in Produkte statt der Generierung von CO 2 -Emissionen durch Abfallverbrennung trägt die chemische Nutzung von Kunststoffabfällen gleichzeitig zur Erfüllung der Energiewendeziele bei. Eine derart stofflichchemische Nutzung von Abfällen, die auch als chemisches Recycling bezeichnet wird, ist über drei Verfahrensrouten, nämlich die Solvolyse, die Pyrolyse und die Vergasung, möglich. Thermochemische Verfahren Für die große Masse der Abfälle sind die Verfahren der Pyrolyse und Vergasung für das chemische Recycling von besonderem Interesse. Bei ihnen werden die flüssigen und festen kohlenstoffhaltigen Abfälle thermisch-chemisch in kleinere Moleküle gespalten. Der Stahlbehälter des Coorved-Vergasers für die Wirbelschichtvergasung ist etwa acht Meter hoch. Er ist für Kunststoffabfälle, getrockneten Klärschlamm oder aschereiche Kohlen besondere geeignet. Pyrolyse und Vergasung sind dabei sehr unterschiedlich. Pyrolyse: Abfälle werden unter Luftabschluss, üblicherweise bei Atmosphärendruck, auf 400 bis 500 °C aufgeheizt und durchlaufen eine Schmelz- und Zersetzungsphase. Um Pyrolyseöle zu gewinnen, die als chemische Rohstoffe geeignet sind, müssen vorgetrennte, saubere Abfälle verwendet werden. Das Problem: Die Pyrolyse ist für Massenabfälle nicht geeignet, da die entstehenden Produkte mit chlororganischen Verbindungen wie polychlorierten Biphenylen (PCBs), unerwünschten Schwefel- oder Stickstoffverbindungen oder auch Dioxinen belastet sind. Vergasung: Die Abfälle werden bei 1.000 bis 1.600 °C und Drücken bis 60 bar bis auf Grundmoleküle aufgespalten. Die Sauerstoffzufuhr beträgt nur ein Drittel der Menge, die zur Verbrennung notwendig wäre, es wird nur partiell oxidiert. Unabhängig von der Herkunft der Abfälle entstehen immer die gleichen Grundmoleküle, wie Wasserstoff (H 2 ), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO 2 ) und Wasserdampf (H 2 O). Dioxine, Furane und PCBs werden vollständig zerstört und es findet im Gegensatz zur Pyrolyse oder Verbrennung grundsätzlich keine Neubildung statt. Alle Verunreinigungen, seien es chlor-, stickstoff- oder schwefelhaltige Verbindungen, werden ebenfalls in Grundmoleküle wie Chlorwasserstoff (HCl), Ammoniak (NH 3 ) oder Schwefelwasserstoff (H 2 S) umgewandelt und durch Wäschen unter Druck quantitativ entfernt. Im Vergleich zu Pyrolyse ist Vergasungstechnologie damit die Ultima Ratio für das chemische Recycling nahezu aller kohlenstoffhaltiger Abfälle. Daher ist sie für die Großchemie besonders geeignet. Drei Vergasertypen Robuste Flugstromvergaser sind am verbreitetsten: Fein aufgemahlene, kohlenstoffhaltige Feststoffe werden zusammen mit Sauerstoff über einen oder mehrere Brenner in den Vergasungsraum geblasen. Dabei werden Reaktionstemperaturen von im Mittel 1.400 bis 1.600 °C und in der Spitze von mehr als 2.000 °C erreicht. Ähnlich wie in einem Rührkessel erfolgt eine vollständige Vermischung der Einsatzstoffe und der sich bildenden Produktgase, die fast vollständig aus den Grundmolekülen CO und H 2 – also Synthesegas – bestehen. Die Erzeugung verglaster Schlacken, in denen die Schwermetalle eluatfest eingebunden sind, wird angestrebt, aber nur in wenigen Fällen erreicht. In Wirbelschichtvergasern werden weniger fein aufgemahlene Feststoffe eingetragen. Die Korngröße ist typischerweise kleiner als 1 cm, kann aber mehrere cm betragen. Die Partikel werden durch die aufsteigenden Fluidisierungsgase in einer quasi-kochenden Bewegung in Schwebe gehalten. Dabei werden sie mit den Vergasungsmitteln 36 UmweltMagazin September 2019

Abfall Am Freiberger Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen werden verschiedene Rohstoffe vergast: heimische Braunkohle, ... Ersatzbrennstoffe aus getrockneten, aufbereitetem Restmüll, Sortierresten, Mischkunststoffen, Schredderfraktionen aus dem Automobilrecycling, ... Meeresmüll wie Plastikbehälter, Fischernetze, Seile, Holz und Gummistiefel. Dieser Abfall muss für die Vergasung geschreddert und gepresst werden, ... oder leichte Shredder-Rückstände des Automobilrecyclings mit verschiedenen Kunststoffen, Mischkunststoffen, Textilien und Metallresten. Sauerstoff und Wasserdampf intensiv gemischt. In der Folge genügen moderate Reaktionstemperaturen von bis zu 1000 °C für eine weitgehende Umwandlung der Ausgangsstoffe in die Grundmoleküle CO, H 2 , aber auch CO 2 . Es fällt eine gesinterte Asche an, die bei entsprechend angepasster Prozessgestaltung eluatfest ist. In Festbettvergasern werden überwiegend grobkörnige Einsatzstoffe mit einem Durchmesser bis zu 10 cm von oben aufgegeben, wodurch sich eine Schüttung, das Festbett, ausbildet. Das Vergasungsmittel ist wie bei der Wirbelschichtvergasung ein Dampf-Sauerstoff- oder ein Dampf-Luft-Gemisch. Es wird von unten in das Festbett eingebracht und „verzehrt“ dieses in der Oxidationszone bei Temperaturen bis zu 1500 °C. Die gebildete Asche wird entweder am Boden des Festbettvergasers in gesinterter, fester Form (Festbettvergaser mit trockenem Aschaustrag) oder als flüssige, verglaste Schlacke (Schlackebadvergaser) abgezogen. Vergasung von Abfällen Weltweit, insbesondere in China, wird die Vergasungstechnologie im großen Maßstab für die Kohlechemie eingesetzt. Die marktführenden Kohlevergasungstechnologien auf Basis der Flugstromvergasung sind aber für Abfälle nicht geeignet. Das Schlüsselproblem ist, dass die Abfälle nicht zu riesel- und pneumatisch transportfähigem Staub aufgemahlen werden können, was erforderlich ist, um sie über die Brenner in den druckaufgeladenen Vergaser bei einem Vergasungsdruck von 40 bis 60 bar einzublasen. Demonstrationsanlagen für die Abfallvergasung werden heute in Kanada (Edmonton) von Enerkem sowie in Japan (Kawasaki) von Showa Denko betrieben. Beide nutzen die Wirbelschichttechnologie, wobei die zerkleinerten Abfälle (Größe zirka drei bis acht cm) über Schneckenförderer in den Reaktionsraum eingebracht werden. Wegen des mechanisch schwierig zu gestaltenden, kontinuierlichen Eintrags der heterogenen und zum Teil kaum rieselfähigen Feststoffe muss der Systemdruck niedrig gehalten werden (leichter Überdruck bis maximal 10 bar). Abgesehen von der hohen Störanfälligkeit der Transportsysteme führt der hohe Energiebedarf für die Nachverdichtung auf UmweltMagazin September 2019 37

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