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10-11 | 2018

Abfall Wasserstoff und

Abfall Wasserstoff und Dünger aus Abfall Das Projekt ReEnvision strebt die industrielle Nutzung eines neuartigen Verfahrens zur Wasserstoffproduktion an. Es setzt auf Vergasung statt Verbrennung von Abfällen und Biomasse und spart dadurch substantiell CO2 ein. Der dabei entstehende Phosphor kann in der Landwirtschaft genutzt werden. Die KlimaExpo.NRW hat das Projekt deshalb als Vorreiter in ihre Leistungsschau aufgenommen. Klärschlamm, Holz und andere biogene Rest- und Abfallstoffe werden zurzeit vorrangig thermisch verwertet. Das heißt: Sie werden in konventionellen Müllverbrennungsanlagen verbrannt. Die Verbrennungshitze wird genutzt, um über Dampfturbinen Strom zu erzeugen. Der Wirkungsgrad ist bei diesem Verfahren mit rund zehn Prozent allerdings recht gering. Die Verbrennungsrückstände landen zudem überwiegend auf der Deponie, wodurch der darin enthaltene Phosphor als Pflanzennährstoff verloren ist. Die Anlage in der Schnittzeichnung. Schlauerer Ansatz als die Verbrennung Das Projekt ReEnvision (Regenerative Energievision) verfolgt einen effektiveren und zugleich ökologischeren Ansatz zur energetischen Verwertung der biogenen Ausgangsstoffe: Anstatt sie zu verbrennen, soll aus ihnen über eine thermisch-chemische Stoffumwandlung (Konversion) zunächst ein wasserstoffreiches Produktgas erzeugt werden. Der Wasserstoff kann abgetrennt und dann beispielsweise über eine Wasserstofftankstelle als Kraftstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge genutzt oder auch in das Erdgasnetz eingespeist werden. Doch damit nicht genug: Nach der Abtrennung des Wasserstoffs hat das restliche Produktgas noch einen bestimmten Heizwert. Im ReEnvision-Prozess kann es als zusätzlicher Energieträger für die Phosphorrückgewinnung aus den festen Konversionsrückständen verwendet werden. All dies soll weitgehend energieautark, also klimaneutral vonstattengehen, wahrscheinlich müssen aber weitere birogene Energieträger mit eingesetzt werden, wie bspw. Kohlenstoff aus einer Pyrolyse. Und auch die verbleibenden Reststoffe wie zum Beispiel Schlacken können nach den Vorstellungen der Forscher weitgehend wieder in den Stoffkreislauf eingebracht werden, sodass das Verfahren praktisch abfallfrei ist. Die Forscher – das sind die Projektmitarbeiter des Lehrstuhls für Energie- und Umweltverfahrenstechnik der Universität Siegen. Sie haben das Vergasungsverfahren bereits erfolgreich im Technikum der Universität mit einer Anlagengröße von 150 Kilowatt betrieben. Die Entsorgungsbetriebe der Stadt Siegen (ESi) und die SiCon GmbH planen nun den Bau einer kleinen Demonstrationsanlage, um im Nachgang eine halb-industrielle Fünf-Megawatt-Demonstrationsanlage zu errichten. Die Wasserstoff-Abtrennung und -Tankstelle sollen dann integraler Bestandteil der Anlage sein. Während des Testbetriebs wollen die Projektpartner – außer der Universität Siegen sind das das Institut für Baustoffforschung Duisburg (FEhS) – Erkenntnisse für die anschließende industrielle Bereitstellung von Wasserstoff aus Sekundärbrennstoffen gewinnen. Wasserstoff und Phosphordünger Technische Basis für ReEnvision ist eine vorgeschaltete, zweistufige Synthesegaserzeugung nach dem sogenannten IPV-Verfahren (Integrierte Pyrolyse und Vergasung). Unter Pyrolyse versteht man die Spaltung organischer Verbindungen unter Einwirkung hoher Temperaturen und ohne zusätzlich zugeführten Sauerstoff. Zu Beginn des Verfahrens werden die biogenen Ausgangsstoffe zunächst getrocknet und anschließend in einem Reaktor vergast. Während der Testphase von ReEnvision dient dazu der Forschungsreaktor der Universität Siegen, der auf dem Werksgelände des Siegener Entsorgungsbetriebs errichtet wird. Der Uni-Reaktor hat den Vorteil, dass mit einem großen Brennstoffspektrum experimentiert werden und die Vergasung ohne Luft stattfinden kann. Durch die Vergasung der Stoffe entsteht ein wasserstoffreiches Produktgas, aus dem der Wasserstoff abgetrennt wird. Die Vergasungsrückstände – im Wesentlichen Klärschlammasche – werden danach in einem Schmelzreaktor der Firma SICON, einem sogenannten Drehtrommelreaktor weiterbehandelt. Darin wird das Trockengut eingeschmolzen. Die benötigte Wärme kommt von einem Aufheizbrenner im Verschlussdeckel des Reaktors. In der geplanten industriellen ReEnvision-Anlage könnte das nach der Wasserstoffabtrennung verbleibende heiße Produktgas, Off-Gas genannt, sehr effizient als den Reaktor umlaufender Wärmeträger verwendet werden. Aus dem Schmelzgut kann ein Ferro- Phosphor-Metall gewonnen werden, das als Phosphorquelle für Stahlwerke oder Gießereien einsetzbar ist. Alterna- Bild: Sicon 28 UmweltMagazin Oktober - November 2018

Abfall tiv ist es aber auch möglich, durch die Zugabe von Additiven wie Kalk oder Kalkträgern und Kohlenstoff einen pflanzenverfügbaren Phosphor-Kalk- Dünger herzustellen. Ein Kohlenstofflieferant könnte dabei zum Beispiel Biokoks, also mittels Pyrolyse aus Biomasse hergestellte Kohle, sein. Während der Testphase analysiert der Projektpartner FEhS den entstehenden Phosphordünger kontinuierlich auf seine pflanzenphysiologische Wirksamkeit. Der Prozess zur Herstellung des Düngers kann so schrittweise verbessert werden. Auch die Eignung gemäß der Düngemittelverordnung wird vom Duisburger FEhS geprüft. Industrielle Nutzung der Anlage Die Projektpartner von ReEnvision erhoffen sich, aus der Testphase wesentliche Erkenntnisse für den Betrieb einer Anlage im industriellen Maßstab ableiten zu können. Mit einer 20-Megawatt- Anlage, die alle Prozessschritte in sich vereint, könnten nach Berechnungen von SICON 600 Tonnen des klimafreundlichen Energieträgers Wasserstoff pro Jahr hergestellt werden. Der Businessplan weist für Deutschland ein theoretisches Potenzial von 60 solcher Anlagen aus; weltweit schätzen es Experten sogar auf über 500. Auch die Möglichkeit, bei der Klärschlammverwertung Phosphor zurückzugewinnen, wirkt sich auf die Ökobilanz des Projektes aus. Bei dem bisherigen Verfahren der Klärschlammverbrennung ist der in der Asche enthaltene Phosphor nur bedingt pflanzenverfügbar und deshalb als Dünger für die Landwirtschaft nicht geeignet. Die Asche wird daher in der Bauindustrie genutzt oder aber deponiert. In beiden Fällen geht der Phosphor verloren. Das ReEnvision-Verfahren zeigt dagegen einen Weg auf, aus den Reststoffen ein verwertbares Düngemittel zu erzeugen. Die bisher deponierten Verbrennungsrückstände, sofern es sich um eine Mono-Deponie für Klärschlammasche handelt, sollen durch die entsprechende Aufarbeitung zurück in den Kreislauf geführt werden. Klimaschonend und effizient Wasserstoff ist ein wichtiger Energieträger für die Energiewende. In Brennstoffzellen kann er klimafreundlich zu Strom und Wärme gewandelt werden. Als Ergänzung zur bereits erprobten Elektrolyse, mit der aus überschüssigem Windstrom Wasserstoff gewonnen wird, stellt das ReEnvision-Verfahren einen vielversprechenden Ansatz zur Aufwertung von Wasserstoff im Energiemix der Zukunft dar. Die grüne Produktion des Wasserstoffs ist außerdem ein wichtiger Aspekt für den Klimaschutz: Gegenüber dem bislang vorherrschenden Verfahren der Dampfreformierung (Steam Reforming) spart das Projekt substantiell CO2 ein. Und auch der Gesamtwirkungsgrad der ReEnvision-Anlage ist mit 51 bzw. 62 Prozent (mit Abwärmenutzung) deutlich verbessert. Mithin also ein beispielgebendes Engagement im Klimaschutz, für das das Projekt in die Leistungsschau der Klima Expo.NRW aufgenommen wurde. Im Themenfeld „Energie neu denken“ zeigt es eindrucksvoll, wie innovative Ideen und Lösungswege die zukünftige Energieversorgung gestalten können und wird damit zum Vorreiter für den Klimaschutz. Dr.-Ing. Heinrich Dornbusch, Geschäftsführer der Klima Expo.NRW, Heiner Guschall, Jahrgang, Geschäftsführer und Inhaber der SICON GmbH, Hilchenbach, Umfassendes Abfallmanagement spart Geld Die Reorganisation von Prozessen, verbunden mit der Neuanschaffung von Maschinen, kann Geld sparen: Projektbeispiel eines Unternehmens aus der Lebensmittelbranche, zu dessen optimiertem Abfallmanagement auch der Einsatz von inzwischen fünf Ballenpressen gehört. R ückbklickend sagt Marc Wohlbold, Projektleiter Produktion bei Van Hees: „Wir hatten einen Schatz, den wir nicht entdeckt hatten“. Lange suchen musste er dabei nicht. Das Gold lag bei dem Zulieferer für die Fleischproduktion quasi in den Mülltonnen, genauer in Die anfallenden Kartonagen und weiterer Abfall wird Ballenpressen zugeführt. UmweltMagazin Oktober - November 2018 29

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