Thermische Verwertung
- Konzeptentwurf
- Machbarkeitsstudie und Variantenvergleich
- Einreichplanung (Basic Engineering) im Genehmigungsverfahren (AWG, UVP-G, GewO, IPPC, BVT …)
- Ausschreibungsplanung und Angebotsbewertung im Vergabeverfahren
- Errichtungsphase, Überprüfung des Detail Engineering von Anlagenlieferanten
- Kalte und heiße Inbetriebnahme, Testbetrieb, Leistungstests, Abnahmeversuch
- Betriebsphase, Optimierung, Trouble Shooting
- Projektmanagement
- Schulung und Training von Fachpersonal
- Management von Behördenkontakten
- Aufbereitung von Prozessdaten und Erfüllung von Berichtspflichten
In unseren internationalen Projekten arbeiten wir eng mit lokalen Planungspartnern zusammen.
Definitionen gemäß Artikel 3, Ziff. 40 und 41 der EU-Industrieemissionsrichtlinie (RL 2010/75/EU; im Jahr 2024 revidiert durch eine Änderungsrichtlinie RL 2024/1785/EU):
40. „Abfallverbrennungsanlage“ jede ortsfeste oder nicht ortsfeste technische Einheit oder Anlage, die zur thermischen Behandlung von Abfällen mit oder ohne Nutzung der Verbrennungswärme mittels Verbrennung durch Oxidation von Abfällen und anderen thermischen Behandlungsverfahren wie Pyrolyse, Vergasung und Plasmaverfahren eingesetzt wird, wenn die bei der Behandlung entstehenden Stoffe anschließend verbrannt werden;
41. „Abfallmitverbrennungsanlage“ jede ortsfeste oder nicht ortsfeste technische Einheit, deren Hauptzweck in der Energieerzeugung oder der Produktion stofflicher Erzeugnisse besteht und in der Abfall als Regel- oder Zusatzbrennstoff verwendet oder im Hinblick auf die Beseitigung thermisch behandelt wird, und zwar mittels Verbrennung durch Oxidation von Abfällen und andere thermische Behandlungsverfahren wie Pyrolyse, Vergasung und Plasmaverfahren, wenn die bei der Behandlung entstehenden Stoffe anschließend verbrannt werden.
Es wird zwischen drei Arten von Abfallmitverbrennungsanlagen unterschieden:
- Zementöfen
- Feuerungsanlagen
- Sonstige Mitverbrennungsanlagen
Darüber hinaus werden auch die Betriebsbedingungen während der Verbrennung, die Qualitäten der Verbrennungsrückstände u.v.m. im Detail geregelt.
Zusätzliche Anforderungen gelten für die Verbrennung von gefährlichen Abfällen, bspw. eine strenge Eingangskontrolle und die Vorhaltung von Rückstellproben.
Der rechtliche Rahmen der Abfallverbrennung wird v.a. festgelegt durch Kapitel IV und Anhang VI der EU-Industrieemissionsrichtlinie (RL 2010/75/EU; im Jahr 2024 revidiert durch eine Änderungsrichtlinie RL 2024/1785/EU), die bereits „ab dem ersten verbrannten kg Abfall“ anzuwenden sind. Für Abfallverbrennungsanlagen oberhalb einer bestimmten Größe gelten zudem auch die Regelungen dieser Richtlinie für IPPC-Anlagen, die u.a. die Anwendung der besten verfügbaren Techniken (BVT) gemäß BVT-Schlussfolgerungen Abfallverbrennung (2019) bedingen.
Die Umsetzung dieser EU-Regelwerke in nationale österreichische Gesetzgebung erfolgt u.a. durch die Abfallverbrennungsverordnung (AVV 2024) und die Gewerbeordnung (GewO 1994).
Weiters kommen auch die Regelungen anderer EU-Richtlinien – wie etwa der Abfallrahmenrichtlinie (RL 2008/98/EG), der UVP-Richtlinie (RL 2011/92/EU) oder der Seveso-III-Richtlinie (RL 2012/18/EU) – bzw. ihrer entsprechenden nationalen Rechtsakte zur Anwendung, wenn die spezifischen Projektvoraussetzungen dies erfordern.
Der Abfallverbrennung liegt das Prinzip zugrunde, dass eine große Menge an kontaminierten Abfällen durch die thermische Behandlung dekontaminiert und im gereinigten Zustand in Form von sauberem Abgas (und sauberem Abwasser, wenn eine nasse Rauchgasreinigung zur Anwendung kommt) freigesetzt werden kann, während die Schadstoffe abgetrennt und in den kleinen Massenströmen ausgewählter fester Verbrennungsrückstände aufkonzentriert werden. Letztere stellen die Schadstoffsenke des Prozesses dar und werden nachfolgend – gegebenenfalls nach weiteren Behandlungsschritten – einer geordneten und sicheren Beseitigung (Deponierung) zugeführt.
Wie man sieht, dient der größte Teil der Anlage den dem Umweltschutz dienenden Prozessschritten von Rauchgasreinigung, Abwasserreinigung, Abscheidung von festen Verbrennungsrückständen und Energieerzeugung.
Unabhängig davon, ob die Feuerung als Rostfeuerung (1a), Wirbelschichtfeuerung (1b) oder als Drehrohrofen (1c) ausgeführt wird, die Feuerung/Verbrennung (1) selbst nimmt gegenüber den Umweltschutzmaßnahmen vergleichsweise wenig Raum ein.
- Feuerraum (1a. Rostfeuerung, 1b. Wirbelschichtfeuerung, 1c. Drehrohrofen)
- Lagerung und Dosierung von Brennstoff und Abfall
- Abscheidung von Bettasche („Schlacke“ bei Rostfeuerung und Drehrohrofen) aus dem Feuerraum
- Kessel zur Rückgewinnung von Verbrennungswärme
- Abscheidung fester Verbrennungsrückstände zur Verwertung und Beseitigung
- Gemeinsame Produktion von Wärme und Strom (Kraft-Wärme-Kopplung, KWK)
- Typisches mehrstufiges System zur (nassen) Rauchgasreinigung
- Kamin zur Freisetzung des gereinigten Abgases
- Typisches mehrstufiges System zur Reingung der Abwässer aus der nassen Rauchgasreinigung
- Freisetzung von gereinigtem Abwasser
- Brennbare Abfälle stellen eine sichere, verfügbare und kostengünstige Energiequelle dar.
- Der Heizwert von Hausmüll ist etwa so hoch wie jener von Braunkohle.
- Durch Abfallverbrennung kann Energie in Form von Strom, Prozessdampf, Fernwärme und Fernkälte erzeugt werden.
- Die thermische Behandlung reduziert das Abfallvolumen von Restmüll um rund 90% und die Abfallmasse um rund 75%.
- Die Verbrennung hygienisiert die Abfälle, organische Schadstoffe werden ebenso zerstört wie pathogene Keime.
- Eine Abfallverbrennungsanlage gemäß der besten verfügbaren Technik wirkt als Vorrichtung zur Zerstörung von polychlorierten Dibenzo-para-Dioxinen und Dibenzofuranen („Dioxinen“, PCDD/F). Die Ergebnisse eines in den 1990er-Jahren durchgeführten Bilanzversuchs an einer österreichischen Müllverbrennungsanlage zeigen eine PCDD/F-Reduktion um >90%, siehe Abbildung unten (Quelle: Weißbuch Thermische Abfallbehandlung in Österreich (2009), S. 50).
- Die für Abfallverbrennungsanlagen geltenden Umweltauflagen sind strenger als jene für andere Industriebranchen und genügen den höchsten Anforderungen.
- Die thermische Abfallbehandlung stellt eine Schadstoffsenke dar und ermöglicht die sichere Ausschleusung und Beseitigung der geringen Mengen an kontaminierten Verbrennungsrückständen.
- In vielen Ländern ist es leider nach wie vor üblich, Abfälle auf ungesicherten Deponien bzw. illegal abzulagern und an diesen Orten ein unkontrolliertes Abbrennen zuzulassen. Die dabei auftretenden massiven Schadstofffreisetzungen in die Luft, den Boden und das Grundwasser stellen eine beträchtliche Gefährdung der Umwelt und der menschlichen Gesundheit dar. Gegenüber dieser Praxis tritt die Schutzwirkung der thermischen Abfallbehandlung für Umwelt und menschliche Gesundheit besonders stark zu Tage.
- Abfallverbrennung trägt zum Klimaschutz bei, da das bei der Verbrennung entstehende CO2 ein rund 28-mal geringeres Treibhausgaspotenzial aufweist als eine im Falle einer Deponierung gleich große Menge an freigesetztem Methan CH4. Kombinationen mit nachfolgender Carbon Capture and Storage (CCUS) oder mit der Produktion von Wasserstoff unter Nutzung der durch Abfallverbrennung erzeugten elektrischen Energie sind möglich.
- Im Zuge der thermischen Abfallbehandlung können einige Sekundärrohstoffe gewonnen und einer anschließenden stofflichen Verwertung (Recycling) zugeführt werden, beispielsweise durch:
- Verwertung von Wirbelschicht-Bettasche und Rostasche (nach Alterung) als Baumaterial;
- Vorabscheidung von wertstoffhaltiger schadstoffarmer Flugasche bei Temperaturen oberhalb von 400°C zur stofflichen Verwertung (z.B. CaO-reiche Asche aus der Verbrennung von kalkreichen Abfällen, phosphorreiche Asche aus der Klärschlammverbrennung);
- Rückgewinnung von Eisenmetallen, Stahl, Aluminium, Kupfer, Bronze und Edelmetallen aus den festen Verbrennungsrückständen;
- Abtrennung von Glasteilchen aus der Wirbelschicht-Bettasche zur Verwertung in der Schaumglasproduktion.
Dioxin-Bilanz über eine österreichische Abfallverbrennungsanlage
(Quelle: Thermische Abfallbehandlung. Weißbuch. Zahlen, Daten, Fakten (2009))
Thermische Abfallbehandlung und hohe Recyclingraten gehen Hand in Hand.
(Quelle: Eurostat. Grafik: CEWEP)
Gelb: Verbrennung (Energetische Verwertung)
Rot: Deponierung
Grau: Keine Angabe
Derzeit erfüllen nur wenige EU-Länder diesen Werte, unter ihnen auch Österreich.
Im Jahr 2022 betrug der deponierte Anteil in Durchschnitt der EU-Mitgliedstaaten rund 23%, wobei einzelne Länder noch deutlich mehr als die Hälfte des Siedlungsabfallaufkommens unbehandelt deponieren, mit einzelnen Werten sogar oberhalb von 80%.
Aufgrund der Gehalte an korrosionsfördernden Elementen wie Chlor oder Schwefel, die in den Abfällen enthalten sind, sowie aufgrund von sich bildenden Aschen mit vergleichsweise niedrigen Ascheschmelzpunkten liegen die Dampfparameter in der Abfallverbrennung niedriger als bei Regelbrennstoffen, typischerweise bei 400°C und 40 bar. Dadurch sind auch die möglichen elektrischen Wirkungsgrade einer Abfallverbrennungsanlage gemeinhin niedriger als in einem herkömmlichen thermischen Kraftwerk.
Eine Kraft-Wärme-Kopplung ermöglicht grundsätzlich deutlich höhere Brennstoffnutzungsgrade als die reine Verstromung, die mit beträchtlichen Wärmeverlusten einhergeht. Bei Abfallverbrennungsanlagen mit KWK können Brennstoffnutzungsgrade von über 80% erreicht werden, während bei der reinen Verstromung in einer Kondensationsturbine typischerweise nur rund 26% der in den Abfällen enthaltenen Energie nutzbar gemacht werden kann.
Deshalb ist es für den Brennstoffnutzungsgrad von entscheidender Bedeutung, ob am Standort einer Abfallverbrennungsanlage auch Wärmeabnehmer – wie Industriebetriebe mit Prozesswärmebedarf oder die Möglichkeit zur Auskopplung von Fernwärme und/oder Fernkälte – zur Verfügung stehen.
und mit Kraft-Wärme-Kopplung (© UVP GmbH)
Österreich zählt zu jenen europäischen Ländern, in denen die Rückgewinnung der knappen Ressource Phosphor aus Klärschlamm für kommunale Kläranlagen in Zukunft vorgeschrieben sein wird. Gemäß der neuerlassenen Abfallverbrennungsverordnung (AVV 2024, BGBl. II Nr. 118/2024) tritt diese Verpflichtung für kommunale Kläranlagen mit Einwohnergleichwerten von 20.000 EW60 und mehr am 01.01.2033 in Kraft.
Dabei kann die Phosphor-Rückgewinnung entweder aus der bei der Klärschlamm-Verbrennung entstehenden Asche erfolgen, wobei zumindest 80% des im Klärschlamm enthaltenen Phosphors rückgewonnen werden müssen;
oder direkt am Standort der Kläranlage oder in deren Nahebereich, wobei zumindest 60% des im Kläranlagenzulauf enthaltenen Phosphors rückgewonnen werden müssen.
In beiden Fällen können jeweils thermische, chemische oder physikalisch-chemische Verfahren angewendet werden.
Alternativ ist auch eine Verwertung der gesamten Flugasche aus der Klärschlammverbrennung in der Düngemittelindustrie möglich.
Das Plasmaverfahren stellt einen Behandlungsprozess dar, bei dem die Abfälle bei rund 2000°C in einem Lichtbogenofen verbrannt oder vergast werden. Dies liefert verglaste Verbrennungsrückstände mit verbessertem Eluatverhalten, benötigt jedoch enorme Energiemengen zur Erzeugung des elektrischen Lichtbogens, in dem die Verbrennung bzw. Vergasung stattfindet. Plasmaanlagen werden v.a. im asiatischen Raum betrieben, haben sich in Europa jedoch nicht durchgesetzt.
Vergasung und Pyrolyse sind zwei thermische Prozesse, die – anders als die Verbrennung (vollständige Oxidation) – im Sauerstoffunterschuss (Vergasung: unvollständige Oxidation) bzw. Sauerstoffausschluss (Pyrolyse: keine Oxidation, mit Ausnahme von Reaktionen allfälliger im Abfall enthaltener Spuren von Sauerstoff) stattfinden.
Rechtlich sind die Vergasung und die Pyrolyse von Abfällen der Verbrennung gleichgestellt. Beide Prozesse müssen, sofern die entstehenden Produkte nachverbrannt werden und dabei höhere Emissionen entstehen als bei der Verbrennung von Erdgas, was üblicherweise der Fall ist, dieselben Emissionsgrenzwerte wie Verbrennungsanlagen einhalten.
Entgegen anderslautenden Behauptungen handelt es sich bei Pyrolyseöl nicht um ein am Markt als Dieseltreibstoff o.ä. verkäufliches Produkt, sondern um einen gefährlichen Abfall, der einer entsprechenden Behandlung zugeführt werden muss.
Die technologischen Unterschiede zwischen Verbrennung, Vergasung und Pyrolyse von Abfällen sind nachfolgend im Überblick dargestellt.
(© UVP GmbH)
