Energieeffiziente Abluftbehandlung 2 – EnAB 2

 

Projektträger: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi – Anwendungsorientierte nichtnukleare FuE im 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung, Bereich: Energieeffizienz in Industrie und Gewerbe, Handel und Dienstleistungen

Laufzeit: 01.11.2015 – 28.02.2018

Kooperationspartner:
Institut für Aufbereitung und Recycling der RWTH Aachen

Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft, Abt. Biologische Abluftreinigung

Materialkreislauf- und Kompostwirtschaft GmbH & Co. KG, Großefehn

Kurzfassung:
Die mechanisch-biologische Abfallbehandlung (MBA) stellt eine Basistechnologie zur Behandlung von gemischten Siedlungsabfällen dar, die in ganz Europa für derzeit ca. 33 Mio. Mg in mehr als 330 Anlagen zum Einsatz kommt. In Deutschland werden in 45 MBA ca. 5 Mio. Mg gemischte Siedlungsabfälle behandelt. Der Zweck der Technologie liegt in einer aeroben Stabilisierung von organikreichen Abfällen vor der endgültigen Beseitigung auf Deponien.
Der aerobe biologische Prozess ist mit hohen Luftumsätzen von max. 8.000 m³/Mg Input sowie spezifischen Energieverbräuchen in der Größenordnung von 100 kWh/Mg verbunden. Die Prozessabluft ist u. a. mit organischen Schadstofffrachten beladen, die vor der Abgabe an die Atmosphäre minimiert werden müssen, um die jeweiligen nationalen Emissionsstandards sicher einhalten zu können.
Das Ziel des FuE-Vorhabens „Energieeffiziente Abluftbehandlung 2“ (EnAB 2) bestand in einer signifikanten Reduzierung des Energieaufwandes zur mechanisch-biologischen Abfallstabilisierung. Dieses Ziel war im Ergebnis des vorlaufenden Projektes EnAB 1 insbesondere dann zu erreichen, wenn der Energieverbrauch für die biologische Prozessführung und die anschließende Abluftbehandlung reduziert werden kann.
Da die Abluft aus zahlreichen aeroben Einzelprozessen in jeweils unterschiedlichen Stadien als Gemisch zentral behandelt wird, ist das Zusammenwirken vieler Einzelprozesse für eine effiziente Prozessgestaltung für die finale Abluftreinigung von entscheidender Bedeutung. Damit sind zum Erreichen des Ziels sowohl technische Aspekte einer Abluftbehandlung als auch die konkrete betriebliche Organisation des Zusammenwirkens unterschiedlicher Einzelprozesse von Belang.
Mit dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Anschlussvorhaben EnAB 2 wurden unter realen betrieblichen Bedingungen in der von MKW betriebenen MBA Großefehn praktikable Methoden zur nachhaltigen Steigerung der Energieeffizienz erprobt. Aufgrund des hohen Beitrags der Abluftbehandlung zum Gesamtenergieverbrauch haben sich die erprobten Maßnahmen insbesondere auf die Führung von Abluftströmen unterschiedlicher Qualität und Herkunft und deren abschließende technische Reinigung konzentriert.
An dem Forschungs- und Entwicklungsvorhaben EnAB 2 waren der Anlagenbetreiber MKW, der Anlagenlieferant für Abluftbehandlungstechnik PlasmaAir sowie die Universitäten RWTH Aachen und Stuttgart beteiligt. Untersuchungsgegenstand war die Verbesserung der Energieeffizienz von Mechanisch Biologischen Behandlungsanlagen insbesondere durch Modifikation der energieaufwändigen Abluftbehandlung. Energieeffizienz lässt sich durch Optimierung aller Teilprozesse von der mechanischen über die biologischen Prozesse bis zur Abluftbehandlung verbessern. Daher waren alle Teilsysteme Gegenstand der Untersuchungen. Die Besonderheit des Fortsetzungsvorhabens EnAB 2 lag in dem Umstand, dass Erkenntnisse aus dem vorlaufenden Vorhaben durch eine weitgehende technische Modifikation der MBA Großefehn im Bereich der Ablufterfassung und Behandlung aus der biologischen Behandlung vorgenommen werden mussten, um Erkenntnisse über das Zusammenwirken einzelner Reaktoren bzw. Teilprozesse zu gewinnen.
Auf Seiten des Anlagenbetreibers hat die intensive Befassung mit dem Thema nach mehr als 10 Jahren Anlagenbetrieb zu einem deutlich verbesserten Verständnis für Prozessabläufe und der damit zusammenhängenden Regelungstechnik bzw. den Einflussmöglichkeiten der Betriebsführung geführt. Die Zusammenhänge zwischen den stofflichen Eingangsbedingungen in jedem Rottereaktor und den Auswirkungen auf das Gesamtsystem konnten aus den umfangreichen Versuchskampagnen mit originären Abfällen erkannt und in konkrete Optimierungsmaßnahmen übersetzt werden.
Der Betrieb einer zusätzlichen Abluftbehandlung, die unter regulären betrieblichen Bedingungen eingesetzt wurde, hat deren Tauglichkeit belegt. Eine Übernahme in den Regelbetrieb ist aufgrund genehmigungsrechtlicher Restriktionen noch nicht möglich, so dass realistische Einsparpotenziale beim Betrieb der kostenintensiven Abluftbehandlung über eine RTO noch nicht validiert werden konnten.
Die tiefgreifende Analyse der Teilprozesse mechanische Abfallbehandlung, biologische Behandlung und Abluftbehandlung durch die universitären Partner hat aufgezeigt, in welchem Umfang Wechselwirkungen im komplexen System aus hier 30 Batch-Reaktoren auftreten. Die Überlagerung durch stoffliche Einflüsse im Anlageneingang, die sowohl qualitativer als auch quantitativer Art sind, führt zu einem Betriebsverhalten, dass durch große Schwankungsbreite aller messbaren Parameter führt. Mathematisch beschreibbare Wechselwirkungen zwischen konnten aufgrund der Vielzahl von sich überlagernden Wechselwirkungen nicht identifiziert werden. Dementsprechend konnte es auch nicht gelingen, die gesamte Prozesskette modellhaft abzubilden. Mangels rechnerisch eindeutig belegbarer Ursache – Wirkungs – Beziehungen lassen sich Effekte aus einzelnen Versuchskampagnen unter betrieblichen Bedingungen nicht reproduzieren. Damit verbietet sich auch der Versuch, einzelne Effekte zu quantifizieren.
Das Ziel einer Effizienzsteigerung lässt sich dennoch erreichen, wenn in einzelnen Prozessen erkennbare Zusammenhänge gewürdigt und hinsichtlich der Prozessführung durch entsprechende Modifikation berücksichtigt werden. Hier hat sich gezeigt, dass nicht einzelne quantifizierbare Maßnahmen zum Erfolg führen, sondern das ein geschärftes Bewusstsein der Betriebsverantwortlichen für Energieeffizienz zahlreiche kleine Optimierungen ausgelöst hat. Die ergriffenen Maßnahmen reichen von kleinen Modifikationen in einzelnen Abläufen bis hin zur intensivierten Wartung mit dem Ziel, Betriebsbedingungen zu stabilisieren und Schwankungen einzugrenzen. Ohne alle Erkenntnisse betrieblich umsetzen zu können, wurde der spezifische Primärenergiebedarf der untersuchten MBA im Projektverlauf bereits um ca. 19% reduziert, weiteres Potential kann noch erschlossen werden.

3D-Model Abluftbehandlungsanlage
Schematische Darstellung der Anlage

Wäscher
Wäscher mit Rohrleitung

Wäscheranlage
Installierte Wäscheranlage

Säuredosierschrank
Säuredosierschrank

Biofilter
Installation der Biofilter

Steuerung
Visualisierung der Steuerung

Steuerung im Betrieb
Steuerung im Betrieb

Publikationen:

Coskun, Erdogan; Pretz, Thomas; Wittmann, Leonie; Reiser, Martin; Kranert, Martin; Joost Christina; Dörnath, Hans Hermann; Glocker, Bernd; Marienfeld, Silke; Dobslaw, Christine:
„Schlussbericht zum Anschlussvorhaben Energieeffiziente Abluftbehandlung 2 – EnAB 2“
Abschlussbericht über ein Entwicklungsprojekt, gefördert unter den Förderkennzeichen 03ET1378A-D vom BMWi. Institut für Aufbereitung und Recycling der RWTH Aachen, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft der Universität Stuttgart, Materialkreislauf- und Kompostwirtschaft GmbH & Co. KG, Großefehn und PlasmaAir AG, Weil der Stadt, März 2016

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