Die brennende Frage: Können wir die Abfallverwertung durch Kraft-Wärme-Kopplung maximieren?

Die Schweiz gehört weltweit zu den Nationen mit dem höchsten Pro-Kopf-Aufkommen an Abfällen. Diejenigen, die nicht recycelt werden, etwa 50 % des produzierten Siedlungsabfalls, werden durch Kraft-Wärme-Kopplung verwertet. Lassen Sie uns mehr über diesen Prozess erfahren.

In der Klassifizierung des städtischen Abfallaufkommens gehört die Schweiz mit mehr als 700 kg Abfall pro Kopf und Jahr zu den schlechtesten Ländern der Welt (früherer Artikel : Die Schweizer Abfallwirtschaftspolitik, ein Blick hinter die Kulissen eines der effizientesten Länder der Welt). Etwa 50 % dieser Abfälle werden recycelt, der Rest wird verbrannt, die dabei entstehende Energie wird in Form von Strom und Wärme zurückgewonnen.

Der übliche Abfall, der verbrannt wird, stammt aus Haushalten, Büros, kleinen Unternehmen, Höfen und Gärten, öffentlichen Einrichtungen und Straßen. Wohin führt der Weg dieses unerwünschten Materials? Zur näheren Erläuterung werde ich die Situation im Tessin, einer Region in der Südschweiz, analysieren, mit besonderem Augenmerk auf die Müllverbrennungsanlage in Giubiasco (mehr Informationen hier).

Zusammensetzung des Siedlungsabfalls

Laut Statistik setzt sich der in der Schweiz gesammelte Siedlungsabfall wie folgt zusammen:

• 32% biogene Abfälle
• 19% Verbundstoffe
• 17% Papier und Karton
• 13% Kunststoff
• 19% Sonstiges

Zur weiteren Erläuterung: "Biogene Abfälle" beziehen sich auf organische Abfälle, z.B. Material pflanzlichen, tierischen oder mikrobiellen Ursprungs. Unter diesen Begriff fallen zahlreiche Abfallarten aus verschiedenen Bereichen wie Landwirtschaft, Agrar- und Lebensmittelindustrie, Privatkonsum und Energieerzeugung.
"Verbundstoffe" sind Materialien, die aus mindestens zwei verschiedenen Materialien bestehen und manuell nicht getrennt werden können. Ein Beispiel ist das Tetra Pack (die Milchverpackung), das aus Karton, Kunststoff und Aluminium besteht. Der Heizwert des Abfalls liegt im Schweizer Durchschnitt bei etwa 3,5 MWh pro Tonne.

Müllverbrennungsanlage des Kantons Giubiasco

Die Anlage wurde für eine thermische Leistung von 67 MW ausgelegt, berechnet für die Behandlung von 140'000 Tonnen Abfall pro Jahr. Sie zielt darauf ab, die im Abfall enthaltene Energie durch ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem (Kessel, Turbine, Generator) zurückzugewinnen, das den durch die Verbrennung erzeugten Dampf nutzt und ihn in elektrische und thermische Energie umwandelt. Ein erzwungener Luftstrom wird in die Verbrennung eingebracht, um die notwendige Menge an Sauerstoff zu liefern und die Temperatur konstant zu halten. Es werden keine weiteren Zusätze zur Speisung des Feuers hinzugefügt.

Einige Daten:

• 2 parallele, unabhängige Verbrennungslinien
• Die Entsorgungskapazität einer Linie beträgt ca. 230 Tonnen pro Tag
• Mobile Rostverbrennungstechnologie
• Thermische Leistung 2 x 33,5 MW
• Verfügbarkeit des Betriebs 8'000h/Jahr
• Rückgewinnung und Produktion von elektrischer Energie 16 MW (nominal)
• Rückgewinnung und Produktion von thermischer Energie von 10 MW bis 30 MW thermisch
• 4-stufige Rauchgasreinigung: Elektrofilter, Waschturm, Katalysator, Schlauchfilter

Produktion von elektrischer Energie

Die bei der Verbrennung von Abfällen entstehenden Rauchgase (mit Temperaturen über 1000 ° C) zirkulieren vom Feuerraum durch den Kessel. Die Wärmetauscher im Kessel gewinnen die große Wärme zurück, die in den Rauchgasen enthalten ist. Dank der Wärmetauscher wird die Wärmeenergie der Rauchgase auf das Eintrittswasser des Kessels übertragen, das dadurch verdampft. Der Kessel kann etwa 39 Tonnen Dampf pro Stunde bei 400 °C und einem Druck von 40 bar erzeugen. Der so erzeugte Dampf treibt eine Turbine an, die, gekoppelt mit einem Generator, die thermische Energie in elektrische Energie umwandelt. Der erzeugte Strom wird in das Stromnetz eingespeist (ca. 100'000'000 kWh pro Jahr), was dem Jahresbedarf von ca. 23'000 Familien entspricht (bei einem durchschnittlichen Verbrauch von 4'500 kWh/Jahr). Ein Teil wird auch für den Strombedarf der Anlage selbst verwendet.

Thermische Produktion - Fernwärme

Fernwärme ist ein städtisches Heizsystem, das aus einem Netz von isolierten und erdverlegten Rohren für die Verteilung von Wärme in Form von heißem Wasser besteht, die von einer einzigen zentralen Anlage erzeugt wird. Diese Wärme wird an Wohn-, Gewerbe-, Krankenhaus-, Handwerks- und Industriekunden verteilt. Die Wärme, die bei der Verbrennung von Abfällen (Restwärme) in den Öfen der Waste-to-Energy-Anlage entsteht, wird zur Erzeugung von 105 °C heißem Wasser genutzt.

Als Wärmeträger wird das erwärmte Wasser mittels einer Pumpstation und einem Netz aus isolierten und unterirdisch verlegten geschlossenen Stahlrohren von der Anlage zu den einzelnen Gebäuden transportiert. Das Fernwärmenetz besteht aus zwei nebeneinander liegenden, wärmeisolierten Rohren, einem Vorlauf und einem Rücklauf.
Im Gebäude angekommen, wird die Wärme über einen Wärmetauscher, der den Heizkessel ersetzt, an die interne Verteilungsanlage übertragen. Im Wärmetauscher wird die Wärmeenergie zwischen zwei Flüssigkeiten übertragen, wobei sichergestellt wird, dass das warme Wasser über die Vorlaufleitung in die Hausanlage für Heizung und Sanitär gelangt und das kalte Wasser über die Rücklaufleitung in die Anlage zurückkehrt, um erneut erwärmt zu werden. Und das alles, ohne die Verteilungssysteme im Gebäude zu verändern.
Die Anlage kann Einrichtungen versorgen, die mehrere Kilometer entfernt sind. Die Länge der Rohrpaare der untersuchten Anlage beträgt etwa 20 km. Die zurückgewonnene Wärmeenergie reicht aus, um bis zu 2.500 Familien gleichzeitig zu heizen.

Schlacke

Die Schlacke, d.h. die Bestandteile, die der Verbrennung widerstehen, werden in einem dem Ofen nachgeschalteten Extraktor gesammelt. Durch die Verbrennung wird das Abfallvolumen um 90 % und das Gewicht um 75-80 % reduziert, wobei pathogene Keime abgetötet werden. Die Schlacke wird vor ihrer endgültigen Lagerung auf Deponien gesiebt, um die enthaltenen Metalle zu extrahieren und somit zu recyceln, was erhebliche Vorteile für die Umwelt mit sich bringt. Das zurückgewonnene Material (Eisen, Aluminium und Edelstahl) beträgt etwa 11 % der Abfallmenge.

Schlussfolgerungen

Wir sind eine Gesellschaft, die immer mehr Abfall produziert. Leider werden derzeit nicht alle Abfälle recycelt. Wie dieses Beispiel zeigt, können auch Abfälle, die nicht recycelt werden, verwertet werden, z. B. durch Kraft-Wärme-Kopplung. Obwohl wir idealerweise anstreben sollten, die Abfallerzeugung zu vermeiden und zu reduzieren, um einen minimalen bis gar keinen Output zu erzeugen, ist dies nicht immer erreichbar. Daher sind die Maximierung der Abfallverwendung, die Verbesserung unserer Recycling-Strategien sowie die Gewährleistung einer sicheren und umweltfreundlichen Entsorgung von entscheidender Bedeutung für die Umsetzung unseres Systems.

Referenzen:

• Confederazione Svizzera, Ufficio Federale dell'ambiente UFAM (2016). "Smaltire i rifiuti, Illustrazione della situazione in Svizzera".
• Azienda Cantonale dei rifiuti. "Il termovalorizzatore" https://aziendarifiuti.assolo.net/Il-termovalorizzatore-83cc8700
• Teris SA. "Teleriscaldamento del Bellinzonese". http://www.teris.ch/page.asp?load=1&title=Home