Die thermische Umwandlung von Siedlungsabfällen umfasst die Umwandlung von festen Siedlungsabfällen in verwertbare Produkte. Es handelt sich um einen Prozess mit zwei unterschiedlichen Phasen: der heterogenen Phase und der homogenen Phase. Beide Phasen sind durch Kohlenstoffatome mit unterschiedlichen Atomgewichten gekennzeichnet. Beim thermischen Cracken entstehen Kohlenwasserstoffe mit weniger Kohlenstoffatomen und höherer Ungesättigtheit.
Energetische Verwertung fester Siedlungsabfälle
Die energetische Verwertung fester Siedlungsabfälle ist ein wichtiger Bestandteil der Bewirtschaftung nicht gefährlicher Abfälle. Sie rangiert nach der Reduzierung der Abfallquellen, dem Recycling und der Behandlung und vor der Beseitigung. Zu ihren Vorteilen gehören geringere Treibhausgasemissionen, niedrigere Kosten und eine bessere betriebliche Kontrolle der Abfallemissionen. Sie kann die Menge an festen Abfällen, die auf Deponien abgelagert werden, verringern. Außerdem kann sie den Bedarf an fossiler Energie ausgleichen und die Methanemissionen verringern.
Derzeit gibt es 75 Anlagen zur energetischen Verwertung von Siedlungsabfällen, hauptsächlich im Nordosten. Eine neue Anlage wurde 2015 in Palm Beach County, Florida, gebaut. In den Vereinigten Staaten erzeugt eine typische Abfallverbrennungsanlage 550 Kilowattstunden pro Tonne Abfall. Die durchschnittlichen Kosten für eine kWh liegen bei etwa vier Cent, aber die Einnahmen pro Tonne liegen oft im Bereich von 20 bis 30 Dollar.
Siedlungsabfälle haben ein enormes Potenzial für die energetische Verwertung. Ihr Kohlenstoffgehalt macht sie biologisch abbaubar, und ihre Bestandteile können recycelt und als Brennstoff verwendet werden. Darüber hinaus sind mehr als 60 % der festen Siedlungsabfälle recycelbar, so dass aus ihnen nutzbare Energie gewonnen werden kann. Bei ordnungsgemäßer Bewirtschaftung können feste Siedlungsabfälle mehr Energie erzeugen, als ihre Bewirtschaftung kostet.
Die erste Option für die Behandlung von Siedlungsabfällen in der EU ist das Abfallrecycling. Die zweite Option ist die Abfallverbrennung. Im Jahr 2010 gab es vier große Erzeuger von Siedlungsabfällen: Deutschland, Frankreich, das Vereinigte Königreich und Italien. Im Jahr 2010 wurden durch die energetische Verwertung von Siedlungsabfällen acht Millionen Tonnen Öläquivalent erzeugt. In Europa war die durch die Verbrennung von Siedlungsabfällen erzeugte Energiemenge pro Jahr in Deutschland und im Vereinigten Königreich am höchsten, gefolgt von Frankreich und den Niederlanden.
In den Vereinigten Staaten ist die häufigste Art der Verbrennungsanlage eine Massenverbrennungsanlage. In einigen Fällen wird der Abfall nicht sortiert, bevor er in die Verbrennungskammer gelangt. In einigen fortschrittlichen Gemeinden wird der Abfall jedoch vor der Verbrennung getrennt, um wiederverwertbare Materialien zu erhalten. Die aus den Siedlungsabfällen gewonnene Energie wird dann zur Stromerzeugung in eine Turbine geleitet.
Diese Technologie hat das Potenzial zur Erzeugung von Strom, Kraftstoffen und nützlichen Chemikalien. Durch die Abtrennung der wertvollen chemischen Bestandteile aus dem Abfall können feste Siedlungsabfälle in nutzbare Energie umgewandelt werden. Mithilfe fortschrittlicher thermischer Umwandlungstechniken können Siedlungsabfälle in Wärme, Strom oder flüssige Kraftstoffe umgewandelt werden. Diese Verfahren können auch nützliche Chemikalien aus festen Abfällen herstellen.
Verfahren zur Umwandlung von Siedlungsabfällen in Ersatzbrennstoffe
Ersatzbrennstoffe sind eine alternative Energiequelle, die aus festen Siedlungsabfällen hergestellt werden kann. Durch dieses Verfahren werden Abfälle von Deponien ferngehalten und es kann auch eine Einnahmequelle für Abfallverarbeiter geschaffen werden. Die Umwandlung von Siedlungsabfällen in EBS erfolgt in mehreren Schritten. Dazu gehören die Vorzerkleinerung, bei der die Masse des Abfalls reduziert wird, die Trennung, um nicht brennbare Materialien zu entfernen, die Feinzerkleinerung und die optionale Nachsiebung, um sicherzustellen, dass die Partikelgröße des Brennstoffs korrekt ist.
Der erste Schritt bei der Herstellung von EBS ist die Sortierung des Hausmülls. Dies geschieht mithilfe von Sortiertischen, die das nicht brennbare Material vom brennbaren Anteil trennen. Anschließend werden diese EBS zu Pellets gepresst und als Brennstoff verkauft. Ursprünglich sollten die Pellets mit Kohle in Kohlekraftwerken gemischt werden. Die Mischung führte jedoch zu Systemproblemen. Die Pellets werden nun als Brennstoff für Biomassekraftwerke verwendet. Die Herstellung von Ersatzbrennstoffen ist ein komplexer Prozess, und das beste Ergebnis wird durch umfassendes Recycling erzielt.
Es gibt zwar verschiedene Arten von Trommelofenanlagen, doch ist es wichtig zu wissen, dass sie alle Ähnlichkeiten in der elementaren Zusammensetzung der Bestandteile aufweisen. Je höher der Kunststoffanteil in der Trommelofenanlage ist, desto geringer ist der Gehalt an Asche und flüchtigen Bestandteilen. Dies verringert das Risiko der Freisetzung von Schadstoffen in die Luft und kann dazu beitragen, die Emissionen des Klimawandels zu reduzieren.
In Europa gibt es einige in Betrieb befindliche RDF-Anlagen. Die Anlage in Neapel, Italien, hat eine Kapazität von 650.000 Tonnen/Jahr. Auch in Schweden und Dänemark gibt es zahlreiche KWK-Anlagen mit thermischer Verwertung. Deutschland ist berüchtigt für die Einfuhr von festen Siedlungsabfällen. In der Türkei gibt es eine kleine KI-Energieanlage mit einer Kapazität von 300 KWth und eine Festbettvergasungsanlage, die 50 KWe erzeugt.
Der erste Schritt bei der Herstellung von Ersatzbrennstoffen ist die Trennung der verschiedenen Abfallarten. Dieser Prozess besteht aus zwei Stufen: der brennbaren und der nicht brennbaren Phase. Nach der Trennungsphase wird das Material in kleinere Stücke zerkleinert. Dadurch wird der Feuchtigkeitsgehalt des Materials weiter reduziert.
Nach der Aufbereitung können Ersatzbrennstoffe in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Er kann fossile Brennstoffe ersetzen oder neben ihnen in Kohlekraftwerken verwendet werden. Es kann auch in der Zementofenindustrie in Europa verwendet werden, wo strenge Luftreinhaltungsnormen gelten. Eine der wichtigsten Einschränkungen für die Verwendung von Ersatzbrennstoffen in Zementöfen ist der Gesamtchlorgehalt des Abfalls. Gewöhnlich enthalten kommerziell hergestellte Ersatzbrennstoffe 0,76 Gew./Gew. an Chlor.
Auswirkungen auf die Umwelt
Die thermische Umwandlung von Siedlungsabfällen ist eine wichtige Alternative zur herkömmlichen Deponierung von festen Siedlungsabfällen. Bei diesem Verfahren werden Energie und Wärme erzeugt und gleichzeitig Luftschadstoffe reduziert. Diese Art der Abfallbewirtschaftung ist auch ideal für Städte mit begrenztem Raum und begrenzten Ressourcen. Dieses Buch gibt einen Überblick über die Technologie für feste Siedlungsabfälle und darüber, wie sie zur Erzeugung von sauberem Strom, Kraftstoffen und hochwertigen Chemikalien genutzt werden können. Es behandelt auch den Umgang mit gefährlichen Abfällen und Klärschlamm.
In der Vergangenheit wurde dieses Verfahren zur Verringerung des Volumens und der Masse von festen Siedlungsabfällen eingesetzt. Mit diesem Verfahren kann die Abfallmenge um bis zu 95 % reduziert werden. Allerdings lässt sich die Deponierung nicht vollständig vermeiden, da ein Teil der Abfälle deponiert werden muss. Außerdem sind strenge Umweltvorschriften und eine regelmäßige Überwachung der Abwasser- und Luftemissionen erforderlich, um die Umweltgefahren zu minimieren.
Derzeit werden 12 % der in den USA anfallenden Siedlungsabfälle in Müllverbrennungsanlagen in Energie umgewandelt. Im Jahr 2017 wurden in Müllverbrennungsanlagen etwa 268 Millionen Tonnen Hausmüll verbrannt. Derzeit gibt es in den USA 68 Müllverbrennungsanlagen.
Derzeit wird der größte Teil der festen Siedlungsabfälle weltweit auf Mülldeponien entsorgt. Die Nutzung von Deponien ist in mehrfacher Hinsicht bedenklich, u. a. wegen der Freisetzung von gasförmigen Emissionen und der Auswirkungen auf den Klimawandel. Eine kürzlich von Scarlat et al. (2015) durchgeführte Studie ergab, dass 95 % der festen Siedlungsabfälle in afrikanischen Ländern auf Mülldeponien entsorgt werden.
Es gibt mehrere verschiedene thermische Umwandlungsverfahren für feste Siedlungsabfälle. Einige davon sind Verbrennung, Pyrolyse und Vergasung. Das Verfahren variiert je nach Material und den verwendeten Bedingungen. Zu den anderen umweltfreundlichen Verfahren gehören biochemische Prozesse. Jedes Verfahren hat Vor- und Nachteile. Die Umweltauswirkungen der thermischen Verwertung fester Siedlungsabfälle hängen von den verwendeten Betriebsparametern ab.
Die thermische Umwandlung von Siedlungsabfällen ist eine Alternative zur Verbrennung auf Deponien. Sie ist sauberer als die Verbrennung und erzeugt geringere Mengen an Luftschadstoffen. Die Gasemissionen sind zwar geringer als bei herkömmlichen Verbrennungsanlagen, aber die emittierten Gase sind aufgrund der Vermischung von festen Siedlungsabfällen mit festen Industrieabfällen giftig.
Alternative Brennstoffe aus festen Siedlungsabfällen
Die Abfallverarbeitung zur Herstellung alternativer Brennstoffe ist ein komplizierter technologischer Prozess. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Abfälle in verschiedene Gruppen getrennt werden. Es ist wichtig, den Heizwert zu optimieren, den grundlegenden Parameter, der die Eignung eines Brennstoffs als Energiequelle bestimmt. Ein weiterer wichtiger Parameter ist der Ballast, der eine Schlüsseleigenschaft eines Brennstoffs ist.
In Polen gibt es etwa 200 Hersteller, die alternative Brennstoffe produzieren. Diese Brennstoffe werden hauptsächlich von der Zementindustrie verwendet. In der EU ersetzen diese Brennstoffe etwa 43 % der fossilen Brennstoffe. Diese Brennstoffe haben jedoch ein hohes technisches Potenzial und könnten bis zu 95 % aller fossilen Brennstoffe ersetzen.
Die Nutzung von Siedlungsabfällen als Brennstoff könnte die Abhängigkeit der Welt von fossilen Brennstoffen verringern und eine Alternative zur Deponierung von Müll schaffen. Unternehmen der Abfallwirtschaft haben in Waste-to-Energy-Unternehmen investiert, um Abfall in Brennstoff umzuwandeln. Andere Unternehmen, wie Enerkem, produzieren Biogas aus festen Siedlungsabfällen.
Das Massenverbrennungssystem ist das in den Vereinigten Staaten am weitesten verbreitete System zur Energiegewinnung aus Abfall. Bei diesem System werden die ungetrennten Siedlungsabfälle in einem großen Kessel und Generator verbrannt, wobei Dampf erzeugt wird, der zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Feste Siedlungsabfälle bestehen aus einer Mischung energiereicher Materialien wie Kunststoffen, Papier, Gartenabfällen und Holzprodukten. In einer Müllverbrennungsanlage können 2.000 Pfund Müll zu Asche zerkleinert werden, wobei bis zu 87 % mehr Energie erzeugt wird, als in den Abfällen enthalten ist.
Siedlungsabfälle fallen überall auf der Welt in großen Mengen an. In einigen Gebieten zahlen die Menschen für die Beseitigung ihrer Abfälle. Er ist voll von Biomaterialien, was ihn zu einer hervorragenden Brennstoffquelle machen sollte. Waste Management ist ein globales Baustoffunternehmen mit einer Präsenz in über fünfzig Ländern und Handelsbeziehungen in mehr als 100 Ländern.
Ein erheblicher Teil der festen Siedlungsabfälle besteht aus Biomasse, die eine hervorragende Quelle für erneuerbare Energie ist. Die meisten Regulierungsbehörden betrachten die aus dieser biogenen Fraktion von Siedlungsabfällen gewonnene Energie als erneuerbar.
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