Das Ziel des Projektes besteht darin, das Potential einer auf den Anwendungsfall abgestimmten Herstellung von Ersatzbrennstoffen (EBS) aus Abfällen zu ermitteln. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Clausthal und mit der Bauhaus-Universität Weimar bearbeitet. Die Nutzung von Ersatzbrennstoffen (EBS) aus Abfallfraktionen gewinnt u.a. vor dem Hintergrund der Öffnung des Abfallmarktes und der Einsparung von Primärenergieträgern zunehmend an Interesse. Aus wenigen bekannten Beispielen ist jedoch ersichtlich, dass ein wirtschaftlicher Erfolg der Ersatzbrennstoffherstellung in Kombination mit Abfallbehandlungsverfahren nicht zwangsläufig mit einem ökologischen Vorteil verbunden ist und unter Umständen auch negative Auswirkungen im Vergleich zur klassischen Restabfallverbrennung zur Folge haben kann. Im Rahmen dieser Studie wurde das Hauptaugenmerk auf die Optimierung der Herstellung von Sekundärbrennstoffen aus energetischer Sicht gerichtet; Fragen bezüglich angereicherter Schadstoffgehalte in Ersatzbrennstoffen und Fragen bezüglich der Herstellungskosten von Ersatzbrennstoffen wurden nur ansatzweise berücksichtigt. Die Ergebnisse dieser Studie lassen den Schluss zu, dass die mechanisch-biologische Herstellung von Ersatzbrennstoffen unter Beachtung der oben getroffenen Annahmen aus energetischen Gründen in jedem Fall einer Behandlung von originären Abfällen in einer Müllverbrennungsanlage vorzuziehen ist. Diese Feststellung lässt sich zwar in Anbetracht einer alleinigen energetischen Bilanzierung bejahen, ist aber unter Berücksichtigung einer gesamtheitlichen Betrachtung des MBA-Verwertungsweges zu relativieren. Eine verlässliche Gesamtbewertung ist nur unter Einbeziehung weiterer ökologischer, aber auch ökonomischer Gesichtspunkte zu treffen. Besondere Aufmerksamkeit ist dabei den Schadstoffgehalten der EBS zu widmen, da diese emissionsseitig durch die gesetzlichen Einschränkungen den Einsatz in den Mitverbrennungsanlagen limitieren.
Im Fachgebiet Abfalltechnik steht eine Technikumsverbrennungsanlage (TVA), die Speziell für die Energie-, Massen- und Schadstoffbilanzierung von Verbrennungsversuchen entwickelt und in den letzten Jahren mehrfach modifiziert wurde. Die Energie- und Massenbilanzierung wird seit Jahren erfolgreich genutzt. Im Rahmen dieses Projektes konnte als erstes die Qualität der Schadstoffbilanzierung mit Hilfe der in dieser Untersuchung durchgeführten Verbrennungsversuche am Beispiel Chlor gezeigt werden. Dazu wurden Verbrennungsversuche an der TVA durchgeführt, bei denen Holz/PVC-Mischungen und Holz/NaCl-Mischungen, die bis zu 6 Ma-Prozent Chlor enthielten, eingesetzt wurden. Um die Widerfindungsraten von Chlor bei den Verbrennungsversuchen in der TVA zu bestimmen und um zusätzlich Aussagen über den Transfer des Chlors in die verschiedenen Fraktionen machen zu können, wurden die Chloranteile in den einzelnen Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub ermittelt. Die HCI-Konzentrationen im Rauchgas wurden mit dem OPSIS-Messsystem analytisch bestimmt. Die Staub- und Aschegehalte wurden ermittelt und der Flugstaub und die Asche auf ihre Chlorgehalte untersucht. In den drei Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub konnten 95,1 bis 101,7 Prozent des eingesetzten Chlors wieder gefunden werden. Es wurden bei den Holz/PVC-Mischungen 82 bis 85 Prozent des Chlors im Rauchgas, 11 bis 14 Prozent in der Asche und etwa 1,4 Prozent im Flugstaub ermittelt. Bei anschließenden Vergleichen zeigten diese Transferkoeffizienten eine gute Übereinstimmung mit hochgerechneten Transferkoeffizienten aus Laboruntersuchungen von Schirmer (2005). Damit wurde gezeigt, dass die Veränderungen und Umbauten an der TVA in den letzten Jahren zu einer Verbesserung der Schadstoffbilanzierung geführt haben und diese dadurch erfolgreich durchgeführt werden kann. Damit ist die TVA für weitere Schadstoffermittlungen von unbekannten Ersatzbrennstoffen gut geeignet. Neben der Ermittlung von Ersatzbrennstoffen wurde die TVA in jüngster Zeit auch für die Bestimmung der Chlorfreisetzung ins Rauchgas eingesetzt: die kontinuierliche Erfassung der Schadstoffkonzentrationen im Rauchgas mit dem Messsystem OPSIS ermöglicht die zeitliche Schadstofffreisetzung ins Rauchgas zu bewerten, da aufgrund der semikontinuierlichen Brennstoffzugabe charakteristische Konzentrationsverläufe gewonnen werden.
Zur nachhaltigen Sicherung der Energie- und Stromversorgung wird zukünftig neben Kernenergie und regenerativer Energiebereitstellung weiterhin der Rückgriff auf fossile Brennstoffe, wie Kohle, Öl und Erdgas, unverzichtbar bleiben. Bei konventionellen Kraftwerkstechnologien werden jedoch Treibhausgase freigesetzt, während gleichzeitig deren Reduzierung weltweit hohe Priorität hat. Zur Lösung dieses Zielkonflikts werden 'Carbon Capture and Storage' (CCS)-Methoden diskutiert, wobei die Oxyfuel-Verbrennung eine der vielversprechendsten Technologien zur CO2-Abscheidung darstellt. Bei diesem Verfahren wird der Brennstoff anstelle von Luft mit einem Gemisch aus Sauerstoff und rezirkuliertem Rauchgas verbrannt, um so ein hoch CO2-haltiges Abgas zu erzeugen, das nach weiteren sekundären Reinigungsschritten abgetrennt werden kann. Der Ersatz des Stickstoffanteils der Luft durch CO2 und H2O führt zu einem völlig neuen Verbrennungsverhalten, das auch zu Instabilitäten sowie zum örtlichen Verlöschen der Flamme führen kann. Die korrekte Beschreibung dieses Verbrennungsverhaltens erfordert entsprechende physikalisch und chemisch motivierte Modelle für diese spezielle Gasatmosphäre. Deshalb sollen bis zum Projektende des Sonderforschungsbereichs/Transregio die folgenden Erkenntnisse, Daten und Modelle zur Verfügung stehen: (1) Belastbare Modelle durch grundlegendes Verständnis der beteiligten Prozesse und deren Abhängigkeit von den jeweiligen Einflussparametern, von der Mikroskala bis hin zur skalenübergreifenden Interaktion, (2) Basisdaten zur Vorhersage der Wärmeübertragung von der Flamme an die Wände und Einbauten in Kraftwerkskesseln mit Oxyfuel-Atmosphäre, (3) Verlässliche Berechnungsgrundlagen für die Entwicklung und Auslegung von Brennern und Feuerräumen für Oxyfuel-Kraftwerke mit Feststoffverbrennung. Im Sonderforschungsbereich/Transregio arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der RWTH Aachen, Ruhr-Universität Bochum und TU Darmstadt zusammen.
Die Fa. METRAN Rohstoff-Aufbereitungs GmbH ist in Oesterreich Marktfuehrer auf dem Gebiet der grosstechnischen Trennung von Metall-Kunststoff-Gemischen (z.B. Altautos, Elektronikschrott). Dabei werden sortenreine Metallfraktionen erzeugt, die als Sekundaerrohstoff in Huetten und Giessereien zu neuen Produkten veredelt werden. Daneben fallen aber im Ausmass von 40-50 M.-Prozent (vermischte) Gummi-Kunststoffholzfraktionen an, die momentan noch unbehandelt deponiert werden. Aufgrund der gesetzlichen Rahmenbedingungen, die ein weitgehendes Deponierungsverbot fuer unbehandelte Abfaelle ab 2004 vorsehen, hat das vom NOe Wirtschaftsfoerderungs- und Strukturverbesserungsfonds gefoerderte Forschungsprojekt 'Brennstoffaufbereitung METRAN' das Ziel, die vorhanden Aufbereitungsprozesse dahingehend zu optimieren, dass in Zukunft Brennstoffe erzeugt werden koennen, die den Eingangsanforderungen potenzieller Verwerter (z.B. Stahl- und Zementindustrie) entsprechen und somit als Sekundaerenergietraeger eingesetzt werden koennen. Bei erfolgreichem Abschluss des Projektes wird ein bedeutender Beitrag einerseits zur Loesung abfallwirtschaftlicher Probleme in Oesterreich und andererseits zur Erreichung des Kyoto-Zieles geleistet werden.
Siedlungsabfälle und daraus produzierte Ersatzbrennstoffe bestehen aus einer in der Regel unbekannten Mischung biogener und fossiler Energieträger. Auf Grund verschiedener EU-Richtlinien sind Betreiber von Müllverbrennungsanlagen (MVA) bzw. industriellen Verbrennungsanlagen, in denen 'gemischte' Abfälle eingesetzt werden, an folgenden Größen interessiert: (a) dem Stromanteil, der aus biogenen Quellen stammt und (b) der Menge an fossilen CO2 Emissionen. Zur Bestimmung dieser beiden Größen waren in der Vergangenheit drei Verfahren bekannt: die Sortieranalyse, die selektive Lösungsmethode, und die sogenannte Radiocarbonmethode. In den letzten Jahren wurde vom Antragsteller ein alternatives Bestimmungsverfahren, die sogenannte Bilanzenmethode (BM), entwickelt. Sie basiert auf einer Kombination von Betriebsdaten der Verbrennungsanlage mit Informationen über die chemische Zusammensetzung biogener und fossiler Materialien. Derzeit wird die Methode ausschließlich zur rückwirkenden Bestimmung des Biomasseanteils im Abfallinput (Restmüll) von Müllverbrennungsanlagen eingesetzt. Im Fall aufbereiteter Abfälle (Sekundärbrennstoffe) ist eine rückwirkende Brennstoffcharakterisierung zumeist ungenügend, da gesicherte Informationen über die Brennstoffzusammensetzung (z.B. Biomassenanteil) bereits vor der Verbrennung der 'Abfälle' gefordert sind. Durch entsprechende Adaption der Bilanzenmethode ist es dem Antragsteller in Vorarbeiten gelungen die Zusammensetzung von definierten Brennstoffgemischen mit Hilfe eines CHNSO Elementaranalysators zu bestimmen. Das Ziel des gegenständlichen Projektes ist es diese für die Charakterisierung von Ersatzbrennstoffen adaptierte Bilanzenmethode (aBM) anhand weiterer Versuche zu validieren, so dass schlussendlich eine standardmäßige Anwendungsvorschrift für die Bestimmung des Biomasseanteils von Ersatzbrennstoffen abgeleitet werden kann. Die Forschungsfragen, die im Rahmen des Projekts beantwortet werden, lauten: 1. Inwiefern ist die für definierte Brennstoffgemische erarbeitete Methodik geeignet bzw. zu adaptieren, um mithilfe eines Elementaranalysator und der aBM den Biomasseanteil von Ersatzbrennstoffen zu ermitteln? 2. Welchen Einfluss haben Beprobung und insbesondere Probenaufbereitung auf das Resultat der aBM? 3. Wie stark variiert die chemische Zusammensetzung der biogenen und fossilen organischen Substanz in unterschiedlichen Ersatzbrennstoffen? 4. Inwieweit sind die Ergebnisse der aBM vergleichbar mit standardisierten Bestimmungsmethoden (Selektive Lösungsmethode und Radiocarbonmethode)? Die Ergebnisse des Projektes werden einerseits Aufschluss über das Potential und die Zuverlässigkeit der aBM geben; andererseits wird das Projekt konkrete Kriterien (betreffend: Probenahme- und -aufbereitung, Analysenanzahl, Auswertung) für eine standardisierte Anwendung der aBM enthalten.