Die thermische Abfallbehandlung erfüllt im Rahmen der Circular Economy gleich mehrere Aufgaben: - Gewährleistung der Entsorgungssicherheit als Beitrag zur Daseinsvorsorge unter Ausnutzung vorhandener Potenziale zur Energiebereitstellung und Wertstoffgewinnung - Zerstörung und Ausschleusung von Schadstoffen aus dem Stoffkreislauf und das Bindeglied zwischen Stoffumwandlung und Energie. Thermische Abfallbehandlungsanlagen (TAB) erfüllen bereits heute höchste Umweltstandards, u.a. zur Emissionsminderung. Die absehbaren Entwicklungen zielen auf eine weitere Absenkung der Emissionswerte, optimierte Energieausnutzung, Recycling von Endprodukten aus der thermischen Behandlung. Die thermische Abfallbehandlung in ihrer Funktion als Schadstoffsenke ist essentielle Voraussetzung für das hochwertige Recycling bestimmter Abfallfraktionen und konzentriert sich dabei vor allem auf organische Schadstoffe, die dem Stoffkreislauf entzogen werden müssen. Dabei liegt besonderes Interesse auf den POPs (z.B. bromierte Dioxine) aufgrund deren besonderer Produkteigenschaften wie hohe Stabilität aber die gleichzeitig damit verbundene schwere Abbaubarkeit sowie einigen fluorierten Verbindungen (PFAS). Um die die Funktion der Schadstoffentfrachtung von Stoffströmen sicher erfüllen zu können, sind Kenntnisse über die thermische Zersetzung dieser Stoffgruppen notwendig, die über das geplante Vorhaben generiert werden sollen. Hierzu sind entsprechende Kenntnisse über das Ausgangsmaterial (Abfallanalyse Bauabfälle, Sortierreste Verpackungssortierung (DSD), Gewerbeabfälle) durch die Auswahl geeigneter Leitsubstanzen oder Summenparameter in Verbindung mit der Auswahl geeigneter Messmethoden zu erarbeiten. Weiterhin sind Emissionsmessungen an großtechnischen Anlagen durchzuführen, wobei die Emissionsmessungen aufgrund von Abfallanalysen und den dabei als sinnvoll erkannten Leitparametern erfolgen sollen.
Die BIORESTEC GmbH wurde 2018 als ein unabhängiges Ingenieurbüro im Bereich Umwelttechnik mit Sitz in Laatzen gegründet. Ihre Schwerpunkte sind Dienstleistungen in der Forschung und Entwicklung, Technologietransfer und Markteinführung von innovativen, neuen Produkten im Bereich Bioenergie und Ressourceneffizienz. Am Standort Merkendorf (Bayern) soll eine großtechnische Anlage zur Behandlung von Gärresten errichtet und in Betrieb genommen werden. In der Anlage sollen Gärreste aus der im Umkreis befindlichen Biogasanlage Lachholzfeld behandelt werden, die aktuell unaufbereitet landwirtschaftlich genutzt werden. Da sich die Biogasanlage in einem Gebiet mit hoher Nitratbelastung des Grundwassers befindet (sog. rotes Gebiet), wird die Biogasproduktion und Flexibilität in Hinblick auf die eingesetzten Substrate wegen der in roten Gebieten langen Dünge-Sperrfristen derzeit durch die Lagerkapazität für Gärreste limitiert. Ziel des Vorhabens „ResGAR“ ist die Errichtung, Inbetriebnahme und der Betrieb einer AGRIFER® PLUS-Anlage im großtechnischen Maßstab. In der Anlage sollen jährlich 13.000 Kubikmeter Gärreste behandelt werden. Dabei soll das Volumen der Gärreste reduziert und so die Transportaufwendungen bei der Gärrestnutzung reduziert werden (25 Prozent statt 7 Prozent Trockensubstanz-Gehalt im Gärrest). Das Prinzip der fraktionierten Eindampfung wird als Schlüssel zur Stickstoff-Ausschleusung mit geringerem Säurebedarf genutzt. So sollen jährlich 22 Tonnen Stickstoff als Ammoniakwasser für die Nutzung auch außerhalb der Landwirtschaft zur Verfügung gestellt werden. Das entspricht knapp 30 Prozent des im Gärrest vorhandenen Stickstoffs. Das Verfahren kann dazu beitragen, dass der Stickstoffüberschuss auf den umliegenden landwirtschaftlichen Flächen in der Region gesenkt wird. Es wird davon ausgegangen, dass die geringeren Lachgasemissionen während der Lagerung der Gärreste einer Emissionsminderung von 25 Tonnen CO 2 -Äquivalente pro Jahr gleichkommen. Durch den (im Vergleich zur Produktion von Ammoniak im Haber-Bosch-Verfahren) geringeren Energieeinsatz bei der Herstellung des Ammoniakwassers können zudem indirekte Emissionen von rund 180 Tonnen CO 2 -Äquivalente pro Jahr eingespart werden. Im Vergleich zu einer zweistufigen Eindampfung mit Brüdenwäscher soll der Säureeinsatz um ca. 90 Prozent von jährlich 210 Tonnen auf 18 Tonnen reduziert werden. Zudem stellt die dreistufige Wärmekaskade eine Verbesserung der Energieeffizienz im Vergleich zum Stand der Technik dar. Das energieeffiziente Verfahren zur Produktion von Ammoniakwasser sowie die Reduktion des Einsatzes von Chemikalien bei der Gärrestaufbereitung sind auch übertragbar auf andere Anlagentypen. Beispielsweise kann das Verfahren zur Aufbereitung anderer Wirtschaftsdünger, z.B. Gülle eingesetzt werden. Die Technik könnte damit auch in Viehhaltungsbetrieben ohne Biogasanlage eingesetzt werden. Hierbei müsste jedoch die fehlende Wärmequelle bei der Gülleaufbereitung berücksichtigt werden, während Biogasanlagen die Wärme aus Blockheizkraftwerken nutzen können. Grundsätzlich kann die ResGAR-Technologie auf viele Betriebe der gleichen oder anderer Branchen übertragen werden.
Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen
Umweltbereich: Ressourcen
Fördernehmer: BIORESTEC GmbH
Bundesland: Bayern
Laufzeit: seit 2024
Status: Laufend
<p>Das Hauptziel der Abwasserbehandlung ist, Gewässerbelastungen weitgehend zu reduzieren. Dabei fällt Klärschlamm an, der inzwischen zumeist in getrockneter Form thermisch verwertet wird. Die Rückgewinnung und Wiederverwertung von Stoffen wie Phosphor aus Abwasser und Klärschlamm trägt dazu bei Nährstoffkreisläufe zu schließen.</p><p>Rund 10 Milliarden Kubikmeter Abwasser jährlich</p><p>8.659 öffentliche Kläranlagen haben im Jahr 2022 nach Erhebungen des Statistischen Bundesamtes über 8,33 Milliarden Kubikmeter (Mrd. m³) Abwasser behandelt und anschließend in Oberflächengewässer eingeleitet. Die behandelte Abwassermenge sank damit gegenüber der Erhebung im Jahr 2019 um 0.72 Mrd m³. Diese Abwassermenge setzte sich aus rund 4,82 Mrd. m³ Schmutz-, 1,49 Mrd. m³ Fremd- und 2,02 Mrd m³ Niederschlagswasser zusammen (siehe Tab. „In öffentlichen Kläranlagen behandelte Abwassermenge“). Schmutzwasser ist jenes Wasser aus privaten Haushalten sowie aus gewerblichen und industriellen Betrieben, das in die Kanalisation eingeleitet wird. Als Fremdwasser wird jenes Wasser bezeichnet, das nicht gezielt in die Kanalisation eingeleitet wird, also etwa in diese aus dem Boden einsickert.</p><p>Fast 100 Prozent biologisch gereinigt</p><p>Die rund 8.700 Kläranlagen haben im Jahr 2022 rund 99,99 % des Abwassers biologisch und weniger als 0,005 % ausschließlich mechanisch behandelt (siehe Tabelle). In einem Großteil der Anlagen wird Stickstoff in zwei Schritten entfernt.</p><p>Bei einem Großteil des Abwassers erfolgt darüber hinaus die Entfernung von Phosphor. Hierbei werden Phosphat-Ionen entweder durch Zugabe von Salzen ausgefällt oder mit Hilfe von Bakterien ausgetragen und in den Klärschlamm überführt.</p><p>Bei 3,7 % des Abwassers wurde in 2022 zusätzlich eine Elemination von Spurenstoffen durchgeführt. Als weitere zusätzliche Verfahrensstufen kamen Filtration und Desinfektion des Abwassers zur Anwendung.</p><p>Klärschlamm aus öffentlichen Kläranlagen</p><p>Auf Kläranlagen fiel im Jahr 2023 Klärschlamm mit einer Trockenmasse von etwa 1,63 Millionen Tonnen an (siehe <a href="https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Umwelt/Wasserwirtschaft/Tabellen/liste-klaerschlammverwertungsart.html">Tabelle Destatis</a>, abgerufen am 31.03.2025).</p><p>Rohstoffquelle Abwasser und Klärschlamm</p><p>Abwasser enthält neben einer Vielzahl von anthropogenen Spurenstoffen auch viele Stoffe, die es lohnt aus dem Abwasser zu recyceln. Dies betrifft vor allem die Rückgewinnung von Nährstoffen. Phosphor ist ein wichtiger Nährstoff in der Pflanzenernährung. Der weltweite Phosphorverbrauch vor allem in Form von Mineraldünger ist in den letzten Jahren deutlich angestiegen an. Deutschland und die EU sind bei mineralischen Phosphatdüngemitteln vollständig von Einfuhren z. B. aus Russland abhängig, während derzeit immer noch phosphatreiche Abfälle und Abwässer meist ohne Nutzung der Nährstoffe entsorgt werden. Deshalb schränkt die 2017 novellierte <a href="https://www.gesetze-im-internet.de/abfkl_rv_2017/BJNR346510017.html">Klärschlammverordnung</a> ab 2029 die bodenbezogene Klärschlammverwertung gegenüber einer thermischen Vorbehandlung und anschließendem Phosphorrecycling erheblich ein. Gleichzeit wird damit der unerwünschte Eintrag von anthropogenen Spurenstoffen, wie Arzneimittel oder Bioziden, weiter eingeschränkt. Klärschlamm aus großen Kläranlagen und Klärschlamm, welcher die Grenzwerte für eine bodenbezogene Nutzung nicht einhält muss ab einem Phosphor-Gehalt von 20 g/kg Klärschlamm Trockenmasse einer technischen Phosphorrückgewinnung zugeführt werden. Die Rückgewinnung des Nährstoffes Phosphor hilft Stoffkreisläufe im Sinne nachhaltiger Ressourcennutzung und -schonung zu schließen.</p><p>Phosphor aus Abwasser und Klärschlamm </p><p>Allein das kommunale Abwasser Deutschlands birgt ein jährliches Reservoir von mehr als 70.000 Tonnen (t) Phosphor. Zirka 65.000 t Phosphor finden sich im Klärschlamm wieder. In den letzten Jahren führt Deutschland im Schnitt jährlich mehr als 100.000 t Phosphor in Form von Mineraldüngern ein. Große Anteile kommen hiervon aus Russland. In den letzten Jahren wurden verschiedene Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser, Klärschlamm oder Klärschlammasche entwickelt. Das Bundesumweltministerium fördert im Rahmen des Umweltinnovationsprogrammes die großtechnische Umsetzung innovativer Verfahren zur Phosphorrückgewinnung. Erste großtechnische Anlage zur Produktion zur Rückgewinnung von Phosphor – z. B. Herstellung von Phosphorsäure aus Klärschlammasche – werden aktuell umgesetzt.</p>
Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der Wirksamkeit prozesstechnischer Primärmaßnahmen auf die Zerstörung, Neubildung und Umwandlung von Organohalogen-Verbindungen im Feuerbett bei der Verbrennung fester Brennstoffe bzw. Brennstoffgemische. Als prozesstechnische Primärmaßnahmen werden Brennstoff- und Verbrennungsparameter betrachtet, auf die vor bzw. während des Verbrennungsvorganges eingewirkt werden kann. Anhand der Ergebnisse des Forschungsprojektes werden hinsichtlich der Minimierung der emissionsseitigen Bildung von Organohalogen-Verbindungen die verbrennungstechnischen Randbedingungen definiert. Zur Abschätzung des Einflusses des jeweiligen Verbrennungsparameters auf die Zerstörung, Neubildung und Umwandlung von Organohalogen-Verbindungen soll der Gehalt an ausgewählten Substanzklassen in dem sich bildenden Rauchgas untersucht werden. Aus Untersuchungen an einer Großanlage ergab sich durch die Zugabe von bromhaltigen Material zum einen eine signifikante Steigerung der chlorierten Dioxine und Furane und zum anderen die Bildung von bromierten bzw. bromiert-chlorierten Dioxinen und Furanen. Da deren Bildung prinzipiell dem selben Mechanismus wie dem der chlorierten Verbindungen unterliegt, werden die bromierten bzw. bromiert-chlorierten Dioxine und Furane als Leitsubstanzen zur Abschätzung der Wirksamkeit von Primärmaßnahmen herangezogen. Daneben sollen zur Untersuchung der Bildungstendenz von Precusoren in Abhängigkeit der Verbrennungsparameter bromiert/chlorierte Phenole und Benzole untersucht werden.
Für einen stabilen Netzbetrieb muss das Angebot an elektrischer Leistung stets dem Verbrauch entsprechen. Dazu halten die Übertragungsnetzbetreiber Regelleistung zur Primär- und Sekundärregelung sowie Minutenreserve vor. Mit der Zunahme der Leistungseinheiten mit volatiler Netzeinspeisung aus erneuerbaren Energien, wie Windkraft und Photovoltaik, erhöht sich permanent der Bedarf an Regelleistung. Gleichzeitig wird die eingespeiste Leistung aus konventionellen Großkraftwerken und damit die zur Verfügung stehende Regelleistung abnehmen. Aktuelle Studien zeigen zudem, dass in der Primärregelung künftig signifikant kürzere Reaktionszeiten und höhere Leistungsänderungsgeschwindigkeiten erforderlich sind. Die so entstehende Bedarfslücke kann künftig durch regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten abgedeckt werden. Sie sind gekennzeichnet durch eigene dezentrale Versorger-, Verbraucher- und Speicherkapazitäten , insbesondere Industriebetriebe mit eigenen Heizkraftwerken auf Basis von Gas, Biomasse oder Kohle mit Priorität der Wärmeversorgung, Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen sowie elektrische Batteriesysteme und thermische Speicher. Sie stellen nach außen einen Verbund mit positiver und negativer Regelreserve dar. Der Netzbetreiber kann die einzelnen Verbünde gestuft einsetzen und abrufen. Hierdurch entstehen zusätzliche Redundanzen, welche die Gesamtsystemstabilität erhöhen. Ziel des Vorhabens ist es zunächst, Lösungsansätze zu entwickeln, so dass regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten auch hochdynamische Netzregelaufgaben erfüllen können. Das komplexe Zusammenwirken von Energiebereitstellungs-, Nutzungs- und Speichereinheiten unterschiedlicher Energieformen stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. Die Übernahme von Netzregelaufgaben muss ohne Abstriche bei Prozess- und Versorgungsstabilität, Betriebszuverlässigkeit und Anlagenlebensdauer erfolgen. Nur durch die Integration geeigneter Speicher, einer intelligenten Nutzung systeminhärenter Speicherkapazitäten sowie einer übergeordneten Steuerung und Überwachung des komplexen dezentralen Systems können die Anforderungen erfüllt werden. Als Entwicklungsplattform und Demonstrator soll das Technikum des Zentrum für Energietechnik (ZET) der TUD dienen. Es repräsentiert einen derartigen Verbund dezentraler Erzeuger- und Verbrauchereinheiten von Elektroenergie und Wärme mit Kopplung zum Strom- und Wärmenetz des lokalen Energieversorgers im Universitätscampus.