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Errichtung und Betrieb eines Klärschlamm-Heizkraftwerks der EnBW Energie Baden-Württemberg AG am Standort Walheim

Die EnBW Energie Baden-Württemberg AG (EnBW) mit Sitz in der Durlacher Allee 93 in 76131 Karlsruhe, plant zur regionalen Klärschlammentsorgung die Errichtung eines Klärschlammheizkraftwerkes am bestehenden Kraftwerksstandort in Walheim, Mühlstraße in 74399 Walheim. Vorgesehen ist eine sogenannte Monoverbrennung zur ausschließlichen Verbrennung von kommunalem Klärschlamm. Die maximale Feuerungswärmeleistung der Anlage beträgt 15,1 MWth. Die Anlage ist für maximal 180.000 Tonnen entwässerten Klärschlamm (EKS) sowie 5.000 Tonnen trockenen Klärschlamm (TKS) ausgelegt. Das entspricht einer Jahreskapazität von 50.000 Tonnen (Trockensubstanz) Klärschlamm.

Monitoring von Klärschlammmonoverbrennungsaschen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung zur Ermittlung ihrer Rohstoffrückgewinnungspotentiale und zur Erstellung von Referenzmaterial für die Überwachungsanalytik

In Deutschland fallen jedes Jahr knapp 2 Million Tonnen Klärschlamm (Trockenmasse) an.Um das Rückgewinnungspotential von Phosphor und Technologiemetallen aus Klärschlammaschen bewerten zu können, wurden über 97 % der in Deutschland anfallenden Klärschlammaschen aus der Monoverbrennung repräsentativ beprobt und vollständig charakterisiert. Für Phosphor ergibt sich ein Rückgewinnungspotential von knapp 19.000 t/a, was über 12 % der in Form konventioneller mineralischer Dünger eingesetzten Menge an Phosphor entspricht. Eine direkte Rückgewinnung von Technologiemetallen aus der Asche scheint aufgrund geringer Gehalte nicht sinnvoll, kann aber im Verbund mit einer Phosphorrückgewinnung durch Nutzen von Synergien wirtschaftlich werden. Veröffentlicht in Texte | 49/2014.

Teilprojekt 1^ERWAS - KRN-Mephrec: Klärschlammverwertung Region Nürnberg - Klärschlamm zu Energie, Dünger und Eisen mit metallurgischem Phosphorrecycling in einem Verfahrensschritt^Teilprojekt 7^Teilprojekt 6, Teilprojekt 4

Mit der Technologie können alle phosphorhaltigen Einsatzstoffe verwertet werden. In der Pilotanlage im halbtechnischen Maßstab wird die Verwertung von Klärschlammasche getestet. Es ist insbesondere zu untersuchen, wie die Asche zu Stückgut gebunden und verdichtet werden kann. Ferner wird das Prozessverhalten im Schachtofen analysiert, sowie die alternative Bewirtschaftung mit und ohne Synthesegaserzeugung geklärt. Die Qualität der Ein- und Ausgangsstoffe wird mit dem Analytikprogramm dokumentiert und die verfahrenstechnischen Messdaten bilanziert. Die Ziele sind: - Nachgewiesene Funktions- und Praxistauglichkeit der Technologie für die Verwertung von Klärschlammaschen - Bestätigte Eignung des Verfahrens für die spätere Verwertung monodeponierter Klärschlammaschen aus der Monoverbrennung. Die Arbeitsschwerpunkte sind: - Funktionsnachweis der Verarbeitung von Klärschlamm-Aschen verschiedener Zusammensetzung mit den Teilprozessen Brikettierung der Aschen und anschließende Schmelzvergasung in der Pilotanlage - Klärung der rechtlichen Rahmenbedingungen für die Verwertung weiterer Stoffe wie z.B. Tier- und Knochenmehl.

Spitzencluster-BioEconomy: TG4, Bioraffinerie zur integrierten hydrothermalen Produktion von Brennstoff sowie der Grundchemikalien Phenol und Furan aus Biomasse, (VP4.1/HTChem)^Teilprojekt C, Teilprojekt A

Ziel des Projektes ist es, biogene kommunale Reststoffe und Reststoffe aus der Bioökonomie für eine Nutzung als Energieträger und zur Produktion von Grundchemikalien zu erschließen. Der Kern hierbei ist die gekoppelte Erzeugung von phenol- und furanhaltigen Lösungen und einer für die Monoverbrennung geeigneten Kohle durch hydrothermale Umwandlung. Dieser integrierte Umwandlungsprozess ist ebenso neu wie die Nutzung der Reststoffe aus der Bioökonomie, die Monoverbrennung von HTC-Kohle und eine auf das Prozesswasser zugeschnittene Abtrenntechnik. Damit wird es möglich, aus den Reststoffen hochwertige grüne Produkte zu generieren. Diese können in weiteren Bereichen der Bioökonomie genutzt werden. Die Koppelung der Produktion führt zu wesentlichen ökonomischen wie ökologischen Vorteilen, da die Ausgangsstoffe besser ausgenutzt und bisherige Abfallströme einer Nutzung zugeführt werden. Ebenfalls erstmalig wird eine Monoverbrennungsanlage für diese Kohle neu errichtet, welche dezentralisierbar und komplett unabhängig von fossilen Energieträgern sind. Das DBFZ übernimmt die wissenschaftlichen Untersuchungen des angestrebten Verfahrens in der Theorie und im Labormaßstab. Dabei erfolgen, ausgehend von der Optimierung der Menge an abtrennbarem Phenol und Furan für den derzeitigen HTC-Prozess, die Übertragung der Technologie auf neuartige Edukte sowie die Maximierung der Chemikalienausbeute. Das gewonnene Know-how ist Basis für die Erstellung eines Gesamtkonzeptes und die Erprobung an der Demonstrationsanlage.

Spitzencluster-BioEconomy: TG4, Bioraffinerie zur integrierten hydrothermalen Produktion von Brennstoff sowie der Grundchemikalien Phenol und Furan aus Biomasse, (VP4.1/HTChem), Teilprojekt C

Ziel ist es, biogene kommunale Reststoffe und Reststoffe aus der Bioökonomie für eine Nutzung als Energieträger und zur Produktion von Grundchemikalien zu erschließen. Kern ist dabei die gekoppelte Erzeugung von phenol- und furanhaltige Lösungen und einer für die Monoverbrennung geeigneten Kohle durch Hydrothermale Umwandlung. Dieser integrierte Umwandlungsprozess ist ebenso neu wie die Nutzung der Reststoffe aus der Bioökonomie, die Monoverbrennung von HTC-Kohle und eine zugeschnittene Abtrenntechnik. Damit wird es möglich aus den Reststoffen hochwertige grüne Produkte zu generieren. Diese können in weiteren Bereichen der Bioökonomie genutzt werden. Die Kopplung der Produktion führt zu wesentlichen ökonomischen wie ökologischen Vorteilen, da die Ausgangsstoffe besser ausgenutzt werden und bisherige Abfallströme einer Nutzung zugeführt werden. Ebenfalls erstmalig wird eine Monoverbrennungsanlage für diese Kohle neu errichtet, die komplett unabhängig von fossilen Energieträgern und dezentralisierbar sind. DBFZ: theoretische und praktische Untersuchungen zur Optimierung der Ausbeute und Qualität der Kohle und Chemikalien. HWS: Versuchsbetrieb HTC-Demonstrationsanlage, Optimierung Kohlequalität und Chemikalienausbeuten an der Demonstrationsanlage, Aufbau und Betrieb Monoverbrennungsanlage Endress: passt eine Feuerung aus dem Produktprogramm an die Anforderungen der HTC-Kohlenutzung an. Für die Untersuchung der Abtrennung der Phenole und Furane ergeht ein Unterauftrag.

Verbesserung der Klärschlammentwässerung durch den Abbau der extrazellulären polymeren Substanzen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Die maschinelle Entwässerung kommunaler Klärschlämme ist einer der wichtigsten Verfahrensschritte innerhalb der Klärschlammbehandlung. Die erreichbaren Trockenrückstandsgehalte in der Feststofffraktion werden vor allem durch die Wassereinlagerungen im Klärschlamm bestimmt, wobei zwischen freiem und gebundenem Wasser unterschieden wird. Bisher werden große Teile der anfallenden Klärschlammmengen landwirtschaftlich (stofflich) genutzt oder im Rahmen der Mitverbrennung in Kohlekraftwerken oder Müllverbrennungsanlagen entsorgt. Durch die Änderung in der Gesetzgebung ist die Ausbringung von Klärschlamm und somit eine landwirtschaftliche Nutzung nur noch möglich, wenn die Klärschlämme die Grenzwerte der Düngemittelverordnung einhalten. Durch politische Entscheidungen nimmt die Bedeutung der Klärschlammverwertung durch Verbrennung zu. Da gleichzeitig der stofflichen gegenüber der energetischen Verwertung eine höhere Bedeutung eingeräumt wird, wird zwangsläufig eine Zunahme von Klärschlamm-Monoverbrennungsanlagen zu verzeichnen sein. Um die Monoverbrennung aus wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten sinnvoll zu gestalten, ist die Steigerung der Entwässerungsleistung bei der Klärschlammbehandlung entscheidend. Die heute gängigen Trenntechniken greifen dabei ausschließlich das freie Wasser und nicht das gebundene Wasser an, was zu großen Teilen in Mikroorganismen und deren extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) eingebettet ist. Da die EPS den Anteil des gebundenen Wassers maßgeblich bestimmen, soll im Rahmen des Projektes die enzymatische Spaltung der EPS zur Freisetzung des bisher für die Entwässerung nicht zugänglichen, gebundenen Wassers eingesetzt werden. Sollte es gelingen, die EPS gezielt zu spalten, so ist eine deutliche Steigerung der Entwässerungsleistung von Klärschlämmen (Steigerung TR-Gehalt) zu erwarten. Daraus ergeben sich Vorteile sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht bei der Klärschlammverwertung. In SpaltEPS wird an den folgenden Zielsetzungen mit Wirksamkeit im Sinne des vorbeugenden Umweltschutzes gearbeitet: - Höhere Entwässerung von Klärschlämmen durch den enzymatischen Angriff auf die EPS - Zugang zu bisher für die Trennung unzugänglichen Wasseranteilen - Screening nach Enzymen und Enzymgemischen, die ein optimales Wasser-abgabeverhalten ermöglichen - Einsparung von Energie in Form von Treibstoff und Verringerung des CO2-Footprints beim Transport und bei Trocknungsprozessen vor der Verbrennung von Klärschlämmen durch die bessere Entwässerung.

Teilprojekt A^Spitzencluster-BioEconomy: TG4, Bioraffinerie zur integrierten hydrothermalen Produktion von Brennstoff sowie der Grundchemikalien Phenol und Furan aus Biomasse, (VP4.1/HTChem)^Teilprojekt C, Teilprojekt E

Ziel ist es, biogene kommunale Reststoffe und Reststoffe aus der Bioökonomie für eine Nutzung als Energieträger und zur Produktion von Grundchemikalien zu erschließen. Kern ist dabei die gekoppelte Erzeugung von phenol- und furanhaltige Lösungen und einer für die Monoverbrennung geeigneten Kohle durch Hydrothermale Umwandlung. Dieser integrierte Umwandlungsprozess ist ebenso neu wie die Nutzung der Reststoffe aus der Bioökonomie, die Monoverbrennung von HTC-Kohle und eine zugeschnittene Abtrenntechnik. Damit wird es möglich aus den Reststoffen hochwertige grüne Produkte zu generieren. Diese können in weiteren Bereichen der Bioökonomie genutzt werden. Die Kopplung der Produktion führt zu wesentlichen ökonomischen wie ökologischen Vorteilen, da die Ausgangsstoffe besser ausgenutzt werden und bisherige Abfallströme einer Nutzung zugeführt werden. Ebenfalls erstmalig wird eine Monoverbrennungsanlage für diese Kohle neu errichtet, die eine Wärmeversorgung komplett unabhängig von fossilen Energieträgern ermöglicht und dezentral einsetzbar ist. Die AWH übernimmt im Projekt folgende Aufgaben: den Versuchsbetrieb einer vorhandenen HTC-Demonstrationsanlage zur Optimierung der Kohlequalität bis zur Einsetzbarkeit in der Monoverbrennung, die Übertragung auf neue Edukte, Aufbau und Betrieb der Monoverbrennungsanlage, die Versorgung des Versuchsbetriebes der Monoverbrennungsanlage mit HTC-Kohle und die Bereitstellung der Prozesswässer zur Aufarbeitung für die Gewinnung der Grundchemikalien.

Recovery of Phosphorus from Sewage Sludge and Sewage Sludge Ashes with the thermo-reductive RecoPhos-Process (RECOPHOS)

Objective: Natural phosphate sources low in heavy metals is getting scarce. Containing about 15 mass-Prozent of P2O5, sewage sludge ash can be considered a secondary phosphorus (P-) source. The P-content in the European sewage sludge could currently replace roughly 15Prozent of the phosphate imports into the EU. Hence already for many years, almost decades, it has been tried to recover phosphorus from sewage, sludge and ashes in various ways of which none has yet been realised at industrial scale. The reason for this failure lies firstly in the wet chemical approach, meaning complex and little efficient processes with liquids hard to handle; and secondly in the use of liquid or dewatered sludge as well as waste water, which results in a further decrease in efficiency mostly because of high mass flow and matrix effects. The RecoPhos process is a thermal process using ash from sludge mono-incineration. The principle of the used so-called InduCarb process is similar to the one of the known Woehler process; dried sludge can be added as heat source or reducing agent as an option. The phosphate (amongst other constituents) is reduced on an inductively heated coke bed to white phosphorus, which is later condensed and thus separated from other gaseous reaction products; white phosphorous is the most valuable form of phosphorous and highly asked for by the industry. Further products are an iron alloy as well as a heavy metal mixture, both usable in steel industry; a silicate slag for the use in cement ovens as well as a high calorific gas. The RecoPhos process uses an innovative reactor (InduCarb) designed for the reductive recovery of steel work dusts. By the use of ashes the material flow is minimal; if only sludge is available, it can be also used as input, adding flexibility to the concept. If additives are needed, suitable industrial wastes can be used. The innovative RecoPhos process has never been realised before. It is planned to apply it for a patent.

Monitoring von Klärschlammmonoverbrennungsaschen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung zur Ermittlung ihrer Rohstoffrückgewinnungspotentiale und zur Erstellung von Referenzmaterial für die Überwachungsanalytik

In Deutschland fallen jedes Jahr knapp 2 Million Tonnen Klärschlamm (Trockenmasse) an. Knapp die Hälfte davon wird aktuell als Dünger in der Landwirtschaft bzw. zum Landschaftsbau eingesetzt, der Rest wird thermisch entsorgt. Klärschlämme stellen die Schadstoffsenke der Abwasserreinigung dar und können neben Schwermetallen auch organische Schadstoffe enthalten. Aufgrund von zunehmender Besorgnis über mögliche Gesundheits- und Umweltgefahren durch den direkten Einsatz der Klärschlämme in der Landwirtschaft ist heute davon auszugehen, dass dieser Verwertungsweg zugunsten der Verbrennung in Zukunft weiter an Bedeutung verlieren wird. Derzeit werden die Aschen fast ausschließlich entsorgt. Damit werden sämtliche in der Klärschlammasche enthaltenen Wertstoffe dem Wirtschaftskreislauf dauerhaft entzogen. Das gilt neben Technologiemetallen insbesondere für Phosphor (P). Der jährliche Phosphorbedarf in der Landwirtschaft beläuft sich in Deutschland auf über 500.000 t P, knapp 150.000 t davon werden in Form mineralischer Dünger aufgebracht. Dieser wird aus bergmännisch gewonnen Rohphosphaten hergestellt, für die in der EU eine nahezu vollständige Importabhängigkeit besteht und die teilweise stark mit Schwermetallen wie Uran und Cadmium belastet sind. Aus diesen Gründen wird die Suche nach alternativen Sekundärrohstoffquellen verstärkt. Um das Rückgewinnungspotential von Phosphor und Technologiemetallen aus Klärschlammaschen bewerten zu können, wurden über 97 % der in Deutschland anfallenden Klärschlammaschen aus der Monoverbrennung repräsentativ beprobt und vollständig charakterisiert. Für Phosphor ergibt sich ein Rückgewinnungspotential von knapp 19.000 t/a, was über 12 % der in Form konventioneller mineralischer Dünger eingesetzten Menge an Phosphor entspricht. Eine direkte Rückgewinnung von Technologiemetallen aus der Asche scheint aufgrund geringer Gehalte nicht sinnvoll, kann aber im Verbund mit einer Phosphorrückgewinnung durch Nutzen von Synergien wirtschaftlich werden. Quelle: Forschungsbericht

Phosphor-Recycling aus Klärschlamm lohnt sich

Knapp 13 Prozent der Phosphormenge, die in Deutschland jährlich für mineralische Dünger benötigt wird, könnte schon heute aus Aschen zurückgewonnen werden, die bei der separaten Verbrennung von Klärschlamm (Monoverbrennung) anfallen. Das zeigt eine Studie im Auftrag des UBA. Die Studie analysierte erstmals, wie hoch der Gehalt an Phosphor, Metallen und seltenen Erden bei den rund 300.000 Tonnen Klärschlammasche ist, die in Deutschland pro Jahr bei der Monoverbrennung entstehen. Das Potenzial für die Rückgewinnung von Phosphor ist groß, das anderer Rohstoffe dagegen eher gering. Das Interesse am Phosphor-Recycling ist hoch, da die Vorkommen an phosphathaltigem Gestein, die sich derzeit wirtschaftlich abbauen lassen, zukünftig knapper werden.

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