Holzhackschnitzel für die thermische Verwertung als Ersatzbrennstoff
Holzhackschnitzel für die thermische Verwertung als Ersatzbrennstoff
Foto: imantsu (iStock)

Sekundärbrennstoffe Ersatzbrennstoffe: Antriebskraft für die Zukunft der Kreislaufwirtschaft

Im Zuge der Umstrukturierung der Linear- in eine Kreislaufwirtschaft kommt der Verwendung von biomasse- und abfallbasierten Ersatzbrennstoffen (EBS) eine zunehmend große Bedeutung zu. Sonderabfallwissen zeigt welche, gibt einen Überblick über den momentanen Stand der Entwicklung und über Optionen und Herausforderungen für die Zukunft.

  • Die Prioritäten von Green Deal und Kreislaufwirtschaft sind unumkehrbar. Der Konsens über die Bedeutung von EBS für eine ökologische, aber auch ökonomische Nachhaltigkeit, wird heute kaum noch in Frage gestellt.
  • Die Gewinnung von EBS ist an eine komplexe Abfolge von Prozessen gekoppelt, die schon lange vor dem eigentlichen technologischen Verfahren beginnen.
  • Biogene Anteile in Ersatzbrennstoffen, Öl und Gas aus Plastikmüll: Für die Zukunft bietet die Gewinnung von Ersatzbrennstoffen mannigfaltige Optionen. Und bringt so einige zu meisternde Herausforderungen mit sich.
  • Bis 2038 soll in Deutschland der Kohleausstieg vollzogen, EBS ein tragender Bestandteil der Energiewirtschaft sein.

Ersatzbrennstoffe als Bestandteil der Kreislaufwirtschaft

Sie können flüssig, fest oder gasförmig sein. Sie können aus Holzabfällen oder Klärschlamm, aus Fetten, Tiermehl oder Stroh, aus Lackresten oder alten Autoreifen gewonnen werden. Kurz: Sogenannte Ersatz- bzw. Sekundärbrennstoffe (EBS, SBS) treten nicht nur in verschiedensten Aggregatzuständen auf, sondern lassen sich auch aus grundverschiedensten Abfällen gewinnen. Abfällen, die sowohl in Industrie und Gewerbe wie auch im Haushalt auftreten und die in Folge somit die gesamte Bandbreite der Abfallwirtschaft umfassen. Und diese vor entsprechend neue, zukunftsorientierte Aufgaben stellen. An dieser Stelle sei noch erwähnt: Ersatz- bzw. Sekundärbrennstoffe werden auch aus gefährlichen Abfällen hergestellt.

Der gesellschaftliche Konsens über den Stellenwert von Ersatzbrennstoffen, ihre Bedeutung für eine ökologische, aber auch ökonomische Nachhaltigkeit, mithin ihre zunehmend tragende Rolle als Alternative zu fossilen Brennstoffen wird heute kaum noch ernsthaft in Frage gestellt. Die daraus folgenden Aufgaben sind zum einen politisch-juristischer Art (etwa mit der Schaffung wirtschaftlicher Anreize und rechtlicher Grundlagen) wie natürlich auch technologischer und struktureller Natur. Und bieten in all dem ökonomische Optionen allein schon deshalb, weil in den nächsten Jahren die EBS-Verwertungsmöglichkeiten zunehmen werden.

Denn klar ist: Die Prioritäten von Green Deal und Kreislaufwirtschaft sind unumkehrbar. Was eine Statistik des Bundesumweltamtes beispielhaft illustriert: 2019 wurden laut diesem 99,4% aller gesammelten Kunststoffabfälle verwertet. Über die Hälfte davon (52,8%) wurde einer energetischen Verwertung zugeführt. Das entspricht 3,31 Millionen Tonnen, von denen wiederum 2,15 Millionen Tonnen in Müllverbrennungsanlagen verwertet wurden – 1,16 Millionen Tonnen davon als Ersatzbrennstoffe (etwa in Zement- oder Kraftwerken). Tendenz steigend.

Komplexe Abfolge von Prozessen

Ersatzbrennstoffe können sich, ausgerichtet nach den gewünschten Anforderungen der jeweiligen Abnehmer, sowohl im Aggregatzustand (siehe oben) als auch in Details der jeweiligen stofflichen Zusammensetzung unterscheiden. Die vorgegebene Spezifikation richtet sich nach dem jeweils vorgesehenen Einsatzfeld des Brennstoffs. Grundlegende Qualitätsparameter sind dabei gleichwohl allgemeingültig. Sie richten sich nach physikalischen und chemischen Eigenschaften der EBS.

Physikalische Parameter:

  • Heizwert
  • Schüttgewicht
  • Korngröße
  • Förder- und Blasfähigkeit
  • mechanische und thermische Stabilität
  • Glührückstand
  • Flammpunkt

Chemische Parameter:

  • Kohlenstoffgehalt
  • Chlorgehat
  • Aschegehalt
  • Wassergehalt
  • Schadstoffgehalt (Chlor, Schwefel, Cadmium, Quecksilber usw.)

Beim momentanen technologischen Stand werden EBS vorrangig zusammen mit konventionellen (fossilen) Brennstoffen in der sogenannten Mitverbrennung verwertet. Anwendung finden sie vor allem in Zement-, Kalk-, Braunkohle- und Industriekraftwerken wie auch in Müllverbrennungsanlagen. Zudem werden Ersatzbrennstoffe partiell aber auch als alleiniger Brennstoff in technologisch entsprechend ausgerichteten EBS-Kraftwerken verwendet.

In Chemie- und Industrieparks sucht man in Anbetracht steigender Energiepreise verstärkt nach Verwertungskonzepten, die eine möglichst weitgehende Unabhängigkeit vom globalen Energiemarkt und seinen Kostenschwankungen ermöglichen. Und sind Gas, Kohle und Öl fraglos auch weiterhin unabdingbare Energieträger, so liegt die Zukunft dennoch bei alternativen Lösungen; und das heißt hier, bei Substituten aus stofflich nicht verwertbaren Abfällen – wie sie auch Ersatzbrennstoffe sind.

Die Umwandlung von Abfall in Ersatzbrennstoff (AVV 19 12 10) ist ein komplexer Prozess, der lange vor dem eigentlichen, dem technologischen Prozess beginnt.

Erster Schritt dieses Prozesses ist die sachgemäße Vorsortierung. Das gilt für Industrie- oder Hausmüll wie für Gewerbeabfälle. Ausschlaggebend ist in jedem Fall auch hier der Grundsatz: Je besser die vorangehende Abfalltrennung, desto effizienter die weitere Verarbeitung, desto besser die Qualität des finalen Produktes. Wichtig ist diese Vorsortierung und Störstoffauslese natürlich gerade auch bei möglicherweise schadstoffbelasteten Abfällen.

Nach der Vorsortierung werden im zweiten Schritt die Abfälle zerkleinert. Erst dann folgt das eigentliche technische Trennverfahren, also die Separierung der Einzelbestandteile des Feststoffgemisches (etwa durch Siebklassierung, Windsichtung oder Nichteisen- und Eisenabscheidung).

Sowohl mit Blick auf die momentan gegebenen technologischen Voraussetzungen wie auch das Gesamtprozedere der EBS-Gewinnung konstatiert der bvse-Fachverband Ersatzbrennstoffe, Altholz und Biogene Abfälle auf seiner Website zu den Anforderungen an Ersatzbrennstoffe: „Je homogener der Verfahrensinput für die Ersatzbrennstoffherstellung ist, umso einfacher ist der Prozess aufzubauen und zu steuern.“ Was im Gegenzug heißt, dass beispielsweise „andienungspflichtiger Hausmüll“ für die Weiterverarbeitung zu Ersatzbrennstoffen vergleichsweise ungeeignet ist, da er „ein außerordentlich heterogenes Gemisch“ darstellt, welches sich „zudem regional sowie jahreszeitlich hinsichtlich Quantität und Qualität sehr unterschiedlich zusammensetzt“, wie der bvse-Fachverband dazu weiter konstatiert. Die entsprechenden Verfahrensmöglichkeiten zur Bestimmung wie auch Separierung der einzelnen Bestandteile dieser Abfallgemische sind zwar gegeben (siehe oben), hier aber sowohl im Hinblick auf einen vertretbaren finanziellen wie zeitlichen Aufwand wirtschaftlich noch zu ineffizient.

Biogene Anteile in Ersatzbrennstoffen

Neben der Einsparung von Primärrohstoffen im Allgemeinen und der von fossilen Brennstoffen im Speziellen ist bei der Nutzung von Ersatz- und Sekundärbrennstoffen noch ein weiterer klimarelevanter Aspekt von Belang: Die damit einhergehende Reduzierung der CO2-Emissionen. Auf Biomasse basierende oder mit dieser durchsetzte EBS spielen dabei eine besondere Rolle.

Als Biomasse werden Stoffe rein biogenen Ursprungs (Papier, Holz, Gartenabfälle usw.) bezeichnet. Diese Stoffe gelten als erneuerbare Energiequellen. Das heißt, die bei einer thermischen Verwertung dieser Stoffe entstehenden CO2-Emissionen sind als nicht klimarelevant eingestuft.

Folgerichtig ergibt sich durch die Verwendung biomassehaltiger EBS eine Verringerung der freigesetzten CO2-Werte gegenüber fossilen Brennstoffen. In welcher Größenordnung sich diese Verringerung bewegt, lässt sich freilich jeweils nur im Kontext/Vergleich eruieren. Durch die oft variierenden Ausgangsmaterialien und deren ebenfalls variierenden stofflichen Zusammensetzung sind zuverlässige Werte zur tatsächlichen Verringerung des CO2-Ausstoßes nur bei einer regelmäßig periodischen Bestimmung der fossilen Anteilswerte zu gewinnen. Unabdingbar als Vergleichs- und Basiswert wird hier somit ein Nachweis seitens der entsprechenden Unternehmen über die Höhe des fossilen Kohlenstoffanteils bzw. des fossilen CO2-Emissionsfaktors in den bei ihnen verwerteten EBS.

Dieser Nachweis ist in Deutschland über Emissionszertifikate zu erbringen. Zu beachten ist, dass im europäischen Kontext seit Sommer 2021 die EU den Emissionshandel im Rahmen ihres „Fit for 55“-Pakets zwar verschärft und ausweitet, den Bereich der thermischen Abfallbehandlung davon allerdings ausklammert und stattdessen dem in Deutschland schon installierten System des Brennstoff-Emissionshandels nachfolgt.

Die Methoden zur Bestimmung des Biomassegehaltes von festen Sekundärbrennstoffen sind in der Norm EN ISO 21644:2021 verankert. Der Biomassegehalt ist relevant für die Bewertung von Energieerzeugung, die sich auf die Treibhausgasemissionen auswirkt. Ein allgemeines Klassifizierungs- und Spezifikationssystem für feste Sekundärbrennstoffe stellt im Übrigen die EN ISO 21640:2021 bereit.

Kunststoffe in Öl verwandeln

In der eingangs aufgeführten Statistik des Bundesumweltamtes wurde schon auf den Stellenwert der Verwertung von Kunststoffabfällen hingewiesen. Aber nicht nur eingedenk eines wachsenden gesellschaftlichen und zudem medial entsprechend forcierten Bewusstseins bezüglich des „Plastikmülls“ stellt sich die Frage, ob und wie altes Plastik, ob und wie stark Kunststoffabfälle im Sinne der Kreislaufwirtschaft verwertbar sind. Oder um die Frage konkreter zu formulieren: Können Kunststoffabfälle in Ersatzbrennstoffe verwandelt werden?

Technologisch lassen sich Kunststoffe durch sogenanntes chemisches Recycling in Gas oder Öl umwandeln. Das dafür momentan am häufigsten angewendete Verfahren ist die Pyrolyse. Pyrolyse (oder pyrolytische Zersetzung) ist die Bezeichnung für die thermische Spaltung chemischer Verbindungen, bei der ein Stoff (etwa Plastik) unter Luftabschluss (das heißt ohne Sauerstoff und anderweitige Reaktionsmittel) auf Temperaturen zwischen 400 und 800 Grad erhitzt wird. Dabei transformiert er sich in feste (Kohlenstoff), flüssige (Erdöl) und gasförmige (Methan, Ethan) Bestandteile, die dann einer Neuverwertung zugeführt werden können.

Das Problem beim momentanen Stand der Technik ist, dass der Prozess des chemischen Recycling insgesamt viel Energie braucht. Zu viel? Darüber diskutiert die Branche. Das deutsche Umweltministerium jedenfalls bewertet chemische Verfahren zur Rückgewinnung von Plastikrohstoffen generell erst einmal nicht als Recycling. Begründet wird das damit, dass der Kunststoff eben nicht erhalten, sondern in seine chemischen Grundbestandteile aufgelöst wird: „Bei einer werkstofflichen Verwertung“, so das Ministerium, „wird ein Kunststoff als Werkstoff wieder in der Produktion eingesetzt. Bei einer chemischen oder rohstofflichen Verwertung ist dies nicht der Fall.“

Ein weiterer Punkt ist, dass bei manchen Plastiksorten die Rückgewinnung der Ausgangsstoffe nur mangelhaft funktioniert. Das trifft auf die Kunststoffgruppe der Polyolefine zu, zu denen etwa Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) zählen. Also Materialien, aus denen der Großteil aller Kunststoffprodukte gefertigt ist. So kommen PE und PP maßgeblich in Plastikverpackungen zum Einsatz, die wiederum den mit Abstand größten Teil des anfallenden Plastikmülls ausmachen.

Eine wirklich ausreichend effiziente und umfängliche Lösung bietet die Pyrolyse, das chemische Recycling, zum gegenwärtigen Zeitpunkt also nicht. Dennoch: Als ergänzendes Verfahren ist sie für die Kreislaufwirtschaft ebenso wie für die gesamte Zukunft der Energiewirtschaft relevant.

Nach der Kohle

In Deutschland ist der Kohleausstieg bin spätestens 2038 beschlossene Sache. Die Möglichkeiten zum Einsatz von biomasse- und abfallbasierten Ersatzbrennstoffen in Kohlekraftwerken gewinnen auch mit Blick auf dieses Datum massiv an Bedeutung. Die Herausforderungen, die das mit sich bringt, reichen von Fragen der chemischen Zusammensetzung der EBS und ihrer daraus folgenden Kompatibilität mit den Kohleanlagen, von der divergierenden Heizkraft bis zur Lagerfähigkeit, von Materialeigenschaften bis zu Standortbegebenheiten. Es sind Herausforderungen, die noch einmal in dezidierter Form aufzeigen, vor welchen Umwälzungen man insgesamt steht. Denn um es zu wiederholen: Der Umbau der Linear- in eine Kreislaufwirtschaft ist aus guten Gründen unumkehrbar. Der Ausstieg aus der Kohleenergie ein konsequenter Schritt.

Doch wo Probleme sind, sind immer auch Lösungen. „Flexible Kohlekraftwerke“ ist der Trend. „Innovation und Strukturwandel“ propagiert das Bundesministerium für Bildung und Forschung. Und das Online-Forum Ingenieur.de bringt die Gemengelage mit zuversichtlichem Pragmatismus auf einen ja auch für den Verbraucher nicht ganz unwesentlichen Punkt: „Müll im Kraftwerk senkt die Brennstoffrechnung!“ Senkung der Brennstoffrechnung plus Senkung der CO2-Emission plus Schonung der natürlichen Ressourcen: Ersatzbrennstoffe sind ein Antriebskraft für die Zukunft.

Quellen

Alle Angaben ohne Gewähr und Anspruch auf Vollständigkeit