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Was ist Energiegewinnung aus Abfall?
Veröffentlicht: 19. Juni 2024
Mitwirkende: Alice Gomstyn, Alexandra Jonker
Die Energiegewinnung aus Abfall (Waste-to-Energy, WtE) bezeichnet Abfallbehandlungstechnologien, die Abfall durch Wärme in Energie umwandeln, meist durch Verbrennung. WtE gilt neben der Deponierung und dem Recycling als kontrollierte Methode der Abfallentsorgung.
Die Verbrennung von kommunalen Feststoffabfällen zur Stromerzeugung ist die häufigste Form der Energiegewinnung aus Abfall. Weltweit werden etwa 13 % der kommunalen Abfälle als Rohstoff in einer Müllverbrennungsanlage verwendet.1 Zu den kommunalen Feststoffabfällen gehören feste Abfälle wie Lebensmittelabfälle, Produktverpackungen, Kleidung, Möbel und Rasenschnitt aus privaten, gewerblichen und institutionellen Quellen.
Die Energiegewinnung aus Abfall kann eine von vielen Lösungen für das wachsende Abfallproblem der Welt sein, da sie das Volumen des auf Deponien entsorgten Abfalls reduzieren kann. Darüber hinaus fallen bei dieser Methode weniger Treibhausgasemissionen (THG) als bei anderen Abfallentsorgungsmethoden an.
Die energetische Abfallverwertung ist eine Alternative zur Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen, aber keine erneuerbare Energiequelle, da es sich nicht um eine natürliche oder unerschöpfliche Ressource wie Wind oder Sonne handelt. Die energetische Abfallverwertung ist auch keine völlig saubere Energiequelle, da bei der Abfallverbrennung und dem Transport Kohlenstoffemissionen und andere Schwebstoffe entstehen.
Die meisten großen Anlagen erzeugen mithilfe einer kontrollierten Verbrennung Energie aus Abfall. Der Prozess läuft in der Regel in folgenden Schritten ab:
- Der Abfall wird zur Müllverbrennungsanlage transportiert, wo recycelbare Materialien entfernt werden.
- Ein Kran mischt den Abfall und fördert ihn in die Verbrennungskammer.
- Der Abfall wird bei einer hohen Temperatur zwischen 850 °C und 1.450 °C verbrannt.2
- Die dabei entstehende Wärme wandelt Wasser (meist in vertikalen Rohren innerhalb der Kammer) in Dampf um.
- Der Dampfdruck treibt die Schaufeln eines Generators an und erzeugt so Strom.
Verschiedene Abfallarten haben bei der Verbrennung unterschiedliche Heizwerte oder Energieinhalte. Abfall mit hohem Heizwert, wie z. B. Kunststoffe, erzeugt mehr Wärme und die meiste Energie. Organischer Abfall, wie z. B. Erde, hat einen niedrigen Heizwert.
Die Verbrennung, die direkte Verbrennung von Abfällen bei hohen Temperaturen, ist die gängigste und kommerziell rentabelste Technologie der energetischen Abfallverwertung. Es gibt jedoch auch andere Methoden der Energierückgewinnung aus Abfällen, darunter:
Neben der Kompostierung ist die anaerobe Vergärung ein kontrollierter Prozess ohne Sauerstoffzufuhr, der die Zersetzung organischer Feststoffabfälle durch Mikroorganismen fördert. Obwohl dies auch auf natürliche Weise geschehen kann, wird die anaerobe Vergärung auch in Wohn- oder Industrieumgebungen eingesetzt, um einen Brennstoff namens Biogas zu erzeugen. Biogas, das hauptsächlich aus Methan und Kohlendioxid besteht, gilt als erneuerbare Energiequelle.
Bei der thermochemischen Behandlung Pyrolyse werden organische Abfälle hohen Temperaturen ohne Sauerstoff ausgesetzt. Dieser Prozess leitet die Zersetzung und den Zerfall des Materials ein. Die Nebenprodukte sind in der Regel kohlenstoffreiche Kohle (Biokohle) und brennbare Gase. Einige dieser Gase können dann zu einer brennbaren Flüssigkeit kondensiert werden, die als Bioöl oder Biokraftstoff bezeichnet wird.
Bei der Zersetzung von organischem Material auf Mülldeponien entsteht ein natürliches Nebenprodukt, das sogenannte Deponiegas. Deponiegas besteht aus Methan, Kohlendioxid und einem geringen Anteil an Nicht-Methan-Verbindungen. Es kann aufgefangen, aufbereitet und als Brennstoff für industrielle Zwecke, Fahrzeuge und vieles mehr verwendet werden. Die Deponiegasverwertung ist eine Methode zur Reduzierung der Methanemissionen von Mülldeponien.
Das Vergasen ist ebenfalls eine thermochemische Behandlung, bei der organische Abfälle (Biomasse) durch hohe Temperaturen und eine kontrollierte Menge an Sauerstoff, Dampf oder beidem in ein brennbares Gas umgewandelt werden. Das Ergebnis ist ein brennbares Erdgas, das als Synthesegas oder Generatorgas bezeichnet wird und zur Herstellung von Ammoniak und Methylalkohol (Methanol) verwendet wird. Es kann auch Benzin als Biokraftstoffalternative ersetzen.
Was passiert mit der Asche aus der Verbrennung von Abfällen?
In Müllheizkraftwerken, in denen Hausmüll verbrannt wird, entstehen zwei Arten von Asche: Flugasche und Bodenasche.
Flugasche (oder Rückstände aus der Luftreinhaltung) besteht aus gefährlichen und feinen Partikeln, die aus dem Rauchgas einer thermischen Abfallverwertungsanlage, den bei der Verbrennung entstehenden Dämpfen, entfernt werden. Flugasche wird in der Regel behandelt, um ihre negativen Auswirkungen auf die Umwelt, vor allem in Form von Luft- und Wasserverschmutzung in nahe gelegenen Ökosystemen, zu verringern. Obwohl es Bestrebungen zur Verwertung und Wiederverwendung von Flugasche gibt, wird sie in der Regel auf Deponien für gefährliche Abfälle entsorgt.
Bodenasche (oder Müllverbrennungsasche) ist die gesamte verbleibende Asche, die keine Flugasche ist. Sie besteht hauptsächlich aus Siliziumdioxid, Kalzium, Eisenoxid und Aluminiumoxid. Große Magneten können einige dieser Materialien für das Recycling und die Wiederverwendung entfernen. Bauunternehmen können beispielsweise Bodenasche zur Herstellung von Beton oder Schüttgut verwenden. Der Rest wird auf Deponien entsorgt.
Die Menge an Asche, die in Anlagen zur thermischen Abfallverwertung anfällt, ist deutlich geringer als die in die Anlage eingebrachte Abfallmenge. Sie liegt zwischen 15 und 25 % des Gewichts und zwischen 5 und 15 % des Volumens des Abfalls vor der Verbrennung.3
Die Energiegewinnung aus Abfall hat im Vergleich zu herkömmlichen Abfallentsorgungssystemen viele Vorteile:
Jährlich fallen weltweit mehr als zwei Milliarden Tonnen kommunaler Feststoffabfälle an – und bis 2025 wird ein Anstieg um 56 % prognostiziert.1 Das zunehmende Abfallaufkommen und die damit verbundene Umweltverschmutzung sind untrennbar mit dem Klimawandel verbunden. Die beste Möglichkeit, Abfall zu reduzieren, besteht in der Reduzierung der Abfallproduktion. Die thermische Abfallverwertung bietet jedoch eine vorübergehende Lösung: Anlagen zur thermischen Abfallverwertung reduzieren das Abfallvolumen um etwa 87 %.4
Thermische Abfallverwertungsanlagen stoßen weniger Treibhausgase und Schadstoffe aus als Deponien und die offene Verbrennung von Abfällen, da die Prozesse der thermischen Abfallverwertung wesentlich besser kontrolliert und überwacht werden. Die meisten modernen thermischen Abfallverwertungsanlagen unterliegen strengen Emissionsstandards für sämtliche Schadstoffe, einschließlich Schwermetalle und Dioxine
Prozesse im Rahmen der Energiegewinnung aus Abfall bieten eine bessere Möglichkeit zur Rückgewinnung von Ressourcen als die Deponierung. Dies gilt insbesondere für die nach der Verbrennung zurückbleibenden Metalle. Sie stehen im Einklang mit den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft, die darauf abzielen, Materialien in einem geschlossenen Kreislauf zu halten und Abfall zu reduzieren
Herausforderungen bei der Energiegewinnung aus Abfall
Anlagen zur Energiegewinnung aus Abfall werden von Umweltaktivisten kritisch bewertet, da sie weder die Abfallproduktion eindämmen noch die Kreislaufwirtschaft fördern. Die Abfallverbrennung bewegt sich oft auf dem schmalen Grat zwischen Kreislaufwirtschaft und linearer Ressourcennutzung. Auch wenn Metalle extrahiert und recycelt oder wiederverwendet werden können, ist es besser für die Umwelt und energieeffizienter, Materialien (insbesondere Kunststoff und Papier), die nach der Verbrennung nicht mehr extrahiert werden können, direkt zu recyceln.
Die Energiegewinnung aus Abfall erfordert zudem groß angelegte Abfallentsorgungs- und Abfallwirtschaftssysteme, die im kommerziellen Maßstab funktionieren. Solche Anforderungen machen diese Lösung für die rund 2,7 Milliarden Menschen weltweit, die noch immer nicht an die Abfallentsorgung angeschlossen sind, weitgehend unerreichbar.1
Wo wird die Energiegewinnung aus Abfall eingesetzt?
Anlagen zur Energiegewinnung aus Abfall sind in dicht besiedelten Gebieten mit begrenztem Landangebot weit verbreitet, beispielsweise in Japan und in europäischen Ländern wie Dänemark, Schweden, Deutschland und Frankreich. In Westeuropa ist die Verwertung von Abfällen zur Energiegewinnung die führende Methode der Hausmüllentsorgung, in deren Rahmen etwa 40 Millionen Tonnen Abfall verwertet werden. Die Energiegewinnung aus Abfällen wird in dieser Region weiter zunehmen, da die EU und das Vereinigte Königreich 2023 vereinbart haben, diese Methode in Emissionshandelssysteme einzubeziehen.1 In den USA, wo ausreichend Land und niedrigere Kosten die Deponierung zu einer attraktiveren Option gemacht haben, verzeichnet die Energiegewinnung aus Abfällen eine langsamere Zuwachsrate.
Im Nahen Osten befindet sich in Dubai die größte thermische Abfallverwertungsanlage der Welt. Das von der Warsan Waste Management Company betriebene Kraftwerk wird jährlich 1,9 Millionen Tonnen Abfall verwerten, was etwa 45 % des gesamten Abfalls in Dubai entspricht. Das Projekt wird täglich 200 Megawatt Strom erzeugen, genug, um 135.000 Haushalte mit Strom zu versorgen.5
Weiterführende Lösungen
Bei der Verwaltung von Bürogebäuden ist entscheidende Weichenstellung zugunsten von Umweltschutz und Nachhaltigkeit während des gesamten Lebenszyklus möglich.
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Ressourcen
Der Klimawandel bezieht sich auf die Erderwärmung, die dokumentierte globale Temperaturerhöhung der Erdoberfläche seit Ende des 19. Jahrhunderts.
Kompostierung ist der Prozess der Wiederverwertung organischer Materialien zu zersetztem Material, das als Kompost bezeichnet wird.
Eine Kreislaufwirtschaft ist ein Wirtschaftsmodell, das darauf abzielt, Abfall zu vermeiden und Nachhaltigkeit durch Wiederverwendung und Ressourceneffizienz zu fördern.
Treibhausgasemissionen sind bestimmte Gase, die in die Atmosphäre freigesetzt werden und einen „Treibhauseffekt“ erzeugen.
Erneuerbare Energie ist Energie, die aus natürlichen Quellen gewonnen wird, die sich schneller regenerieren als sie verbraucht werden.
Windkraft ist eine Form erneuerbarer Energie, die die kinetische Kraft des Windes zur Stromerzeugung nutzt.
Fußnoten
Alle Links befinden sich außerhalb von ibm.com
1 „Global Waste Management Outlook 2024“, Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP), 28. Februar 2024.
2 „Waste Incineration and Informal Livelihoods: A Technical Guide on Waste-to-Energy Initiatives“, Jeroen IJgosse,Women in Informal Employment: Globalizing and Organizing (WIEGO), August 2019.
3 „Energy Recovery from the Combustion of Municipal Solid Waste (MSW)“, Environmental Protection Agency (EPA) der Vereinigten Staaten, 30. Januar 2024.
4 „Biomass explained“, Energy Information Administration (EIA) der Vereinigten Staaten, 21. Dezember 2023.
5 „DWMC Company Profile“, Warsan Waste Management Company, Mai 2023.