POTENCIÁLNÍ ENERGIE PŘI MECHANICKO- BIOLOGICKÉ ÚPRAVĚ ZBYTKOVÉHO ODPADU (MBÚ) -STATUS QUO A POTENCIÁL OPTIMALIZACE Klaus Fricke, Thomas Turk a Rainer Wallmann
16 14 12 10 8 6 4 2 0 Haushaltsabfälle 2006 Beseitigung Verwertung (getrennt gesammelte Abfälle) 14,2 erfasste Haushaltsabfälle 2006: 37,4 Mio. Mg/a 6,1 4,2 4,3 2,4 2,0 2,5 0,9 0,3 0,1 0,1 0,2 Hausmüll incl. Geschäftsmüll Sperrmüll Abfälle aus der Biotonne Grünabfälle Glas gemische Verpackungen PPK Metalle Holz Kunststoffe Textilien sonstige Zdroj: Statistisches Bundesamt (2008) Abfallmasse [Mio. Mg/a]
20 15 10 5 0 16,8 5,6 Vstupní materiál /objem 2006 11,4 8,0 8,6 3,6 Vergärung / Kompostierung Altholzverwertung Klärschlammverwertung LVP- und PPK-Verwertung Beseitigung in MBA 2) zdroje: Statistisches Bundesamt (2008), bvse (2008) Summe Anlageninput / Aufkommen 2006: 54 Mio. Mg/a * 1) 1) 1) * Mg TS unbehandelt 1) 2) Aufkommen 2006 um Doppelberücksichtigungen "bereinigt" Beseitigung in MVA Angeninput / Aufkommenn [Mio. Mg/a]
200 160 120 80 40 0 159,6 Teoretický potenciál energie Das theoretische Energiepotenzial der aufgeführten Abfälle beträgt insgesamt 540 bis 650 PJ/a. Dies entspricht 3,9 bis 4,6 % des gesamten Primärenergieverbrauchs in Deutschland (ca. 13.900 PJ/a). 151,9 104,0 68,5 53,2 54,0 Beseitigung in MBA Vergärung / Kompostierung Altholzverwertung Klärschlammverwertung LVP- und PPK-Verwertung Beseitigung in MVA Energiepotenzial [PJ/a]
Dispozice sekundární energie 2006 Energiebereitstellung [PJ/a] 200 160 120 80 40 0 159,6 71,8 53,2 19,2 theoretisches Potenzial [PJ/a] 54,0 3,4 104,0 39,8 Sekundärenergiebereitstellung "2006" [PJ/a] Die Sekundärenergiebereitstellung "2006" beträgt für die aufgeführten Abfälle insgesamt ca. 157 PJ/a (ca. 53 PJ Strom und ca. 104 PJ genutzter Wärme). Dies entspricht ca. 1,7 % des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland (ca. 9.400 PJ/a). 68,5 13,5 151,9 9,0 Beseitigung in MVA Beseitigung in MBA Vergärung / Kompostierung Altholzverwertung Klärschlammverwertung LVP- und PPK-Verwertung
Efektivita dispozice sekundární energie 2006 elektřina (využité) teplo celkem Likvidace ve spalovnách 10,0 35,0 45,0 Likvidace v MBA 7,4 28,8 36,1 Recyklace boioodpadu1) 5,2 1,1 6,3 Recyklace dřeva 19,1 19,1 38,3 Recyklace čist. kalů 12,0 7,8 19,8 1) Energetická efektivita (%) Obaly a PPK 1,2 4,7 5,9 celkem 8,9 17,6 26,5 1) Nejsou zohledněny úspory energie z látkového využití
12 Anlagen 1 Anlage Biogas 7
Návrhy na optimalizaci pro zvýšení energetické efektivity mechanicko-biologického procesu Řízení toku materiálu Řízení procesu Úprava odpadního vzduchu Využití energie
Řízení toku materiálu
Způsob využití Látkové využití Materiálové využití Surovinové využití Biologické využití (kompostace, bioplyn) Energetické využití: Tepelné využití se počítá k energetickému využití - stupeň využití paliva 21% - stupeň využití paliva 45% - stupeň využití paliva 76%
Papír, lepenka, karton (PPK) Nový papír z dřevěné vlákniny (severský původ) 39 MJ/kg spotř. energie kum Recyklovaný papír (D) Výhřevná hodnota papíru 15 MJ/kg spotř. energie kum 13,2 MJ/kg Úspora energie oproti novému papíru: 24 MJ/kg
Úspora energie při látkovém využití versus energetické využití příklad: PPK
Úspora energie při látkovém využití versus energetické využití příklad: LD-PE
Úspora energie použití sekundárních versus primárních surovin
Konsekvence MBÚ - koncepce a technika - Separovaný sběr: intenzifikace a flexibilizace tříděného sběru - MBÚ: integrace separační techniky PPK a umělých hmot, zvýšení výkonu separace železných a neželezných kovů Ruční technologie třídění Automatické technologie třídění
Pevný komunální odpad MBÚ Drcení Síta 120 mm > 120 mm Fe Sekundární palivo 25-45 % Hu= 11 12,500 MJ/Mg < 120 mm Fe Železné kovy 2-4 % Biologické zpracování aerobní/anaerobní Redukce organického materiálu, vody 25-30 % Další mechanické zpracování Sekundární palivo 5-10 % Hu = 12 13,500 MJ/Mg Filtrovaný materiál Vrstva oxidovaného metanu Deponie 20-45 % TOC< 18 %
Řízení procesu
Integrace anaerobního stupně Nm³ Biogas/Mg Vergärungsinput, normiert auf 60 % CH 4 800 700 600 eingesetzte Vergärungsverfahren: - 1 Nassvergärung - 4 Trockenvergärungen (davon 2 Teilstrom- und 2 Vollstromvergärungen) 500 400 bezogen auf den Anlageninput: im Mittel 45 Nm³/Mg Anlageninput (9 bis 65 Nm³/Mg) 300 200 434 100 0 126 239 Nm³/Mg FS Nm³/Mg TS Nm³/Mg ots Střední hodnota 45 Nm 3 /Mg, medián 60 Nm 3 /Mg Poloautomatická zařízení do 96 Nm 3 /Mg
Potenciální energie k dispozice v anaerobním stupni Výroba bioplynu (Nm³/Mg na vstupu*) * Normováno na 60 % CH 4 Výhřevná složka (kwh/mg na vstupu) Potenciální tepelná a elektrická energie k dispozici (kwh/mg na vstupu**) ** Stupeň účinnosti tepelné elektrárny 37 % elektrický 43 % tepelný 60 Nm³/Mg (9-65) 357 kwh/mg (55-393) 133kWh elktr. (20-145) 155 kwh therm. (24-167)
Výdaje a zisky energie ve sledovaných MBÚ kwh je Mg Anlageninput (Mittelwert mit Min- und Max-Wert in Klammern) Aufwand Ertrag HWR-Verwertung 1) Ertrag Biogasverwertung 2) Strom Gas (RTO) Diesel Wärme Strom Wärme Strom Wärme oder und MBA ohne Vergärung MBA mit Vergärung 37 (25-59) 45 (28-57) 56 (25-98) 52 (22-88) 11 (5-21) 11 (5-21) - - - 1.200 320 (750- (200-480) 1.800) 133 155 20 (10-30) 3) 99 (20-145) 115 (24-167) MBS 81 (45-112) 82 (38-110) 4 (2-9) - 400 (320-520) 1.500 (1.200-1.950) - - 1) Brennstoffausnutzungsgrad: 20 % elektrisch oder 75 % thermisch (alternativ zueinander) 2) bei vollst. Biogasverwertung im BHKW; Wirkungsgrad: 37 % elektrisch und 43% thermisch (additiv zueinander) 3) nach Wallmann und Fricke (2002)
Potenciální podíl primární energie Potenciální podíl primární energie (% vstup zařízení včetně provozní spotřeby jako ekvivalent primární energie) % na vstupu (střední hodnoty) 120 100 100 98 2 Střední provozní spotřeba MBA/MBS (proud/plyn/naftal) Bioplyn (n=5) při 60 Nm³/Mg (medián): 13 % při 65 Nm³/Mg (Max. hodnota): 14 % 80 72 60 13 59 72 40 59 MBÚ bez kvašení 72 MBÚ s kvašením 20 vstup odpadu HWR (n=17) HWR (n=3) 0 Vstup do zařízení MBÚ MBS
Konsekvence MBÚ - koncepce a technika Integrace anaerobního stupně Zvýšení výnosů pomocí optimalizace anaerobního stupně - faktor 1,3 Vyšší stupeň využití o např. sušení zbytkového odpadu, štěpky, kalů apod. o napájení sítě zemního plynu (nutná úprava plynu, rentabilní od cca 25.000 Mg/a) Úspory energie obiofilter místo RTO - cca 50 až 80 kwh elektr. ze 130 kwh elektr.
Konsekvence MBÚ - koncepce a technika Integrace anaerobního stupně Úspory energie : ozkrácení doby tlení AT 4 na <10 místo 5 mg O 2 /g TS (limit oxidace metanu) oredukce objemu krytu obecně až AT 4 < 20 mg O 2 /g TS
Konsekvence MBÚ - koncepce a technika Zvýšení frakce pro energetické využití Modifikace úpravy a přípravy před a po biologickém stupni Sušení Fotografie: Gallenkemper
Shrnutí a závěry Optimalizační podněty pro zvýšení energetické efektivity v procesech MBÚ: Intenzifikace látkového využití -Separovaný sběr: Intenzifikace a flexibilizace systémů separovaného sběru se zaměřením na papír/lepenku/karton (PPK) a umělé hmoty (PE) -MBÚ: Integrace třídicí techniky zaměřením na PPK, umělé hmoty a kovy
Shrnutí a závěry Integrace kvasného stupně Zvýšení výnosu optimalizací anaerobního stupně - faktor 1,3 Vyšší stupeň využití o např. sušení zbytkového odpadu, štěpky, kalů apod. o napájení sítě zemního plynu Úspory energie obiofilter místo RTO ozkrácení doby tlení oredukce objemu krytu Zvýšení frakce pro energetické využití