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Von Mikroorganismen weichgekocht und durch Vergärung in einen Energieträger verwandelt: so könnte die Zukunft von Bioabfällen aussehen. Die innovative Verfahrenskombination wird am Applikations- und Technikzentrum ATZ-EVUS in Sulzbach-Rosenberg in Zusammenarbeit mit dem Erlanger Lehrstuhl für Strömungsmechanik entwickelt und optimiert. Besonders eignet sich dieser neue Weg des Recycling für schadstoffhaltiges oder seuchenhygienisch bedenkliches Material.
Die Vermeidung und, sofern dies nicht möglich ist, die Verwertung von Abfällen gelten in der heutigen Abfallwirtschaft als oberste Ziele. Auch Bioabfälle aus Haushalten oder Gewerbebetrieben werden getrennt gesammelt und verwertet. Deren flächendeckende Sammlung ("Biotonne") hat das Gesamtaufkommen in den letzten Jahren stark erhöht.
Die älteste und bekannteste der heute üblichen Methoden zur biologischen Abfallverwertung ist das Kompostieren. Die heutigen Kompostierungsverfahren präsentieren sich technisch sehr ausgereift, sind jedoch nicht in der Lage, den Energieinhalt der Bioabfälle zu nutzen, sondern verbrauchen im Gegenteil Energie zum Betrieb der Kompostmieten. Es wird also, wie es einmal formuliert wurde "ein Energieträger unter Aufwand von Energie entsorgt".
Aus diesem Grund etablieren sich zunehmend sogenannte Vergärungsverfahren, die unter Sauerstoffausschluß auf mikrobiologischem Wege Bioabfälle in Biogas umwandeln, das wiederum zur Gewinnung von Wärme und Strom eingesetzt werden kann. Bei der Vergärung verbleibt ein Rückstand, der wiederum zu Kompost umgesetzt werden kann.
Ein Nachteil beider Methoden, insbesondere für die Verwertung von Material wie Speise- und Kantinenresten, ist die mangelnde Hygienisierung der Substrate während des Rotte- bzw. Vergärungsprozesses, weswegen die neue Bioabfallverordnung ein vorhergehendes oder nachgeschaltetes Erhitzen vorschreibt. Problematisch ist in vielen Fällen auch die Vermarktung der Komposte, da die steigenden Mengen zunehmend Absatzschwierigkeiten bedingen. In verschärfter Form gilt dies für stärker schadstoffbefrachtete Fraktionen, die den Anforderungen der Bioabfallverordnung nicht gerecht werden.
Überschuß an Energie
Lösungen bietet das neuentwickelte Recyclingverfahren an, das aus zwei Stufen besteht. Bioabfälle werden zunächst zerkleinert und zusätzlich mit Wasser angemaischt. Im ersten Schritt, der Flüssigphasenhydrolyse, werden die derart aufbereiteten Bioabfälle dann in einem Reaktor bei erhöhtem Druck (mehr als 10 bar) und hohen Temperaturen (mehr als 150°C) gleichsam weichgekocht, dabei weitestgehend verflüssigt und so aufgeschlossen, daß auch biologisch schwer abbaubare Substanzen für den Stoffwechsel von Mikroorganismen verfügbar gemacht werden. Das Substrat wird dadurch außerdem hygienisch vollständig unbedenklich.
Das so aufgeschlossene Material (Hydrolysat) wird von den wenigen noch verbliebenen Feststoffanteilen getrennt und im zweiten Schritt in einem Vergärungstank zu Biogas umgesetzt, das wiederum in einem Blockheizkraftwerk in elektrischen Strom umgewandelt wird. Dies deckt mehr als den Eigenbedarf der Anlage; der Überschuß kann ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Zusätzliche Energie aus einer Kraft-Wärme-Kopplung heizt den Flüssigphasenhydrolysereaktor auf.
Die abgetrennten, nicht aufgeschlossenen Feststoffe lassen sich gut entwässern und können aufgrund ihrer Zusammensetzung sowohl als Kompostzuschlagstoff verwendet als auch verbrannt werden. Die zweite Möglichkeit bietet sich vor allem für schadstoffkontaminierte Abfälle an, da sich die Schadstoffe vorwiegend im Feststoff anreichern. Das Abwasser des Vergärungstanks wird im Sinne geschlossener Kreisläufe weitestgehend in den Prozeß zurückgeführt und zum Anmaischen neuankommenden Materials genutzt. Lediglich ein kleiner Teil wird ausgeschleust.
Diese Technologie wurde im Labor und in einer halbtechnischen Anlage untersucht. Hier konnten aus den durch Flüssigphasenhydrolyse behandelten Bioabfällen Biogasausbeuten erreicht werden, die bis zu 30 % über den Ergebnissen des unbehandelten Materials lagen. Die Menge an verbleibenden, nicht aufschließbarem Material war ebenfalls deutlich geringer. Dies zeigt klar, daß die biologische Abbaubarkeit des Abfallmaterials durch die Flüssigphasenvorbehandlung deutlich verbessert wird. Gleichzeitig halbierte sich die Gärzeit im Vergleich zu anderen Verfahren. Für eine großtechnisch realisierte Anlage bedeutet dies, daß der Vergärungstank im Vergleich zu einer konventionellen Vergärungsanlage wesentlich kleiner dimensioniert werden kann, was dementsprechend Investitionskosten einspart. Da zudem eine zusätzliche Hygienisierungsstufe entfällt, wird die Investition der Flüssigphasenhydrolyse mehr als gedeckt.
Zusammenfassend bietet die neuentwickelte Technologie gegenüber konventionellen Verfahren Kostenvorteile durch höhere Biogas- und damit Stromausbeuten, eine integrierte Hygienisierung und verkürzte Gärzeiten. Die Menge an verbleibenden, nicht aufschließbarem Feststoffmaterial ist ebenfalls deutlich geringer als der Kompostanfall üblicher Kompostierungs- oder Vergärungsanlagen. Besonders geeignet ist dieses Verfahren für das Recycling von feuchten Bioabfällen, seuchenhygienisch bedenklichem Material, wie Speise- und Kantinenabfälle bzw. Tierkörpern- und teilen, sowie Bioabfällen, die stärker mit Schwermetallen oder organischen Schadstoffen befrachtet sind. Aber auch bei der Behandlung von Klärschlamm zeigen sich in ersten Versuchen vielversprechende Ergebnisse.
* Kontakt:
Dr. Doris Schieder, ATZ-EVUS Applikations- und Technikzentrum
Kropfersrichter Straße 6 - 8, 92237 Sulzbach-Rosenberg
Tel.: 09661/60 864, Fax: 09661/6889, E-mail: dschieder@atz-evus.de
Prof. Dr. Franz Durst, Lehrstuhl für Strömungsmechanik
Cauerstraße 4, 91058 Erlangen, Tel: 09131/85 -29501, -29502, Fax: 09131/85 -29503
E-mail: durst@lstm.uni-erlangen.de
FAU-Pressestelle, Redaktion Forschung, Gertraud Pickel M.A., Tel. 09131/85 -24036, -26167
Criteria of this press release:
Biology, Chemistry, Electrical engineering, Energy, Environment / ecology, Information technology, Mechanical engineering, Oceanology / climate
transregional, national
Research projects
German
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