Vollständige Nutzung des Deponiegaspotenzials durch Reformierung mit Biogas - Demonstrationsvorhaben

Aktenzeichen 21796/01
Zusammenfassung / Abstract: Dateigröße: 0.05 MB | Zuletzt geändert: 11.08.2009
Abschlussbericht: DBU-Abschlussbericht-AZ-21796.pdf (1.89 MB)
Projektträger: Entsorgungsgesellschaft Steinfurt mbH
Oststr. 1
48341 Altenberge
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Telefon: 02505/9316-0
Internet: -
Bundesland: Nordrhein-Westfalen
Beschreibung:
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Aufgrund der stetig sinkenden Deponiegasqualität und -quantität auf Siedlungsabfalldeponien wurde nach Nutzungsalternativen für das anfallende Deponieschwachgas (CH4-Gehalt < 40 %) gesucht, die auf die Verwendung fossiler Energieträger verzichten. Im Rahmen des beantragten Vorhabens sollte daher eine Biogasanlage in der Nähe der Gasverwertungsstation der Siedlungsabfalldeponie Altenberge errichtet werden. Das dort produzierte Biogas, mit einem mittleren CH4-Gehalt von 55 %, sollte mit dem anfal-lenden Deponieschwachgas vermischt werden, so dass das erzeugte Mischgas einen CH4-Gehalt von mindestens 40 % haben sollte und im zur Verfügung stehenden Gasmotor verwertet werden kann. Die thermische Verwertung des Deponieschwachgases könnte ansonsten nur durch die Beimischung von Erdgas verbunden mit einem umweltrelevanten CO2-Ausstoß erfolgen. Daher soll das Vorhaben eine, auch auf andere Deponiestandorte übertragbare, ressourcenschonende und umweltfreundliche Alternative der Deponieschwachgasnutzung darstellen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen zur Deponieschwachgasreformierung wurden in drei Versuchsreihen (je 2 Monate) über einen Zeitraum von 6 Monaten durchgeführt. Die erste Untersuchungsreihe begann, nachdem ein stabiler Biogasprozess der Biogasanlage mit einem Methangehalt > 50 % erreicht wurde. Ziel dieser Untersuchungsreihe war es, den schlechtesten Betriebsfall zu untersuchen. Hierzu wurde das qualitativ schlechteste Deponiegas (CH4-Gehalt < 25 %) mit dem energiereicheren Biogas vermischt und somit die Belastbarkeit und Funktionsfähigkeit des Verfahrens untersucht. In der zweiten Versuchsreihe wurde das verfahrenstechnische Optimum simuliert. Dabei wurden gezielt energiereiche Deponiegasbrunnen mit Biogas vermischt und im BHKW zu Wärme und Strom veredelt. Die dritte Versuchsreihe stellte den Normalbetrieb dar. Hierbei wurde Deponiemischgas mit Biogas auf einen konstanten CH4-Gehalt > 40 % aufgewertet und hinsichtlich der relevanten Betriebsbedingungen analysiert und untersucht. Flankierend über einen Zeitraum von 8 Monaten wurden mögliche Wärmenutzungskonzepte erarbeitet und hinsicht-lich ihrer technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen und Realisierbarkeit untersucht.


Ergebnisse und Diskussion

Das durchgeführte Vorhaben hat deutlich gezeigt, dass es eine ökologische und ökonomische Alternative für die Nutzung von Deponieschwachgas zu den bislang bekannten Verwertungsmöglichkeiten (Deponiegasfackel, Thermische Nachverbrennungseinrichtungen, Membrantechnologien, Oxidationsverfahren) darstellt. Mit dem vorgestellten Konzept können Deponieschwachgasbrunnen gezielt und vollständig abgesaugt werden und somit das gesamte anfallende Schwachgas und das daraus resultierende energeti-sche Potenzial verwertet werden. Anders als bei der bloßen Vernichtung des anfallenden Methangases mit Hilfe einer Gasfackel, kann die Schwachgasreformierung mit Hilfe einer Biogasanlage, neben der regionalen Strukturstärkung, thermische und elektrische Energie produzieren. Neben der erfolgreichen Durchführung der Reformierungsversuche wurden auch technische Schwierigkeiten des Konzeptes ent-deckt und behoben. Insbesondere die Wahl der einsetzbaren Substrate in der Biogasanlage, die für einen qualitativ und quantitativ konstanten Biogasstrom erforderlich sind, konnte ermittelt werden. Es wur-de eine Rezeptur zur Fütterung der Biogasanlage erarbeitet, die bei einer Konzeptübertragung auf andere Standorte eingesetzt werden kann, um eine möglichst konstante Biogasproduktion zu erreichen.
Des Weiteren wurden technische Schwierigkeiten im Rahmen der energetischen Gasverwertung entdeckt. So wurden im Rahmen von Routinewartungen am Blockheizkraftwerk massive Calciumsulfat-Ablagerungen im Brennraum festgestellt. Diese Ablagerungen stammen aus Calcium, welches gelöst im Deponie- und Biogas (relative Feuchte ca. 35 %) vorliegt und in Verbindung mit geringen Anteilen von Schwefel im Biogas im Brennraum sehr wahrscheinlich zu den Ablagerungen führt. Der Einbau einer Gastrocknung soll den Calciumgehalt im Mischgas derart reduzieren, dass die Ablagerungen verhindert bzw. deutlich reduziert werden können.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Neben der Präsentation des Vorhabens bei verschiedenen Veranstaltungen und der Veröffentlichung im Internet, wird insbesondere die Veröffentlichung und Präsentation bei der Bio- und Deponiegas Fachta-gung 2008 angestrebt. Darüber hinaus sollen die Ergebnisse des Vorhabens in Fachzeitschriften (z. B. Korrespondenz Abwasser, Müll und Abfall) erfolgen.


Fazit

Vor dem Hintergrund der weltweiten Diskussion über den zusätzlichen Treibhauseffekt und den damit verbundenen Klimaänderungen und deren Auswirkungen, wurde der Klimaschutz und damit die Vermin-derung von treibhausrelevanten Emissionen als eine der größten umweltpolitischen Herausforderungen erkannt. Die Emissionen aus der energetischen Verwertung des Deponiegases mittels eines Gasmotors sind als klimaneutral einzustufen, da wie bei der Verbrennung ohne Energienutzung Kohlendioxid aus biogen-organischen Quellen freigesetzt wird. Da bei der vollständigen energetischen Nutzung des Deponiegases und -schwachgases fossile Energieträger substituiert werden, wird ein Beitrag zur Minderung der Treibhausgasemissionen geleistet.
Aufgrund von Berechnungen wird ein Deponieschwachgaspotenzial der Deponie Altenberge mit einer Gasmenge von insgesamt 32 Mio. m³ bis 2022 und einem mittleren Methangehalt von 22 % erwartet werden. Dies ergibt eine Methangasmenge von ca. 7 Mio. m³ CH4. Der Heizwert von reinem Methan beträgt ca. 10 kWh/m³. Insgesamt fällt also eine Energiemenge von 70 Mio. kWh an. Wenn man davon ausgeht, dass diese Energiemenge durch Heizöl erzeugt werden müsste, so würde dies einer Menge von rund 7 Mio. l Heizöl und einer CO2-Emission von 16.800 t entsprechen. Bei der Substitution dieser Energie durch Biogas und Deponiegas entfällt diese CO2-Emission.
Im Fall der Demonstrationsanlage wird die produzierte elektrische Energie (6.580 MWhel/a) in das öffent-liche Stromnetz eingespeist und versorgt jährlich etwa 4.800 Einwohner mit elektrischer Energie. Die produzierte nutzbare thermische Energie (5.986 MWhth/a) wird bereits zum Teil für die Beheizung einer Werkstatt der Betriebshalle und eines Anliegers ökologisch wie auch ökonomisch sinnvoll eingesetzt. Die im Rahmen des Vorhabens entwickelten Wärmenutzungskonzepte können darüber hinaus dazu beitragen, die gesamte anfallende thermische Energie sinnvoll zu nutzen und damit einen erfolgreichen Beitrag zum Klimaschutz durch den Einsatz regenerativer und innovativer Technik zu leisten.
Das durchgeführte Demonstrationsvorhaben hat gezeigt, dass es über die bekannten Verfahren, die zum Stand der Technik im Bereich der Deponienachsorge gehören hinaus, nun auch ein Verfahren entwickelt werden konnte, das neben der technischen Machbarkeit, besonders aufgrund der ökologischen und ökonomischen Vorteile sinnvoll anwendbar ist.

Förderzeitraum: 26.07.2004 - 31.05.2007 (2 Jahre und 10 Monate)
Fördersumme: 90.000,00
Förderbereich: I.2.2
Themengebiet: Umwelttechnik
Stichworte: Umweltforschung, Klimaschutz, Umwelttechnik, Ressourcenschonung
Publikationen: