Projekt 35389/01

Steigerung der Energieeffizienz von Krematorien durch Einsatz der ORC-Technik oder anderen Verfahren zur Kälteerzeugung

Projektträger

Schetter GmbH & Co. KG
Friedrich-Tritschler-Str. 2
73230 Kirchheim
Telefon: 07024 468121

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In Deutschland sind aktuell mehr als 160 Krematorien mit insgesamt rund 300 Kremationslinien in Betrieb. Zur Aufrechterhaltung des Prozessablaufs einerseits und zur Emissionsminderung verbrennungsabhän-giger Schadstoffe andererseits wird Energie benötigt, die bei der Abgaskonditionierung teilweise wieder freigesetzt wird.
Die Aufgabe bestand zunächst darin die auskoppelbare Energie (Abwärme) bei unterschiedlichen Betriebsweisen messtechnisch zu erfassen. Auf dieser Grundlage waren die Möglichkeiten zu prüfen, aus der Abwärme Strom und/oder Kälte zu erzeugen.
Schließlich wurde das Vorhaben dahingehend erweitert, die diversen Ansätze zur primärseitigen Energieeinsparung einerseits und Abwärmenutzung andererseits hinsichtlich ihres CO2-Minderungspotenzials zu analysieren und ein kremationsspezifische Zielgröße für den CO2-Ausstoß zu entwickeln.
In Deutschland sind aktuell mehr als 160 Krematorien mit insgesamt rund 300 Kremationslinien in Betrieb. Zur Aufrechterhaltung des Prozessablaufs einerseits und zur Emissionsminderung verbrennungsabhängiger Schadstoffe andererseits wird Energie benötigt, die bei der Abgaskonditionierung teilweise wieder freigesetzt wird.
Die Aufgabe bestand zunächst darin die auskoppelbare Energie (Abwärme) bei unterschiedlichen Betriebsweisen messtechnisch zu erfassen. Auf dieser Grundlage waren die Möglichkeiten zu prüfen, aus der Abwärme Strom und/oder Kälte zu erzeugen.
Schließlich wurde das Vorhaben dahingehend erweitert, die diversen Ansätze zur primärseitigen Energieeinsparung einerseits und Abwärmenutzung andererseits hinsichtlich ihres CO2-Minderungspotenzials zu analysieren und ein kremationsspezifische Zielgröße für den CO2-Ausstoß zu entwickeln.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben wurde in drei Teilschritten untergliedert:
1)Wärmestrommessungen im Krematorium Schwäbisch Hall: Sowohl abgas- als auch wasserseitig wurden die Wärmeströme am Abgaswasserwärmetauscher ermittelt. Die Messungen wurden bei der vom Gesetzgeber vorgeschriebenen Mindesttemperatur von 850 °C in der Nachbrennkammer sowie bei reduzierter Mindesttemperatur (750 °C) bei jeweils unterschiedlichen Lastzuständen durchgeführt.

2)Die unterschiedlichen Verfahren zur Abwärmenutzung – ORC-Technik sowie Ad-/Absorptionskältemaschinen – wurden mit Bezug auf die nutzbare Wärmemenge, die eine, dem Kremationsprozess entsprechend, stark instationäre Charakteristik aufweist, verfahrenstechnisch untersucht und bewertet. Diese Machbarkeitsstudie beinhaltete auch erste betriebswirtschaftliche Ansätze, um die Anwendbarkeit der Abwärmenutzung auf Krematorien einordnen zu können.

3)Zur Abschätzung des CO2-Minderungspotenzials der einzelnen Maßnahmen, wurden die Energieströme (Gas und Strom) mit CO2-Emissionsfaktoren bewertet. Mittels einer ganzheitlichen Modellierung wurde die CO2-Emission für die Kremation berechnet.



Ergebnisse und Diskussion

In dieser Arbeit wurde das Potenzial der bei der Kremation freiwerdenden Abwärme exemplarisch an Linie 2 des Krematoriums in Schwäbisch Hall aus Messungen ermittelt. Im Fokus stand dabei nicht nur die Höhe des zu nutzenden Wärmestroms, sondern auch dessen zeitlicher Verlauf. Wie die Auswertungen zeigten, kann bei geregeltem Betrieb des Kühlwasserkreises über die Betriebszeit eine nahezu gleichbleibende Wärmemenge zur energetischen Nutzung ausgekoppelt werden. Der nutzbare Wärmestrom lag im Mittel über alle Messtage bei 289 kW, wobei kurzfristige Wärmestromspitzen von bis zum etwa 2-fachen des Mittelwertes auftreten können. Die beobachteten minimalen Wärmeströme können bis etwa 1/3 des Mittelwertes abfallen. Beim Kremationsofenbetrieb mit reduzierter Mindesttemperatur in der Nachbrennkammer (Absenkung von 850 °C auf 750 °C) stellte sich ein mittlerer nutzbarer Wärmestrom von 246 kW ein. Die bei dieser Betriebsweise detektierten CO-Stundenmittelwerte erfüllten die Vorgaben der 27. BImSchV in Verbindung mit der für Krematorien geltenden VDI-Richtlinie 3891.

Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden die Möglichkeiten zur Abwärmenutzung untersucht und bewertet. Dabei zeigt sich, dass die ORC-Technik nach heutigem Wissenstand nur in Krematorien mit mehreren Verfahrenslinien bei möglichst hoher Kremationsleistung sinnvoll erscheint. Dies schränkt die An-wendbarkeit für diese Technologie ein. Dagegen bietet sich die Abwärmenutzung zur Gebäudeheizung in den Wintermonaten und zur Raumklimatisierung während des Sommers sowie zur Kühlung von Sargkühl- und Aufbahrungsräumen auch für Krematorien mit nur einer Verfahrenslinie an.

Abschließend wurde unter Einbeziehung vorgenannter Erkenntnisse sowie unter Verwendung von Betriebsinformationen der Einfluss auf die CO2-Emission von Krematorien untersucht. In einer Modellbetrachtung wurden die möglichen Einflussparameter abgebildet. Es zeigte sich, dass die kremationsspezifische CO2-Emission entscheidend vom kremationsspezifischen Energieeinsatz (Gasverbrauch) abhängt, der wiederum von der jährlichen Kremationsleistung und der einzustellenden Mindesttemperatur in der Nachbrennkammer bestimmt wird. Aus der Analyse der kremationsspezifischen Beiträge der einzelnen CO2-Quellen geht hervor, dass bei geringen jährlichen Kremationsleistungen der Anteil der Ofenbeheizung den entscheidenden Beitrag liefert, wohingegen mit zunehmender jährlicher Kremationsleistung der CO2-Anteil durch den Stromverbrauch für den Anlagenbetrieb an Bedeutung gewinnt. Aus den ange-stellten Betrachtungen lässt sich mit Blick auf eine Minderung der CO2-Emissionen aus Krematorien eine kremationsspezifische Zielgröße ableiten. Diese wird mit 20 kg CO2 pro Kremation angegeben.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

1)Schetter, G.: Zwischenbericht über ein DBU-Forschungsvorhaben zur Nutzung der Abwärme aus dem Kremationsprozess durch Einsatz der ORC-Technik oder anderen Verfahren zur Kälteerzeugung, Vortrag DBU-Tagung 21./22.9.2021, Osnabrück.

2)Schetter. G.: Krematorium – Teil 1: Energieeffiziente Betriebsweise und Teil 2: Umsetzung von Klimaschutzzielen, in: Friedhofskultur, Juni und Juli 2022.




Fazit

Anhand der in dieser sowie in früheren DBU-Vorhaben untersuchten Möglichkeiten zur Energieeffizienzsteigerung von Krematorien konnte eine kremationsspezifische Zielgröße für die CO2-Emission abgeleitet werden. Sie stellt eine zukunftsweisende Anforderung dar, die insbesondere für Anlagen mit geringen jährlichen Kremationsleistungen eine umfassende strategische Ausrichtung erfordert. Diese Zielsetzung lässt durch folgende Ansätze erreichen:

Primärmaßnahmen: Der Kremationsprozess sollte entsprechend der VDI Richtlinie 3891 betrieben werden. Darüber hinaus sollten auch bei gasbefeuerten Kremationsanlagen die Möglichkeiten zur Reduzierung der Mindesttemperatur in der Nachbrennkammer ausgeschöpft werden, wie sie bei Elektroofensystemen seit vielen Jahren akzeptiert werden. Es wäre daher zu wünschen, wenn der Gesetzgeber bei einer Novellierung der 27. BImSchV auf die Einhaltung jedweder Mindesttemperaturforderung verzichten würde.

Sekundärmaßnahmen: Als nachgeordnete Maßnahmen kommen sämtliche Möglichkeiten der Abwärmenutzung infrage. Die Umsetzung in Bestandsanlagen ist jedoch nicht immer bzw. nur mit sehr hohem technischem und finanziellem Aufwand möglich.

Tertiärmaßnahmen: Hierunter werden Maßnahmen verstanden, die mittelbar die CO2-Emission am Krematoriums Standort reduzieren. Eine wirkungsvolle Ergänzung könnte durch den Einsatz der Solartechnik erreicht werden. Auch der Bezug von Ökostrom und der Einsatz von Biogas sollte in Erwägung gezogen werden.