Tagesordnungspunkt

TOP Ö 1: Vorstellung der hydrothermalen Carbonisierung durch die Smart Carbon AG

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Sitzung:28.04.2015   EB/002/2015 
DokumenttypBezeichnungAktionen

Einleitend begrüßte die Erste Bürgermeisterin die anwesenden Mitglieder der Smart Carbon AG, Herrn Gerhard Geiselhöringer, Herrn Burkhart Stachelberg sowie Frau Katherina Götze. Sie erläuterte, dass das Thema hydrothermale Carbonisierung nicht neu sei und sich dadurch interessante Möglichkeiten für die Klärschlammverwertung ergeben könnten.

 

Herr Geiselhöringer führte anschließend in das Thema ein. Die Firma Smart Carbon AG, die sich seit 8 Jahren mit dem Thema beschäftigt, hat ihren Sitz in Jettenberg. Es gibt bisher eine Versuchsanlage. Alle Versuche, eine Anlage im Landkreis Ebersberg zu installieren sind bis dato an der Genehmigung durch das Landratsamt gescheitert. Man will zusammen mit dem Arbeitskreis Energie im Landkreis weiter an der Carbonisierung,  die es schon seit 100 Jahren gib, arbeiten. Herr Geiselhöringer verwies auf die Vorteile der Technik und übergab Herrn Stachelberg das Wort, der mit seiner Präsentation begann.

 

Er erläuterte die Zusammensetzung der Firma und ging dann näher auf die technischen Einzelheiten ein. Klärschlamm fällt bei der Aufbereitung von Abwasser an. Es handelt sich um Schlämme aus Kläranlagen zur Behandlung von Haushalts-oder städtischen Abwässern bzw. aus anderen Kläranlagen zur Behandlung von Abwässern sowie aus Klärgruben.

 

Die landwirtschaftliche Ausbringung von Klärschlamm stellt zwar eine kostengünstige Entsorgungsvariante dar, aber ein entscheidender Nachteil für diesen Entsorgungsweg ist die Schadstoffkonzentration der Klärschlämme und die damit einhergehende Belastung der Böden und Gewässer.

 

Die Risiken persistenter, d. h. nicht abbaubarer Schadstoffe, sind derzeit nur für wenige Stoffgruppen bekannt. Langfristig können diese Stoffe die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigen oder in die Nahrungskette gelangen. Nach dem Vorbild der Schweiz dürften mittelfristig auch Deutschland sowie weitere europäische Länder zur Klärschlammverbrennung als Hauptverwertungsweg übergehen.

 

In Deutschland soll Klärschlamm zukünftig gemäß dem neuen Koalitionsvertrag nur noch thermisch, also durch Verbrennung, verwertet werden. Die thermische Schlammbehandlung und -entsorgung mit bestehenden Technologien, stellt aber nach wie vor einen hohen Kostenfaktor in der Abwasserbehandlung dar. Kosteneinsparungen in diesem Bereich verspricht nun aber der Einsatz der hydrothermalen Carbonisierung, da dieses Verfahren für die Klärschlammbehandlung besonders gut geeignet ist.

 

Die hydrothermale Carbonisierung (HTC) ist herkömmlichen Trocknungstechnologien für Klärschlamm sowohl bei der Energie- als auch bei der Ökobilanz überlegen. Dies wurde in einer Studie der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) nachgewiesen.

 

Als Vorteile des Verfahrens zählte Herr Stachelberg folgende Punkte auf:

• verringerter mechanische und thermische Trocknungsverfahren nach der HTC (Entwässerung) Behandlung von HTC-Prozesswasser

• Möglichkeiten zur energetischen Verwertung der HTC-Kohle

• Entstehendes Produktpotenzial als Bodenverbesserer

• Rückgewinnung von Phosphor und Schwermetallen aus dem HTC-Prozess gezielt möglich

• Sehr vorteilhafte Ökobilanzierung der HTC im Vergleich zu herkömmlichen Entsorgungswegen

 

Während der hydrothermalen Carbonisierung finden eine chemische und eine physikalische

Dehydratation der Biomasse statt. Die chemische Dehydratation erfolgt mit der Abspaltung von Wassermolekülen aus Hydroxylgruppen, während die physikalische Dehydratation durch die tiefere Viskosität des Wassers, die Zersetzung von Kolloiden und die Abnahme von hydrophilen funktionellen Gruppen, gefördert wird.

 

Diese Prozesseffekte bewirken eine einfachere und verbesserte Entwässerbarkeit der HTC-Kohle, im Vergleich zu unbehandeltem Schlamm bzw. Biomasse. Die Entwässerung und Trocknung des Schlamms wird durch die HTC erleichtert. Im Vergleich zur thermischen Klärschlammtrocknung reduzieren sich bei der Klärschlammentwässerung mit dem HTC-Verfahren, gemäß der ZHAW-Studie, der Wärmebedarf um bis zu 62 % und der Elektrizitätsbedarf um bis zu 69 %. Im Prozess ist der Verbleib der Nährstoffe im Kohlefeststoff oder Prozesswasser einstellbar.

 

Die Behandlung von Prozesswasser galt aufgrund der hohen DOC-Werte (Dissolved Organic Carbon) lange als ungeklärt bei der HTC. SmartCarbon hat daher bereits frühzeitig die Nutzung des Prozesswassers als Wertstoff forciert in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam.

 

Beim HTC-Prozess wird ein Drittel der enthaltenen Energie nutzbar, zum einen in Form von Prozesswärme, zum anderen in Form von methanisierbaren organischen Verbindungen. Das organikhaltige Prozesswasser kann durch ein Schnell-Fermentationsverfahren erfolgreich behandelt werden um der enthaltenen Organik Methan zu gewinnen, je nach gewünschter Ausbeute liegt die Fermentationsdauer bei 12-48 Std. Die Resultate des ATB zeigen auf, dass die Prozesswasseraufbereitung die vorgeschriebenen Grenzwerte einhält. Somit ist das SC-HTC-Verfahren von der Energiebilanz positiv. Es bestehen ebenfalls Einsatzmöglichkeiten des HTC-Prozesswassers als Kohlenstoff-Quelle für den Faulturm bestehender Kläranlagen oder als Flüssigdünger-Vorprodukt.

 

Der große Vorteil der HTC besteht darin, dass die Technologie erlaubt, aus Klärschlamm einen Brennstoff herzustellen um fossile Brennstoffe wie z. B. Braunkohle zu ersetzen. Somit muss Klärschlamm nicht mehr kostenintensiv getrocknet und entsorgt werden. Für Stahlwerke oder die Zementindustrie stellt HTC-Kohle eine interessante Alternative zu fossiler Kohle dar. Auch andere Industriezweige, wie die Zementindustrie, zeigen ein großes Interesse an diesem neuen, CO2-neutralen Energieträger.

 

Es könnte nicht nur CO2-Emissionen durch den Ersatz von Braun- oder Steinkohle erheblich reduziert werden, sondern auch auf den Bau von teuren und umstrittenen Klärschlamm-Monoverbrennungsanlagen verzichtet werden könnte.

 

Die SmartCarbon empfiehlt die höherwertige Nutzung von HTC-Kohle als Bodenverbesserer-Produkt sofern die Schwermetallgehalte des Klärschlamms dies zulassen. Auf Kundenwunsch hin übernimmt die SmartCarbon AG die HTC-Produkte zu einem Referenzpreis zur Weiterverarbeitung. Im Bereich der Bodenhilfsstoffe, Substrate und Düngemittel ist die erwartete Vielfalt der etablierbaren Produkte umfangreich, weil neben der Optimierung der Kohleeigenschaften noch die Kombination verschiedener Veredelungstechniken (Kompostierung, Mineralzugabe, Oberflächenaktivierung, Fermentation) das Spektrum vorteilhafter Eigenschaften erweitert.

 

So entstehen Bodenhilfsstoffe mit hoher Wasserspeicherfähigkeit und hoher Nährstoffretention sowie langzeitstabilem Kohlenstoff (C), Substrate für den Gemüse- und Zierpflanzenbau mit torfähnlichen Eigenschaften und ebenfalls hoher Stabilität oder organische und mineralische (aus der HTC-Flüssigphase gewonnene) Düngemittel mit zuverlässiger Düngewirkung. Über die gesamte Wirkungskette werden eine hohe Rückführung pflanzenverfügbaren Phosphors sowie weiterer Nährstoffe (Ca, Mg, K, N) und eine hohe C-Festlegung erwartet.

 

Aus 5.663 m³ Klärschlamm, wie sie in Grafing anfallen, werden nach einer Vorab-Eindickung/-Entwässerung 1.132 t Klärschlamm mit einem TS-gehalt von 15-19 %. Bei angenommenen 300 Arbeitstagen ergibt sich ein Tagesdurchsatz von 3,8 t pro Tag, ca. 1,27 t pro Batch. Die Anlage ist modular aufgebaut. Die Mindestgröße liegt bei einer Mindestverbrauchsmenge von 150.000 to. im Jahr. Hierfür ergeben sich Investitionskosten in Höhe von 900.000,-- € und 1.300.000,-- €. Euro. Für die Anlagen gibt es allerdings auch Fördermittel.  Die Amortisationsdauer beträgt 5-10 Jahre, dies ist abhängig von projektspezifischen Rahmenbedingungen.

 

In der anschließenden Diskussion wurde vor allem die Möglichkeit der Nutzung des Verfahrens angesprochen. Die vorhandenen Schadstoffe müssen ausgefiltert werden, was durch die Wärme und den Druck des HTC-Verfahrens möglich ist. Auch Schwermetalle werden in dem Verfahren ausgesondert. Als Schwierigkeit stellte sich heraus, dass die Endprodukte weiterhin Abfall nach dem Abfallwirtschaftsgesetz sind und so nicht verkauft werden können.

 

Aus dem Verfahren entsteht eine Art Kohle, die man wieder verwenden kann. Diese eignet sich hervorragend als Pflanzendünger. Die Verwendung als Torf wäre ebenfalls in der ersten Verarbeitungsstufe möglich. Die Verarbeitung benötigt Energie, die zum Teil als dem Prozess entnommen werden kann. Nach Verwendung von etwas Anschubenergie ist das Verfahren fast autark. Noch dazu bleibt Wärmeenergie übrig. Dafür ist eine Kühlung notwendig bzw. die überschüssige Energie wird für den nächsten Prozess verwendet.

 

Bisher zahlt die Stadt für die Entsorgung des Klärschlamms ca. 80.000,-- € pro Jahr. Mit diesem Verfahren würden die Kosten vermieden und eigentlich müsste die Kommune für die Zurverfügungstellung des Rohstoffes ein Entgelt erhalten. Um die Anlage wirtschaftlich zu betreiben, müsste man auch zum Beispiel die grüne Tonne mit einbeziehen.

 

Die Firma betreibt eine Pilotanlage in Leonberg im Landkreis Böblingen. Diese kann jederzeit besichtigt werden. Leider kann das Endprodukt nicht auf die Felder ausgebracht werden, weil es als Abfallstoff angesehen wird. Jedes Produkt, das aus Abfall entsteht ist derzeit wieder Abfall. Das entstehende Prozesswasser enthält Schwermetalle, die gesondert entsorgt werden müssten. Außerdem müsste das Landratsamt Ebersberg die Anlage genehmigen. Eine Genehmigung für eine solche Anlage wird man nicht so einfach bekommen.  

 

Laut Aussage von Herrn Stackelberg könnte man das Prozesswasser wieder verwerten. Dies wurde von einem der Anwesenden als nicht möglich angesehen. Der in Grafing anfallende Trockenschlamm ist mit einem Trocksubstanzgehalt von 3,5 – 4,5 % eigentlich zu feucht. Optimal wären 10 %. Als Ergebnis muss man feststellen, dass die Anlage ein Drittel der erzeugten Energie selber verbraucht. Das Einsparungspotential müsste festgestellt werden. Die Smart Carbon AG könnte auch als Betreiber auftreten. Denkbar wäre auch ein Genossenschaftsmodell. 

 

Die baurechtlichen Probleme dieser Anlagen sind, laut Herrn Geiselhöringer, mittlerweile beseitigt. Der Arbeitskreis Energie im Landkreis möchte die Anlage in Leonberg unter Umständen besuchen. Dann könnten die Interessenten aus Grafing mitfahren. Die Zentrifuge in der Kläranlage ermöglicht einen größeren Trocknungsgehalt. Allerdings funktioniert diese derzeit nicht möglich. Das größte Problem wurde in de Genehmigung gesehen.