Energie- und Treibhausgasbilanz ausgewählter Szenarien zur Klärschlammentsorgung mit Hydrothermaler Karbonisierung in Berlin

Energie- und Treibhausgasbilanz ausgewählter Szenarien zur Klärschlammentsorgung mit Hydrothermaler Karbonisierung in Berlin

Für die Klärschlammbehandlung und -entsorgung von vier Kläranlagen (Ruhleben, Waßmannsdorf, Schönerlinde und Münchehofe) in Berlin wurden Energie- und Treibhausgasbilanzen jeweils mit und ohne Einbindung der Hydrothermalen Karbonisierung (HTC) erstellt. Als Methode diente die Ökobilanz mittels der Software Umberto 5.6. Hierzu wurden Stoffstrommodelle zur Quantifizierung der relevanten Stoff- und Energieströme bei der Schlammbehandlung, Prozesswasserbehandlung und Faulgasverwertung jeweils ohne und mit HTC (Reaktor, Entwässerung, Prozesswasserrückführung in Faulung bzw. Klärwerk) erstellt. Als Input-Daten dienten Messwerte der BWB, Laborversuche und Herstellerangaben. Aus den Ergebnissen wurden der kumulierte fossile Energieaufwand und das Treibhauspotential berechnet. Neben der Frage, inwieweit und durch welche wesentlichen Parameter die HTC die Bilanzen verbessert, wurde die Auswirkung der Ansäuerung bei der HTC, der Unterschied zwischen zwei HTC-Verfahren (TerraNova- und AVA-CO2) sowie die Ergebnisse einiger Pilotversuche hinsichtlich der Bilanzen ausgewertet. Bei den Klärwerken mit Faulung wurde eine deutliche Verbesserung der Energieund Treibhausgasbilanz durch die HTC bei Annahme einer guten Entwässerbarkeit (TR 65 %) festgestellt, in Ruhleben allerdings nur bei Ergänzung einer anaeroben HTC-Prozesswasserbehandlung mit Faulgasnutzung, dafür jedoch mit der größten Verbesserung. Hier kann der HTC-Wärmebedarf durch effiziente BHKWAbwärmenutzung zu 35 % gedeckt werden, bei den übrigen Klärwerken sind es >90 %. Die Verbesserung der Bilanzen kommt primär durch die zusätzliche Stromproduktion bzw. Braunkohlesubstitution bei der Verbrennung infolge des höheren Heizwertes, die Stromgewinnung durch das zusätzliche Faulgas (+16-19 %) und die reduzierten N2O-Emissionen bei der Monoverbrennung zustande. Die Coverbrennung zeigt stets deutlich bessere Energiebilanzen als die Monoverbrennung. Die Ansäuerung bei der HTC bewirkt eine geringere Methanausbeute aus dem Prozesswasser sowie eine geringe HTC-Kohle-Massenausbeute und damit eine Verschlechterung der Bilanzen. Bezüglich der Ursachen besteht noch Klärungsbedarf. Das AVA-CO2-Verfahren hat nur eine geringfügige Methanausbeute, verbunden mit einem höheren Erdgasbedarf, jedoch einen höheren Heizwert und Massenausbeute der HTC-Kohle. Dadurch ist es dem TerraNova-Verfahren hinsichtlich der Bilanzen nur bei der Coverbrennung überlegen, bei der Monoverbrennung ist es umgekehrt. In den Pilotversuchen fiel der Entwässerungsgrad geringer aus als angenommen (TS 44-51 %). Dadurch sinkt der nutzbare Heizwert und die Bilanzen verschlechtern sich entsprechend. Weitere Pilotversuche sind empfehlenswert. Refraktäre Verbindungen im Prozesswasser verursachen eine zusätzliche CSBBelastung des Ablaufs (+7-12 mg/l). In Waßmannsdorf würde der Überwachungswert überschritten, in den übrigen Klärwerken würde er im Mittel eingehalten.