www.tbf.ch
Lebenszyklus Ihres Projektes.
– Projektentwicklung – Standort- und Verfahrens-
evaluation – Anlagenkonzept
– Vorplanung, Genehmigungs- planung
– Ausschreibung
– Überwachung der Ausführung – Betriebsoptimierung
– Betriebsoptimierung
– Betriebs-, Störfall-, Risikoanalysen
– Umweltverträglichkeitsberichte – Gesamtanlagen
– Verfahrenstechnik – Prozessautomation und
Elektrotechnik (EMSRL-T) – Gebäudetechnik
– Bauteil inklusive Logistik – Bauteil inklusive Logistik
Abgasbehandlung
Emissionsfaktoren aus der Abfallverbrennung
Heinz-Ulrich Singer und Markus Wieduwilt
1. Aufgabenstellung und Ziele ...533
1.1. Emissionsinformationssystem der Schweiz ...533
1.2. Projekt LEA – Luftemissionen aus der Abfallverbrennung ...533
2. Effektive Emissionsfaktoren gestern und heute ...534
2.1. Einfluss der besonderen Betriebszustände ...537
2.2. Anlagentechnik ...539
3. Tatsächliche und erlaubte Emissionen ...539
4. Anteil an den Gesamtemissionen in der Schweiz ...540
5. Problemfall Abfallmengen ...541
6. Zusammenfassung ...542
7. Quellen ...543
Mit der Inbetriebnahme der Anlage Zürich Josefstraße begann im Jahr 1904 die indus- trielle Abfallverbrennung in der Schweiz. Es blieb aber der gelegentliche unkontrollierte offene Abbrand auf den Deponien noch für weitere Jahrzehnte kennzeichnend für die Beseitigung von Abfällen. Hierbei wurde nicht eine sichere Entsorgung, sondern lediglich die Volumenreduktion zur Schonung der knappen Deponieflächen angestrebt.
Erst 1943 konnte eine zweite Anlage in Basel in Betrieb genommen werden. Weitere zwanzig Jahre wurden benötigt, bis ein Gesetz zum Gewässerschutz einen regelrech- ten Boom bei der Erstellung von Abfallverbrennungsanlagen auslöste. Zwischen 1960 und 1976 wurden nicht weniger als 23 Anlagen gebaut, in denen dann bereits etwa 1,2 Millionen Tonnen Abfall pro Jahr verbrannt wurden.
Auch wenn damit bereits ein großer Teil der Abfälle kontrolliert beseitigt werden konnte, so stiegen jedoch die damit verbundenen Schadstoffemissionen bedenklich an. Frühzeitiger Protest der Bevölkerung gegen die erhebliche Belastung durch die Flugstäube, die sich in der Umgebung der Abfallverbrennungsanlagen niederschlugen, führte zu einem schnellen Einsatz von Elektrofiltern als erste Maßnahme zur Emissi- onsminderung auf lokaler Ebene.
Abgasbehandlung
Um die Umwelt nachhaltig und landesweit vor den schädlichen Auswirkungen der Luftverschmutzung durch eine Vielzahl von Schadstoffen zu schützen, mussten die Emissionen nach dem Gesetz begrenzt werden. Ab den frühen 1970er Jahren setzte mit den ersten Richtlinien zur Luftreinhaltung eine Entwicklung ein, die dann in die Veröf- fentlichung der ersten Luftreinhalteverordnung (LRV) im Jahr 1986 mündete.
Seitdem hat sich insbesondere durch den konsequenten Einsatz der jeweils modernsten Verbrennungs- und Abgasreinigungstechniken die Luftqualität der Schweiz deutlich ver- bessert. Im historischen Verlauf der Schadstoffemissionen aus der Abfallverbrennung seit dem Anfang des 20. Jahrhunderts wird diese Entwicklung sehr schön aufgezeigt (Bild 1).
Als Referenzwert gilt der jemals erreichte maximale Wert der jeweiligen Komponente.
Bild 1: Historischer Verlauf der Emissionen aus der Schweizer Abfallverbrennung seit 1900
Quelle: Bundesamt für Umwelt: Emissionsinformationssystem der Schweiz EMIS. www.bafu.admin.ch/bafu/de/home/themen/
luft/zustand/emissionsinformationssystem-der-schweiz-emis.html, 2017
Die absoluten Emissionen der meisten Schadstoffe aus der Abfallverbrennung haben nach einer Spitze um 1980/1990 wieder den Betrag von vor etwa hundert Jahren erreicht, als nur vergleichsweise geringe Mengen verbrannt wurden. Lediglich die Emission von Ammoniak macht eine kleine Ausnahme, deren Ursache und Anteil an der lan- desweiten Ammoniakfreisetzung im Kapitel 4 noch erläutert werden soll. Tatsächlich spielt heute die Abfallverbrennung, bezogen auf den Gesamtschadstoffausstoß in der Schweiz, nur noch eine untergeordnete Rolle, obwohl mittlerweile knapp vier Milli- onen Tonnen Siedlungsabfälle in den dreißig Anlagen behandelt werden. Trotzdem werden Abfallverbrennungsanlagen von einer breiteren Öffentlichkeit weiterhin als maßgebliche Luftverunreiniger wahrgenommen.
0 20 40 60 80 100
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
SO2 NOx NMVOC NH3 PM10 Pb Hg PCDD/F
Historischer Verlauf der Emissionen
%
Abgasbehandlung
1. Aufgabenstellung und Ziele
Das Ziel dieses Beitrags soll es sein, einen Überblick über die tatsächlichen Emissionen aus den Abfallverbrennungsanlagen in der Schweiz zu vermitteln, ihre Ursachen zu untersuchen und zukünftige Herausforderungen anzusprechen.
1.1. Emissionsinformationssystem der Schweiz
Im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) werden die Emissionen der verschiede- nen Quellen von Luftschadstoffen und Treibhausgasen, so auch von den Abfallverbren- nungsanlagen, regelmäßig erhoben. Die Daten werden in einer Datenbank, dem Emis- sionsinformationssystem der Schweiz (EMIS) zusammengestellt [4]. Anhand der Erhe- bungen lassen sich unter anderem die Erfolge der Luftreinhalteverordnung aufzeigen.
Die Emissionen der verschiedenen Quellen werden in der Regel nach folgendem Prinzip erhoben und ausgewertet:
Emission = Jahresleistung x Emissionsfaktor wobei gilt:
Emissionsfaktor = Schadstoffkonzentration x Abgasvolumenstrom/Abfalldurchsatz Die Jahresleistung einer Abfallverbrennungsanlage besteht aus der verbrannten Abfall- menge. Der Emissionsfaktor gibt die emittierte Schadstoffmenge pro Jahresleistungsein- heit an, in unserem Beispiel als Gramm Schadstoff pro Tonne durchgesetzten Abfalls.
Aus den Daten werde Modelle und Prognosen für zukünftige Schadstoffemissionen erstellt.
Bei der Verwendung der gewonnenen Daten und bei deren Interpretation ist zu be- rücksichtigen, dass bei den zugrundeliegenden Emissionsdaten und Jahresleistungen naturgemäß mit zum Teil großen Unsicherheiten gerechnet werden muss:
Die Jahresleistungen werden jährlich erhoben. Die Unsicherheiten der Jahresleistungen werden im tiefen einstelligen Prozentbereich angenommen [4].
Die Emissionsfaktoren werden nur sporadisch und je nach Wirtschaftssektor in un- regelmäßigen Abständen neu bestimmt. Basis sind bevorzugt Messungen, aber auch Schätzungen und Modellrechnungen. Die Unsicherheiten bei den Emissionsfaktoren sind systembedingt und liegen im tiefen bis mittleren zweistelligen Prozentbereich. Sie können aber auch, beispielsweise bei polychlorierten Dibenzo-Dioxinen und -Furanen, zweihundert Prozent und mehr betragen [4].
1.2. Projekt LEA – Luftemissionen aus der Abfallverbrennung
Die TBF+Partner AG wurde im Jahr 2015 vom BAFU beauftragt, die Emissionsfaktoren aller Abfallverbrennungsanlagen der Schweiz neu zu bestimmen. Vor dem Hintergrund, dass seit der letzten Studie aus dem Jahr 2004 verschiedene Anlagen saniert, d.h. alte Linien stillgelegt oder durch moderne, emissionsärmere Linien ersetzt worden waren, bestand der Bedarf für eine Überprüfung der Emissionsfaktoren.
Abgasbehandlung
Als Basis der Evaluation standen u.a. folgende Dokumente zur Verfügung:
• Berichte des Verbands der Schweizerischen Betreiber der Abfallverwertungsanla- gen (VBSA) mit Daten für jede Schweizer Anlage mit Anzahl der Ofenlinien, den jeweiligen jährlichen Betriebsstunden sowie der verbrannten Abfallmengen und den durchschnittlichen Heizwerten,
• Messberichte der behördlichen Emissionskontrollen gemäß LRV über Staub, NOx, CO, VOC, SO2, HCl, HF, NH3, Pb + Zn, Cd, Hg und PCCD/F,
• EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2013,
• Angaben zu An- und Abfahrvorgängen und anderen Sonderzuständen (Verwen- dung von Umgehungsleitungen/Betriebsstörungen) bezüglich Anzahl, Dauer und auftretenden Emissionen.
Im Rahmen des Projekts wurden neunzig LRV-Kontrollmessberichte mehrerer Jahre von dreißig Anlagen mit insgesamt 57 Verfahrenslinien ausgewertet. In den Messbe- richten sind neben den detaillierten Auswertungen der Messreihen die wesentlichen Angaben zur Messtechnik, zum Abfalldurchsatz und Abgasvolumenstrom enthalten.
Ebenfalls wurden ausgewählte PCDD/F-Messungen verwendet. Bei ungenügender Da- tenlage wurden zusätzlich Jahres-, Geschäfts- und Umweltberichte berücksichtigt. Für die Abschätzung der Emissionen während An- und Abfahrphasen wurden Messungen von zwei Abfallverbrennungsanlagen untersucht und diese mit Annahmen bezüglich der Umfahrungsleitungen basierend auf Erfahrungswerten ergänzt.
Für die Abschätzung der Emissionen während der An- und Abfahrphasen einer Ab- fallverbrennungsanlage wurden die von zwei Standorten zur Verfügung stehenden Messwerte aus diesen Phasen herangezogen. Die Messwerte stammten von den kali- brierten Messgeräten der kontinuierlichen Emissionsüberwachung.
Als Resultat konnten folgende Erkenntnisse gewonnen werden:
• die Emissionsfaktoren für den Normalbetrieb,
• die Emissionsfaktoren für An- und Abfahrvorgänge und andere Sonderzustände,
• die Gesamtemissionsfaktoren inklusive Angabe von Unsicherheiten,
• der mögliche Einfluss der Konzepte von Abgasreinigungsanlagen auf die effektiven Emissionen.
2. Effektive Emissionsfaktoren gestern und heute
In Bild 2 und 3 ist die Entwicklung der Emissionen aus der Abfallverbrennung seit 1960 dargestellt, also dem Beginn der primären Abfallbeseitigung durch Verbrennung in dafür spezialisierten Anlagen. Anhand der Emissionsfaktoren einiger wichtiger Schadstoffe aus dem EMIS zeigen sich exemplarisch die stark abnehmenden Emissi- onen in die Luft.
Abgasbehandlung
Zum Vergleich sind die heute gültigen Grenzwerte der LRV eingetragen, die hierzu mittels eines mittleren normierten Abgasvolumenstroms pro Tonne Abfall zum jewei- ligen LRV-Emissionsfaktor umgerechnet wurden.
Ausdrücklich werden im Folgenden die relativen Emissionen in Form von Emissi- onsfaktoren betrachtet, auch wenn der Vereinfachung wegen nur der Begriff Emission verwendet wird. Wie oben beschrieben, werden die Gesamtemissionen durch die ver- brannte Abfallmenge mitbestimmt. Dies würde aber das Bild über die Fortschritte durch Grenzwerte und Anlagentechnik überlagern. Auf den Einfluss der Abfallmenge auf die Gesamtemissionen aus der Abfallverbrennung wird im Kapitel 5 noch eingegangen.
100 1.000 10.000
1960 1980 1990 2003 2014 g/t
Emissionsfaktoren NOx
LRV
10 100 1.000 10.000
1960 1980 1990 2003 2014 Emissionsfaktoren Staub
10 100 1.000 10.000
1960 1980 1990 2003 2014 Emissionsfaktoren SO2
LRV
10 100 1.000 10.000
1960 1980 1990 2003 2014 Emissionsfaktoren HCl
g/t
g/t g/t
1
1 LRV
LRV
Bild 2: Emissionsfaktoren der Schweizer Abfallverbrennungsanlagen für einige wichtige feste und gasförmige Schadstoffe ab 1960 mit heutigen LRV-Grenzwerten
Die Staubemissionen konnten gleich mit den frühen Einsätzen von Elektrofiltern gemin- dert und dann mit der Inkraftsetzung der ersten LRV in 1986 während etwa 15 Jahren auf das heutige Niveau und damit total um den Faktor 100 gesenkt werden.
Ähnlich Verläufe zeigen sich für die sauren Schadgase Schwefeldioxid (SO2) und Salzsäure (HCl). Allerdings blieben bis etwa 1990 die Emissionen annähernd konstant oder stiegen sogar, wie im Fall der Salzsäure, aufgrund der sich ändernden Abfallzusammensetzung.
Hier fehlten die Anreize für eine weitergehende Abgasreinigung, sodass erst mit der Gesetzgebung, das heißt mit der LRV, die notwendigen Maßnahmen zur Luftreinhaltung eingeleitet werden konnten. Unter Berücksichtigung der üblichen Übergangsfristen setzte dann ab etwa 1990 eine über 25 Jahre dauernde Entwicklung ein, mit der die sauren Schadgase um Größenordnungen auf den heutigen Stand reduziert werden konnten.
Abgasbehandlung
Die Stickoxide (NOx), vornehmlich als NO und NO2, werden in katalytischen und nichtkatalytischen Reaktionen mit Ammoniak (NH3) zu elementarem Stickstoff (N2) reduziert. Durch Regelung der dosierten Menge des Reduktionsmittels kann der Umsatz und damit letztlich die Emission von Stickoxiden direkt beeinflusst werden. Daher sind die tatsächlichen Emissionen nahe am gesetzlichen Grenzwert. Gleichwohl konnten die Emissionen seit 1990 um über achtzig Prozent gesenkt werden. In jüngerer Zeit ist bei Neuanlagen die Forderung nach ungefähr halbiertem LRV-Grenzwert, also etwa 40 bis 50 mg/m3, als Genehmigungswert festzustellen. Dies wird zukünftig in entsprechende Emissionsrückgänge münden.
Den Verlauf der Emissionsentwicklung für leichtflüchtige Schwermetalle wie Queck- silber (Hg), hauptsächlich staubgebundene Schwermetalle wie Blei (Pb) und Zink (Zn) sowie organische Verbindungen in Form von flüchtigen Kohlenwasserstoffen als VOC und Dioxine/Furane (PCDD/PCDF) zeigen folgende Grafiken (Bild 3).
LRV
0,01 0,1 1 10
1960 1980 1990 2003 2014 g/tEmissionsfaktoren Hg
LRV
1 10 100 1.000
1960 1980 1990 2003 2014 Emissionsfaktoren VOC
LRV
1 10 100 1.000
1960 1980 1990 2003 2014 Emissionsfaktoren Pb + Zn
LRV
0,1 1 10 100 1.000
1960 1980 1990 2003 2014 Emissionsfaktoren PCDD/Fµg/t
g/t
g/t
Bild 3: Emissionsfaktoren der Schweizer Abfallverbrennungsanlagen für einige wichtige Schwer- metalle und organische Schadstoffe ab 1960 mit heutigen LRV-Grenzwerten
Die Abscheidung von Quecksilber aus den Abgasen erfordert weitergehende Maß- nahmen, wie sie erst nach den 1980er Jahren sukzessive eingeführt wurden. Zunächst war das Quecksilber in Form von löslichen Quecksilber(II)-Salzen in den (sauer) betriebenen Wäschern aus den Abgase ausgewaschen worden. Später konnte in fil- ternden Abscheidern durch Zugabe von teilweise speziell dotierten Aktivkohlen (AK) und -koksen (HOK) auch elementares Quecksilber (Hg0) abgeschieden werden. Die Emissionen konnten so um den Faktor 50 bzw. um 98 Prozent verringert werden.
Abgasbehandlung
Die Emissionen staubgebundener Schwermetalle verlaufen naturgemäß so, wie die des Staubes selbst und sind mittlerweile um den Faktor 100 kleiner als zu Beginn der Erfassung.
Die flüchtigen Kohlenwasserstoffe werden durch eine unvollständige Verbrennung emittiert und konnten mittels kontinuierlicher Weiterentwicklung der Feuerungsan- lagen während der letzten Jahrzehnte deutlich reduziert werden. Hohe Verbrennungs- temperaturen bei ausreichenden Verweilzeiten, geregelte Verbrennungsluftzuführung über die Rostzonen, Gleichverteilung von Sauerstoff, homogenisierte Temperatur- und Geschwindigkeitsfelder im Feuerraum und erstem Kesselzug und anderes mehr führten zu einer Reduktion um den Faktor 10.
Dioxine und Furane rückten vor allem durch den Chemieunfall bei Seveso im Jahr 1976 in das Interesse der Öffentlichkeit. Frühe Messungen zeigten bei einzelnen Ab- fallverbrennungsanlagen dann auch hohe Emissionswerte von mehr als 160 Mikro- gramm pro Tonne Abfall. Der daraufhin formulierte gesetzliche Grenzwert entspricht nur noch etwa 1 Mikrogramm pro Tonne Abfall. Dieser Wert kann heute durch den Einsatz technischer Maßnahmen auf der Basis des besseren Verständnisses der Dioxin/
Furan-Synthese im Abgasweg sowie der Adsorption oder katalytischen Zersetzung in der Abgasreinigung sicher eingehalten werden. Gegenüber 1990 sind die Emissionen um den Faktor 400 niedriger.
2.1. Einfluss der besonderen Betriebszustände
In bestimmungsgemäßen Betriebszuständen, also bei Einhaltung der gesetzlichen oder noch tieferen behördlichen Grenzwerte, besitzen die Abfallverbrennungsanlagen nur noch in Einzelfällen Potenzial zu weiteren Emissionsminderungen. Anders kann dies bei den sogenannten besonderen Betriebszuständen sein. Dazu gehören die An- und Abfahrphasen sowie die Umfahrung vorhandener Abgasreinigungskomponenten bei Störfällen. Um den Einfluss solcher Phasen abschätzen zu können, wurde der Betrieb ei- ner durchschnittlichen Anlage auf der Basis von Erfahrungen und Messdaten analysiert.
Aufgrund der gestiegenen Verfügbarkeit der Anlagen ist die Anzahl der Stopps in den letzten Jahren gesunken. Daher kann von durchschnittlich drei Stillständen pro Linie und Jahr und damit von entsprechend vielen An- und Abfahrphasen ausgegangen werden. Auswertungen einiger Messprotokolle dieser instationären Betriebsphasen zeigten, dass etwa acht Stunden während des Anfahrens und etwa sechs Stunden wäh- rend des Abfahrens mit erhöhten Emissionen gegenüber den jeweiligen Grenzwerten zu rechnen ist.
Da die notwendigen Abgastemperaturen für die DeNOx-Verfahren während der An- und Abfahrphasen für insgesamt circa sechzehn Stunden nicht erreicht werden, sind die NOx-Minderungen in dieser Zeitspanne nicht in Betrieb. Dies gilt in guter Näherung gleichermaßen für SNCR-Anlagen und SCR-Anlagen, die ohne zusätzliche Aufheizung der Abgase betrieben werden. Bei den übrigen Anlagen, also SCR mit Aufheizung, sind die Ausfallzeiten eher kürzer. Zusätzlich zu den An- und Abfahrphasen zeigen die
Abgasbehandlung
Erfahrungen, dass aufgrund von Betriebsstörungen mit weiteren etwa fünfzig Stunden pro Jahr gerechnet werden muss, bei denen die DeNOx-Anlage außer Betrieb und damit die NOx- Emission erhöht ist. Die Umfahrungen eines DeNOx-Katalysators hat dazu Einfluss auf die Dioxin/Furan-Emissionen.
Für die Abscheidung der sauren Schadstoffe werden in der Schweiz hauptsächlich sogenannte Nasswäschen eingesetzt, die stets vor dem Anfahren der Verbrennung in Betrieb und nach dem Abfahren außer Betrieb genommen werden. Für trockene Verfahren bestehen Vorwärmeeinrichtungen, so dass auch hier die Abgasreinigungs- einrichtungen über die gesamte Betriebszeit der Verbrennungsanlage zur Verfügung stehen sollten. Daher kann davon ausgegangen werden, dass während der An- und Abfahrphasen keine weiteren Emissionen entstehen. Diese Annahme wurde durch die Messprotokolle bestätigt.
Zusammengefasst haben die besonderen Betriebszustände im Wesentlichen Einfluss auf die Emissionen von CO, VOC, NOx und PCDD/F.
Wurden früher zum Schutz der Anlagen Notkamine und komplette Umfahrungen der Abgasreinigung vorgesehen und auch genutzt, so sind diese aus heutiger Sicht auch bei Störungen nicht mehr erforderlich und vielerorts auch nicht mehr genehmigungsfähig.
Daher wurden Abgasableitungen über Notkamine oder Bypässe bei den Kalkulationen der Emissionen weiterer Schadstoffe nicht mehr berücksichtigt.
85 93 96 83
15 7 4 17
0 20 40 60 80 100
CO VOC NOx PCDD/F
Sonderbetrieb 40 - 100 h/a Normalbetrieb 7.800 h/a Einfluss auf die Gesamtemissionen
%
Bild 4: Einfluss der Sonderbetriebszustände auf die Gesamtemissionen
In Bild 4 wird der mögliche Einfluss der betrachteten Sonderbetriebszustände deutlich.
Während durchschnittlich 7.800 Stunden pro Jahr befinden sich die Anlagen im Nor-
Abgasbehandlung
100 Stunden (gilt für NOx) pro Jahr gelten Sonderbetriebszustände, also für 0,5 Prozent bis etwas mehr als 1 Prozent der Jahresbetriebszeiten. Während dieser Betriebsphasen können überproportional große Anteile an den Gesamtemissionen erwartet werden.
Dies gilt mit abgeschätzten 15 Prozent im besonderen Masse für Kohlenmonoxid und die Dioxine/Furane.
Es sei darauf hingewiesen, dass nur relativ breit streuende Daten von zwei Anlagen zur Auswertung zur Verfügung standen. Für die Dioxine/Furane konnten nur Schät- zungen vorgenommen werden. Es kann daher nur ein ungefähres Bild der Emissionen während Sonderbetriebszuständen gezeigt werden. Hier wären noch weitergehende Untersuchungen wünschenswert. Darüber hinaus muss angemerkt werden, dass die Aussagen nur für Anlagen gelten, die ohne Einsatz von Stützbrennern an- und abge- fahren werden, wie es in der Schweiz zumeist die Regel ist.
2.2. Anlagentechnik
In den Schweizer Abfallverbrennungsanlagen werden verschiedene Technologien und Konzepte für die Abgasreinigung eingesetzt. Zur Entstickung setzen 80 Prozent der Anlagen DeNOx-Katalysatoren (SCR) und die restlichen 20 Prozent nichtkatalytische, sogenannte SNCR-Verfahren ein. Bei der Abscheidung der sauren Schadgase (SO2, HCl usw.) herrschen in der Schweiz die Nassverfahren vor. Zur Zeit der Datenerhebung war noch keines der inzwischen errichteten trockenen Verfahren in Betrieb.
Aufgrund der Streubreiten der ermittelten Emissionsfaktoren (Kapitel 1.1.), konnte auch kein Einfluss der Entstickungstechnik (SCR oder SNCR) bzw. der Schaltungsvarianten (Roh- oder Reingaskatalysator) auf die NOx-Emissionen eindeutig identifiziert werden.
3. Tatsächliche und erlaubte Emissionen
Innerhalb der Gruppe der industriellen Feuerungen gelten für die Abfallverbrennung die strengsten Grenzwerte. Trotzdem wird von der Gesamtheit aller betriebenen An- lagen, auch unter Berücksichtigung der außergewöhnlichen Betriebsphasen, nur ein Bruchteil der Grenzwerte ausgeschöpft (Bild 5). Für fast alle ausgewerteten Schadstoffe liegen die tatsächlichen Emissionen, auch unter Einbezug der Standardabweichung, sicher unter 50 Prozent des jeweiligen Grenzwertes. Im gewichteten Mittel liegen die Werte sogar bei 5 bis 20 Prozent der Grenzwerte.
Die Werte für die Stickoxide liegen, wie im Kapitel 2 beschrieben, verfahrensbedingt nahe beim Emissionslimit, das für die jeweilige Anlage festgelegt wurde. Dieser anlagen- spezifische Wert kann sich vom Grenzwert nach LRV unterscheiden. In Summe werden heute, bei sinkender Tendenz, 66 Prozent der erlaubten NOx-Emissionen ausgeschöpft.
Die Rate der Emissionen an Dioxinen/Furanen erscheint mit fast 57 Prozent des Grenzwertes hoch, ist jedoch bestimmt durch Datenausreisser zweier Anlagen, ge- kennzeichnet durch die Standardabweichung von etwa 170 Prozent. Bei Ausblendung der Extremwerte wird ein Anteil von weniger als 30 Prozent der zulässigen Emissionen erreicht.
Abgasbehandlung
Häufig unterschreiten die tatsächlichen Konzentrationen der Schwermetalle Queck- silber und Cadmium die untere Nachweisgrenze der Analysatoren. In diesen Fällen wurden die Emissionsfaktoren aber mit dem Messbereichsgrenzwert berechnet, so dass hier tatsächlich noch kleinere Emissionsbeiträge vorliegen dürften.
4. Anteil an den Gesamtemissionen in der Schweiz
Die Frage nach dem Anteil der Emissionen aus den Abfallverbrennungsanlagen in der Schweiz kann mit dem Diagramm in Bild 6 wie folgt beantwortet werden:
0 20 40 60 80 100
Emissionsfaktoren nach LRV Emissionsfaktoren effektiv Effektive Emissionen
%
NOx als NO
2
SOx als SO
2 HCI HF NH3
VOC als
C CO Staub
∑ Pb + Zn Hg Cd
∑ PCDD/F(I-TEQ)
Bild 5: Effektive Emissionen mit Standardabweichung im Vergleich mit LRV-Grenzwerten
0 20 40 60 80 100
Verkehr Haushalte
Land- und Forstwirtschaft Abfallentsorgung Rest
KVA Zementwerke Industrie und Gewerbe
Anteil der Emissionen
%
NOx SO2
NMVOC NH3 Staub Pb Hg PCDD/F
Sie tragen nur noch in we- nigen Ausnahmen einen spürbaren Anteil zu den landesweiten Emissionen bei.
Bild 6:
Anteil der Emissionen aus den Schweizer Abfallverbrennungs- anlagen an den landesweiten Gesamtemissionen im Jahr 2013
Quelle: Bundesamt für Umwelt: Emis- sionsinformationssystem der Schweiz EMIS. www.bafu.admin.ch/bafu/de/
home/themen/luft/zustand/emissions- informationssystem-der-schweiz-emis.
Abgasbehandlung
Eine der Ausnahmen ist Quecksilber, da es früher in vielen Produkten vorkam, die heute in die Verbrennung gelangen. Bekannt ist es besonders durch seine langjährige Verwendung als metallisches Quecksilber in Thermometern und Barometern. Eben- so wurde es in Instrumenten, im Apparatebau und besonders in der Elektrotechnik eingesetzt. Anorganische Quecksilberverbindungen fanden u.a. in der Medizin, in Holzschutzfarben oder als Desinfektionsmittel Verwendung.
Der Gebrauch von Quecksilber und seine Verbindungen ist heute weitestgehend verboten. Nur noch in wenigen Bereichen, wie z.B. in Messgeräten, in Dentallegie- rungen, bei der Chloralkalielektrolyse und natürlich in den Energiesparlampen wird elementares Quecksilber verwendet. Daneben gibt es noch kleine Spezialgebiete, wie Restaurierungen alter Gemälde, bei denen Zinnober (HgS) als rotes Farbpigment (Zinnoberrot) eingesetzt wird [2].
Die Abfallverbrennungsanlagen waren 2013 mit etwa 25 Prozent am Ausstoß in die Luft beteiligt, obwohl die erlaubten Emissionswerte in der Regel deutlich unterschrit- ten werden. Zur Verdeutlichung folgender Vergleich: Den überwiegenden Anteil an Quecksilberemissionen in der EU verursachen Kraftwerke, die mit fossilen Brenn- stoffen betrieben werden. Nach Erhebungen des deutschen Umweltbundesamts im Jahr 2015 machen dort die Quecksilberemissionen aus der brennstoffbetriebenen Energieerzeugung etwa 74 Prozent aus, wobei die Abfallverbrennung nur annähernd 0,6 Prozent erreicht [5]. In der Schweiz beträgt der Kohleanteil am Schweizer Brut- toenergieverbrauch lediglich 0,5 Prozent [1], und entsprechend steigt der Anteil der Abfallverbrennung in Relation zu den anderen Emittenten.
Aufgrund der Verdrängung des Quecksilbers aus den heutigen Konsumgütern durch zahlreiche europäische und schweizweite Verbote sollten die Emissionen aus der Ab- fallverbrennung in Zukunft weiter abnehmen.
Wie eingangs erwähnt, verläuft die Freisetzung von Ammoniak entgegen dem allge- meinen Trend des stetig sinkenden Schadstoffausstoßes aus der Abfallverbrennung.
Grund ist die Nutzung von Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden unter Einsatz von Ammoniak oder Harnstoff. Bei diesen Prozessen können geringe Mengen an Ammoniak als Schlupf im Abgas verbleiben. Hinsichtlich der Gesamtemissionen von Ammoniak in der Schweiz sind die Emissionen der Abfallverbrennungsanlagen 2013 mit 0,04 Prozent vernachlässigbar klein (Bild 6).
5. Problemfall Abfallmengen
In Ergänzung zu den Emissionsfaktoren, die durch die Anlagentechnik bestimmt sind, soll noch kurz auf den zweiten emissionsbestimmenden Faktor eingegangen werden:
die Jahresleistung der Abfallverbrennungsanlagen.
Bis in die jüngste Vergangenheit ist in der Schweiz die Menge der verbrannten Abfälle mit der wirtschaftlichen Entwicklung und dem Bevölkerungswachstum gestiegen, wie aus Bild 7 deutlich wird [3]. Erst seit etwa zehn Jahren scheint die Menge pro Kopf auf einem historisch hohen Niveau zu stagnieren, was eventuell auch durch die erhöhten
Abgasbehandlung
Recyclingquoten bewirkt wurde. Wenn die Verbrennungsanlage selbst praktisch kein Einsparungspotential hinsichtlich der Luftschadstoffe mehr bietet, so wäre der Hebel bei den erzeugten und letztendlich verbrannten Abfallmengen anzusetzen, um nen- nenswerte Erfolge bei der Vermeidung von Emissionen bei der Abfallverbrennung erzielen zu können.
0 100 200 300 400 500 600
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 kg / Einwohner Millionen Tonnen resp. Einwohner
Einwohner Abfallmenge verbrannt Abfall verbrannt pro Einwohner
Bild 7: Entwicklung der verbrannten Abfallmengen in der Schweiz im Vergleich zum Bevölke- rungswachstum
Quelle: Bundesamt für Statistik
6. Zusammenfassung
Die Auswertung der neuesten Emissionsdaten verifiziert, dass die Kehrichtverbren- nungsanlagen längst keine schmutzigen Emittenten mehr sind, als die sie oftmals noch von der Öffentlichkeit wahrgenommen werden. Auf die meisten Schadstoffe bezogen sind die Emissionen der KVA im Gesamtumfeld der Emissionsverursacher minimal.
Im Normalbetrieb ist nur noch mit hohem, überproportionalem Aufwand ein geringer Beitrag zur weiteren Emissionsminderung möglich.
Anhand aktueller Betriebsdaten von Verbrennungsanlagen kann vermutet werden, dass ein wesentlicher Teil einiger Schadstoffe in besonderen Betriebszuständen, wie den An- und Abfahrphasen anfallen. Diese besitzen je nach Ausrüstung der Anlage, ob beispielsweise Stützbrenner vorhanden sind oder nicht, und je nach Betriebsregime noch Verbesserungspotential zur Emissionsvermeidung.
Abgasbehandlung
Der Betrieb der Abfallverbrennungsanlagen ist heute so sauber wie nie zuvor. Als wesentlicher problematischer Faktor der Emissionen bleiben jedoch die Abfallmengen, die verbrannt werden müssen.
7. Quellen
[1] Bundesamt für Energie BFE; http://www.bfe.admin.ch/themen/00486/00489/index.html. 2017 [2] Bundesamt für Gesundheit BAG: Factsheet Quecksilber. 2012
[3] Bundesamt für Statistik
[4] Bundesamt für Umwelt: Emissionsinformationssystem der Schweiz EMIS. www.bafu.admin.
ch/bafu/de/home/themen/luft/zustand/emissionsinformationssystem-der-schweiz-emis.html, 2017
[5] Umweltbundesamt UBA (Deutschland): Schadstoffe im PRTR – Situation in Deutschland – Berichtsjahre 2007 – 2015. 19. September 2017
und Modernisierung von SNCR-Anlagen
▪
▪
Mit Einzellanzenumschaltung wird das Reduktionsmittel immer in den optimalen Temperaturbereich im Rauchgas eingedüst.
Mit Selektiver Rauchgaskühlung wird das Rauchgas gezielt in den Bereichen, die für das SNCR-Verfahren zu heiß sind, am Ende des ersten Zuges bzw. vor Eintritt in die Wärmetauscher abgekühlt.
Nachrüstung einer SNCR-Anlage für zukünftige NOx-Grenzwerte
M&M-Modul nach Umbau für zukünftige Grenzwerte
▪
▪
▪
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▪
▪
Hohe Entstickungsgrade Sichere Unterschreitung der gesetzlichen Grenzwerte Hohe Verfügbarkeit Geringe Reduktionsmittel- und Kühlwasserverbräuche Niedrige Betriebskosten Leichte Nachrüstbarkeit bei niedrigen Investitionskosten
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar
Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, Peter Quicker, Alexander Gosten (Hrsg.):
Energie aus Abfall, Band 15
ISBN 978-3-944310-39-8 Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH
Copyright: Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc., Dr.-Ing. Stephanie Thiel Alle Rechte vorbehalten
Verlag: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH • Neuruppin 2018
Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc., Dr.-Ing. Olaf Holm
Erfassung und Layout: Ginette Teske, Sandra Peters, Janin Burbott-Seidel,
Claudia Naumann-Deppe, Cordula Müller, Anne Kuhlo, Gabi Spiegel Druck: Universal Medien GmbH, München
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