Müllverbrennungsanlage
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Müllverbrennung ist neben Deponierung und Recycling ein wichtiges Verfahren zur Abfallbehandlung.
Für die Verbrennung unterschiedlichster Rückstände aus der chemischen Industrie werden Müllverbrennungsanlagen (MVA) genutzt. Sie werden auch Müllheizkraftwerk (MHKW), Müllkraftwerk (MKW) oder Müllheizwerk (MHW) genannt, je nach abgegebener Energieform.
Bedeutung
Weltweit ist der Anteil des verbrannten Mülls sehr unterschiedlich und in den industrialisierten Ländern meist höher als in den Entwicklungsländern. In Deutschland werden bei steigender Tendenz rund 50 Prozent des anfallenden Hausmülls thermisch behandelt.
Die Müllverbrennung wird heute in der Regel der Deponierung vorangestellt, da Deponiefläche gerade in dicht besiedelten Ländern knapp ist und die Deponierung von Verbrennungsrückständen wesentlich weniger Platz in Anspruch nimmt. Zudem entstehen bei der Deponierung hauptsächlich durch anaerobische Abbauprozesse des organischen Anteils Schadstoffe die Grundwasser, Boden und Umgebungsluft der Deponie belasten. Thermisch behandelte Rückstände lassen sich hingegen wegen des Kohlenstoffgehalts kleiner 3 % wesentlich problemloser deponieren. Die EU-Richtlinie 1999/31/EC begrenzt den Anteil von biologisch abbaubaren Komponenten auf Deponien zu 3 % und fördert dadurch die Müllverbrennung in den Mitgliedstaaten.
Siehe auch:
Bauarten von Müllverbrennungsanlagen
Müllverbrennungsanlagen gibt es für verschiedene Zwecke in unterschiedlichen Größen und Ausführungen. Kleine Anlagen befinden sich in Krankenhäusern um bakteriell kontaminierte Abfälle vor Ort beseitigen zu können. Zudem gibt es Anlagen für spezielle Zwecke wie die Klärschlammverbrennung. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Müll als Sekundärbrennstoff in Anlagen, die nicht zur Müllbeseitigung gebaut wurden, z.B. in Drehrohröfen der Zementindustrie. Der weitaus größte Anteil wird jedoch in großtechnischen Anlagen behandelt, wobei die frei werdende Energie in der Regel in Form von Fernwärme oder zur Stromerzeugung genutzt wird. Als Verbrennungsmethode kommt hier in erster Linie die Verbrennung auf Ofenrosten zum Einsatz, teilweise auch die Wirbelschichtfeuerung nach vorheriger Aufbereitung des Mülls. Pyrolyse- und Vergasunganlagen spielen bislang nur untergeordnete Rollen.
Rostfeuerung
Bei der Rostfeuerung ist keine Aufbereitung des angelieferten Restmülls erforderlich. Der angelieferte Müll wird zunächst im Müllbunker mit anderen Fuhren deponiert, was zu einer Vermischung des Mülls beiträgt. Es werden Kräne benutzt, um den Müll in den Aufgabetrichter zu transportieren. Über die Beschickungseinrichtung, die aus einer Schleuse und dem Aufgabetisch besteht, wird der Müll dosiert in den Ofenraum befördert. Dort gelangt er auf den Rost, der den aufgegebenen Müll während der Verbrennungsphasen weiterbefördert.
Es werden Walzenroste, Vorschubroste oder Rückschubroste eingesetzt. In der ersten Zone findet eine Trocknung des Mülls statt, der bei Temperaturen über 100°C eine Verdampfung des Wasseranteils folgt. In der nächsten Zone erfolgt im Temperaturbereich von 250-900°C eine Entgasung des Mülls. Mit Erreichen des Flammpunktes der Entgasungsprodukte setzt die Verbrennung.
ein, die unterstöchiometrisch bei Temperaturen von 800–1150°C einsetzt. Auf der letzten Rostzone erfolgt der Restausbrand.
Die von unterhalb des Rostes zugeführte Primärluft und die oberhalb zugeführte Sekundärluft haben einen wesentlichen Einfluss auf die Verbrennung und die Bildung der Reaktionsprodukte. Mit der Primärluft wird eine unvollständige Verbrennung auf dem Rost eingeleitet. Die Luftmenge wird so optimiert, dass ein guter Ausbrand bei geringer Stickoxidbildung erreicht wird. Die Nachverbrennung der Radikale (Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe) findet in der Nachverbrennungszone durch Zuführung der Sekundärluft statt. Die Verbrennungsluftmengen können zonenweise und die Mengen entsprechend der Rauchgasanalyse (CO, Stickoxide|NOx, Verbrennungsluftverhältnis|Luftüberschuss) geregelt werden. Die Verbrennungsrückstände fallen durch das Rost und gelangen über Förderbänder zur Schlackenaufbereitung.
Die Temperatur im Verbrennungsraum kann je nach System mehr als 1000°C betragen, wobei bislang eine mittlere Temperatur von mindestens 850°C eingehalten werden muss. Aufgrund der 17. BImschV sind geringere Temperaturen im Verbrennungsraum zulässig, wenn die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte nachgewiesen wird. Um die Freisetzung von Dioxinen und anderen unerwünschten toxischen Verbindungen zu verhindern, werden die Rauchgase nochmals „nachverbrannt“, so dass eventuell entstandene Dioxine zerfallen.
Der gesamte untere Abschnitt des ersten Zuges des Dampfkessels ist ausgemauert, um den Wärmeübergang zu begrenzen. Es wird somit eine hohe Nachverbrennungstemperatur sichergestellt und die Rohrwände werden vor Korrosionen bei hohen Temperaturen geschützt. Durch den reduzierten Wärmeübergang hat das Rauchgas über eine längere Zeit eine hohe Temperatur, und somit findet auch eine Zersetzung von langkettigen Kohlenwasserstoffen wie den Dioxinen statt.
Das Rauchgas gibt die Wärme an die Heizflächen des Dampfkessels ab. Allerdings können in der nachfolgenden Abgasreinigungsanlage bei der Abkühlung aus den Restpartikeln wieder neue Schadstoffe – auch Dioxine – entstehen, weshalb eine aufwendige Filtertechnik erforderlich ist.
Stützbrenner (Gas- oder Ölbrenner) werden nur in seltenen Fällen beim Anfahren oder bei schlechten Müllheizwerten gezündet. Alternativ werden dem angelieferten Restmüll Ersatzbrennstoffe, wie nicht recycelbare Kunststofffolien oder Holzteile aus dem Sperrmüll, zugesetzt.
Eine herkömmliche Müllverbrennungsanlage (MVA) besteht beispielsweise aus
- einer Wiegestation, zur Ermittlung des Abfallgewichts durch eine Eingangs- und Ausgangswiegung
- einer Müllentladehalle, in der der Müll über Rutschen in den Müllbunker befördert wird
- einem Müllbunker, der zur Zwischenlagerung und Homogenisierung des Mülls dient
- einem Greifkran, über den der Müll in den Aufgabetrichter gegeben wird
- einem Verbrennungsraum, in dem der Müll verbrennt
- einem Verbrennungsrost, über den sich der Müll bewegt und verbrennt
- einem Entschlacker, in den die Schlacke fällt und in den Schlackebunker transportiert wird
- einem Dampferzeuger, in dem mittels der heißen Rauchgase Dampf erzeugt wird, der die Turbine antreibt und über einen Generator elektrischer Strom erzeugt wird oder der als Fernwärme zum Heizen von Haushalten genutzt wird
- einem Oberflächenfilter, mit dem Staub abgeschieden wird
- einem HCl-Wäscher, zum Auswaschen von Salzsäure
- einem SO2-Wäscher|SO2-Wäscher, in dem durch Zugabe von Natriumhydroxid das im Rauchgas enthaltene Schwefeldioxid ausgewaschen wird
- einem Elektrofilter, in dem noch eventuell vorhandener Staub entfernt wird
- einem Schornstein, durch den die gereinigten Rauchgase an die Außenluft abgegeben werden.
Pyrolyseanlagen
Die Verfahrensschritte Trocknung bis Entgasung werden technisch auch als Pyrolyse bzw. Entgasung bezeichnet. Die einzelnen Stufen können überlagernd in einer Brennkammer oder nacheinander in mehreren Reaktoren durchgeführt werden. Konventionelle Anlagen verfügen in der Regel nur über einen Brennraum in dem die fünf Einzelschritte parallel ablaufen. Zudem gibt es Pyrolyse- und Vergasungsanlagen in denen kein Restausbrand erfolgt und die damit genau genommen keine Müllverbrennungsanlagen sind. Bei diesen Prozessen werden brennbare Gase frei gesetzt, die als Brennstoff verwendet werden können. Weltweit gibt es aber nur wenige Anlagen, die diese Verfahren großtechnisch umsetzten.
Wirbelschichtfeuerung
Die Wirbelschichtfeuerung ist das übliche Verfahren zur Klärschlammverbrennung. Nicht klassifizierte Brennstoffe wie Haus- und Gewerbemüll müssen jedoch jedoch vor der Verbrennung vorsortiert und zerkleinert werden, da anorganisches und klobiges Material den Prozess behindert.
Nach Aufheizen des Ofens mittels Zündbrennern wird der vorbehandelte Abfall oder vorgetrocknete Klärschlamm aus einigen Metern Höhe von der Seite aus auf das Wirbelbett aufgegeben (Wurfbeschickung) und dort verbrannt. Bei der Wirbelschichtverbrennung ist in dem Boden des Ofens ein Düsenbett eingebaut (also eine Platte, die mit vielen Luftdüsen bestückt ist). Durch diese Düsen wird Verbrennungsluft nach oben geblasen. Dazu kommt Sand, der durch die Luft nach oben gewirbelt wird und ein sogenanntes Wirbelbett bildet (Fluidisierung des Sandes). Der Brennstoff wird in der Schwebe gehalten (ebenfalls fluidisiert) und bei Temperaturen von etwa 800°C verbrannt. Der Austrag der Asche erfolgt je nach Gewicht über den Ofenabzug nach oben oder durch Schächte nach unten. Durch die gleichmäßige Temperaturverteilung entstehen relativ wenig Stickoxide.
Sondermüllverbrennungsanlagen (Drehrohrofen)
Für die Verbrennung von Sonderabfällen (Sondermüll), für die hohe Temperaturen notwendig sind, werden Drehrohrofen eingesetzt. Bei dieser Technik wird der Müll in das obere Ende eines schräg liegenden und sich langsam drehenden Rohres gegeben. Die Länge eines solchen Drehrohrofens kann bis zu 120 m betragen, der Durchmesser liegt zwischen vier und fünf Metern. Dieses Rohr ist mit feuerfesten Steinen ausgekleidet, um eine hohe Temperatur von 1000–1300°C aufrechtzuerhalten. Die Auskleidung schützt den äußeren Stahlmantel vor Korrosionen und vor einer unzulässig hohen Temperatur.
Heizwert
Bei der Verbrennung von nicht vorbehandeltem Siedlungsabfall kann man in Deutschland von einem unteren Heizwert von 6-8 MJ/kg ausgehen. Unter Berücksichtigung aller Bilanzgrenzen und Wirkungsgrade der Teilverfahren in einer klassischen Müllverbrennungsanlage (Hauptkomponenten: Müllaufgabe; Thermisches Hauptverfahren bestehend aus Feststoffausbrand auf einem Rost, Restausbrand in einem nachgeschalteten Kolbenstromreaktor und Dampferzeugung in einem Wasserrohrkessel; Abgasreinigung- und Abwasserreinigung; elektrische Energieumwandlung aus dem Heißdampf) ließen sich so ca. 1,3 MJ [elektrische Energie] pro kg feuchtem Abfall erzeugen. Obwohl dem Siedlungsabfall gemäß den Vorgaben des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes (§4 Abs.1 KrW-/AbfG & §6 KrW-/AbfG) stofflich wiederverwertbare Inhaltsstoffe entzogen sind (z.B. sortenreine Kunststoffe, Papier, Glas) und die Grenze für eine energetische Verwertung von Abfallstoffen auf 11 MJ pro kg festgesetzt wurde (§6 Abs. 2 KrW-/AbfG) ist eine selbstgängige Verbrennung ohne Zusatzfeuerung möglich. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Mechanisch-Biologische Vorbehandlung (MBV) vorzuschalten, um beispielsweise heizwertarme, feuchte organische Abfälle abzutrennen und einer Kompostierung zuzuführen. Auch Inertstoffe werden auf diesem Wege abgetrennt. Der so erhöhte untere Heizwert der Restabfälle gestattet eine energetische Verwertung. In diesem Zusammenhang ist die thermische Behandlung von Rest- und Abfallstoffen eine technisch sinnvolle Ergänzung eines integrierten Abfallmanagementsystems für Siedlungsabfälle. Die bei der Verbrennung von Abfällen gewonnene Energie kann einmalig erzielt werden und in thermischer und/oder elektrischer Form einer weiteren Nutzung zugeführt werden. Die Energiebilanz der Herstellung eines Produktes mit der Energiebilanz der Verwertung in Beziehung zu setzen ist bei Siedlungsabfällen, die nicht sortenrein und höchst heterogen in ihrer Zusammensetzung vorliegen, aufgrund multipler Bilanzgrenzen äußerst schwierig.
Da bei der Verbrennung des Mülls nicht bekannt ist, welche Inhaltsstoffe in welchen Mengen zu einem bestimmten Zeitpunkt verbrannt werden (kritisch sind beispielsweise Polyvinylchlorid|P, Batterien und elektronische Bauteile, Lacke etc.), variiert die Zusammensetzung des Rauchgases und der Asche. Bei der Verbrennung entstehen neben Kohlendioxid und Wasser auch Kohlenmonoxid, Schwefeloxide, Stickoxide, aber auch Chlorwasserstoffsäure und Fluorwasserstoff sowie Schwermetalthaltige Stäube. In sehr geringen Konzentrationen entstehen auch hochtoxische Stoffe wie polychlorierte Dioxine und Furane. In der Vergangenheit wurde für die Ausbreitung der letztgenannten Stoffe in der Umwelt die Müllverbrennung ursächlich verantwortlich gemacht, jedoch teilte das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit in einer Pressemeldung 2005 mit, dass diese Aussage nicht mehr aktuell sei („Kamen 1990 ein Drittel aller Dioxinemissionen aus Müllverbrennungsanlagen, waren es im Jahr 2000 weniger als 1 %“ Allerdings ist die genaue Zahl und Vielfalt der in der Müllverbrennung entstehenden und von ihr freigesetzten Schadstoffe nicht bekannt. Grenzwerte gibt es lediglich für 40 bekannte luftgetragene Schadstoffe.
Für Müllverbrennungsanlagen gilt das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) und seine Verordnungen. Speziell die Verordnung über die Verbrennung und die Mitverbrennung von Abfällen (kurz: 17. BImSchV) beinhaltet besondere Anforderungen an die Auslegung der Feuerung und gibt die Grenzwerte für zulässige Emissionen vor. Die Emissionen müssen kontinuierlich überwacht und die Messergebnisse online an die zuständigen Behörden übertragen werden. Die 17. BImSchV nennt in § 5 und im Anhang neben den Grenzwerten auch zugehörige Berechnungsmethoden für die Bewertung der Emissionen. Gelten für Müllverbrennungsanlagen und Mitverbrennungsanlagen (z. B. Kraftwerke, Zementwerke) die gleichen Emissionsgrenzwerte und die 17. BImSchV< musste entsprechend überarbeitet werden. Gleichwohl werden die gesetzliche Gleichbehandlung und auch die grundsätzlichen Vor- und Nachteile des Mülleinsatzes in Mitverbrennungsanlagen von Befürwortern und Gegnern kontrovers diskutiert, wobei unter anderem auch Ökobilanzen zur Bewertung herangezogen werden.
Aschen, Schlacken und Stäube
Zu den festen Rückständen aus einer Müllverbrennungsanlage, ca. 30% der verbrannten Abfallmenge, zählen Aschen und Schlacken der Abfallverbrennung sowie Abfälle aus der Rauchgasreinigung und der Abwasserreinigung und Filterstaub. 70% werden über den Kamin in die nähere und weitere Umgebung als Gase, Stäube und Rauchpartikel (darunter nur begrenzt filterbare Feinstäube mit anhaftenden chemischen Verbindungen) verteilt. Den mit Abstand größten Teil dieser Gase machen die gesundheitlich unbedenklichen und umweltneutralen H2O und CO2 aus. Während des Verbrennungsprozesses, der Abgasreinigung und der Dampferzeugung entsteht eine Reihe von Endprodukten von denen Schlacke den größten Anteil hat. 2002 wurden in den deutschen Müllverbrennungsanlagen ca. 3,4 Millionen Tonnen Schlacke produziert wovon nach der Schlackenaufbereitung noch 2,9 Millionen Tonnen übrig blieben. Die Schlacke wird deponiert, zum Auffüllen von stillgelegten Minen benutzt oder als Baumaterial für Dämme und Straßen verwendet. Des Weiteren entstehen Kessel- und Filterstäube, die ebenfalls auf Deponien oder in geschlossenen Bergwerken abgelagert werden. Außerdem werden Eisenschrott und NE-Metalle aussortiert sowie Salzsäure, Gips, Heizwärme und Strom gewonnen.
In Österreich lag die maximale Behandlungskapazität der großen Abfallverbrennungsanlagen zur Verbrennung von Siedlungsabfällen und der heizwertreichen Fraktion bis Ende 2004 bei rund 1,6 Mio. t/Jahr. 2003 fielen aus der Verbrennung von Siedlungsabfällen (ohne Anlagen zur Verbrennung von gefährlichem Abfall) rund 190.000 t/Jahr Grobasche (Schlacke) und 88.000 t/Jahr Flugasche an.
Diese Mengen dürften sich bis zum Jahr 2010 auf rund 314.000 t/Jahr Grobasche (Schlacke) und rund 170.000 t/Jahr Flugasche erhöhen.
In Österreich werden wegen der Vielzahl an Schadstoffen eine große Menge an Schlacken und Filterstäuben über Tage bzw. unter Tage deponiert.
In Deutschland werden Filterstäube und die getrockneten Rückstände aus der chemischen Rauchgasreinigung fast ausschließlich in Salzbergwerken eingelagert. Die Verbrennungsschlacken mit den aufkonzentrierten Schadstoffen werden teilweise deponiert, jedoch häufiger als Füllmaterial in Salzstöcken und im Straßenbau verwendet. Die im Straßenbau eingesetzten Schlacke#Problematik|MVA-Schlacken werden einem Eluat-Test unterzogen, bei dem allerdings nur wenige Schadstoffe untersucht werden.
In der Schweiz wird die Schlacke unter Tage gelagert. Vergütete Schlacke aus Kehrichtverbrennungsanlagen wird auch als Abdichtungsschicht für den Abschluss und die Rekultivierung von Deponieoberflächen verwendet. Der Filterstaub wird nach Deutschland exportiert.
Errichtete Müllverbrennungsanlagen im deutschsprachigen Raum
Nach den gesetzlichen Vorgaben des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz|Krw-/AbfG dürfen in Deutschland nur Abfälle zur Beseitigung, die nicht auf andere Weise Umweltverträglichkeit|umweltverträglich verwertet oder behandelt werden können, in die Restmüllverbrennung gegeben werden. Die trotz der getrennten Erfassung und Sammlung noch anfallenden Hausrestmüllmengen und der Gewerberestmüll gehören hierzu.
Die erste Müllverbrennungsanlage Deutschlands wurde ab 1893 am Hamburger Bullerdeich errichtet. 1894 begann der Probebetrieb, 1896 wurde der reguläre Betrieb aufgenommen.
Bis 1998 wurden in Deutschland 53 Müllverbrennungsanlagen errichtet. Die Zahl stieg bis 2003 auf 61 an. Die Planung sieht in naher Zukunft vor, weitere 15 Anlagen zu bauen, hauptsächlich in Ostdeutschland (insgesamt dann 75).
Bei der Errichtung von Müllverbrennungsanlagen hat es mehrfach schwere Fälle von Korruption gegeben. Heute befürchten sogar die Betreiber solcher Anlagen Überkapazitäten, da neben der klassischen Müllverbrennungsanlage zahlreiche weitere thermische Nutzungen von Abfällen neu aufgebaut werden.
Schweiz
In der Schweiz gibt es momentan 28 Kehrichtverbrennungsanlagen. Im italienischsprachigen Kanton Tessin fehlte bisher eine Anlage, weshalb der Kehricht entweder in andere Kantone gebracht oder vorübergehend abgelagert worden ist. In Giubiasco wird eine neue Anlage gebaut und im Jahre 2009 in Betrieb genommen.
Österreich
In der Hauptstadt Wien existieren drei große Müllverbrennungsanlagen, Müllverbrennungsanlage Spittelau, Simmeringer Haide und Flötzersteig. Die von Fernwärme Wien GmbH betriebenen Werke produzieren neben rund 116 GWh elektrische Energie rund 1.220 GWh an Fernwärme, wobei 550.000 t Hausmüll, 180.000 t Klärschlamm und 90.000 t Sondermüll verbrannt werden. Dabei entstehen 190.000 t Asche, Schlacke, Schrott und Filterkuchen. Weitere Anlagen befinden sich in Wels (Stadt), Zwentendorf an der Donau/Dürnrohr, Lenzing (Oberösterreich), Niklasdorf und Arnoldstein (Stand 2005).
Andere Varianten
Bei einer Wiederverwertung z.B. von sortenrein vorliegenden Abfallstoffen können im Recycling neue Produkte erzeugt werden. Da die Sortenreinheit besonders bei Kunststoff]]en aus Siedlungsabfällen nur in seltenen Fällen gegeben ist, erfolgt hier entweder ein "Downcycling" zu Produkten mit geringeren Materialanforderungen oder ein Materialrecycling nach erfolgter verfahrenstechnischer Aufbereitung. In einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft sind daher nichtrecyclingfähige Abfälle möglichst schon in der Produktion zu vermeiden.
Im Sinne des Kyoto-Protokolls sind zur Ressourcenschonung Techniken einzusetzen, die Rohstoffe schonen oder diese über ein Stoffstrommanagement sinnvoll verwerten. Nach der Ausschöpfung der Potentiale zur Abfallvermeidung und des stofflichen Recycling kann übergangsweise eine thermische Verwertung von entsprechend aussortierten Siedlungsabfällen als Ersatzbrennstoff für fossile Rohstoffe eingesetzt werden, zum Beispiel in der Zementindustrie oder der Stahlherstellung, wo die Shredderleichtfraktion aus der Automobilverwertung als Reduktionsmittel den Steinkohlekoks substituiert. Dies erfordert allerdings entsprechende Rauchgasreinigungsanlagen.
Da Abfälle in Deutschland nur bis zum 31. Mai 2005 unbehandelt Deponie|deponiert werden durften, müssen weitere Anlagen zur Abfallbehandlung errichtet werden. Es gibt verschiedene weitere Verfahren zur Abfallbehandlung, wie z. B. die mechanisch-biologische Abfallbehandlungsanlage|kalten Abfallbehandlungstechnologien, die von der Bundesregierung als gleichwertige Behandlungsanlagen statt der Müllverbrennung zugelassen wurden. Diese haben eine wesentlich höhere Akzeptanz in der Bevölkerung als Müllverbrennungsanlagen, was wohl auch daran liegt, dass ein System höherer technischer Komplexität (wie eine Hausmüllverbrennungsanlage mit integrierter Abgasreinigung) bei einer subjektiven Bewertung mehr Verunsicherung auslöst als beispielsweise ein biologisches Rottesystem.
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