Feature Interview

BIOKOHLE UND PYROLYSE

Sehr geehrter Dr. Heinrich, wenn man Fachleute nach ihrer Meinung zur „Pyrolyse“ fragt, dann bekommt man häufig zur Antwort: „Damit haben wir keine guten Erfahrungen gemacht“. Welche Erfahrungen machten Sie mit der Pyrolyse-Klärschlammveredlung?

Dr. Steffen Heinrich: Das stimmt. Viele meinen, da reite wieder mal jemand ein totes Pferd. Dies ist vor allem auf die spektakulären Mißerfolge mit der Pyrolyse von Hausmüll zurückzuführen, der ja äußerst heterogen ist, woran man unweigerlich denken muss. Denn Ende der 1990-er Jahre war die Fa. Siemens grandios gescheitert, daraus mit dem hochgradig komplexen „ThermoSelect“-Verfahren beliebige  chemische Produkte von gleichbleibender Qualität zu erzeugen. Man hatte einfach zu viel gewollt. Ähnlich war es zuvor mit dem „Growian“ (GRoßeWIndkraftANlage) in den 1970-er Jahren – einer riesigen Horizontalläufer-Windturbine mit nur einem einzigen Rotorblatt. Angesichts des kostspieligen Fehlschlages war man sich in Deutschland einig, dass effiziente und leistungsstarke Windkraftanlagen für immer ein unerfüllter Traum bleiben würden. Heute lächeln wir darüber. Rotoren haben zumeist drei Blätter, und niemand zweifelt mehr an dieser zukunftsweisenden Technik. Entsprechend verhält es sich bei der Pyrolyse. Wenn man sich homogeneren Abfallarten zuwendet und die Technik einfach hält, kann man damit hervorragende Ergebnisse erzielen. Das hat dann ebensowenig mit „ThermoSelect“ zu tun wie „Enercon“ mit „Growian“.

Am 12. September 2022 besuchten Wasserwirtschafts-Fachleute des Königreiches Jordanien die Zentrale Kläranlage des ZV Frohnbach, um sich über das Klärschlammveredlungsverfahren mit Pyrolyse zu informieren.
Jordaniens Wasserwirtschaft hat zur Zeit zwei Schwerpunktaufgaben: 1. die Klärschlammveredlung und 2. die Wiederverwendung von Abwasser.

Nun zu unserer Klärschlammveredlungsanlage in Niederfrohna. Dort wird die im zentralen Klärwerk anfallende Jahresmenge an Klärschlamm (25 Prozent Trockensubstanz) von etwa 1.400 t/a verarbeitet. Das Klärwerk hat eine Reinigungskapazität für 40.000 Einwohnerwerte.

Bei der Klärschlammveredlungsanlage in Niederfrohna handelt es sich um eine robuste und gut beherrschbare Anlage. Sie läuft seit der Inbetriebnahme im Januar 2020 ohne nennenswerte Störungen durch. Die geforderte Mindestverfügbarkeit von 8.000 h/a wird bei weitem übertroffen. Planmäßige tagelange Außerbetriebnahmen für Jahresinspektionen sind nicht nötig, ebensowenig regelmäßige Demontagen. 

Das Eingangsmaterial – wertloser Klärschlamm – bedarf keiner besonderen Konditionierung. Qualitätsprobleme (z.B. hinsichtlich Feuchte, Herkunft und Zusammensetzung, schwankendem Heizwert, Sperr- und Störstoffen, Geruch, Gehalt an Fällungsmetallen), wie sie bei der zentralen Verbrennung mit anschließendem Leaching möglich sind, gibt es hier nicht. Überdies wird kein LKW-Verkehr benötigt.

Die Veredlungsanlage ist in das Klärwerk implementiert. Sie läuft vollautomatisch und im energetischen Zusammenspiel mit den anderen Einheiten der Klärschlammbehandlung. Dadurch kommt sie so gut wie ohne Primärenergie vom Netz (z.B. Erdgas) und ohne heizwertanhebende Zusätze (z.B. Holzhackschnitzel) aus. 

Die Anlage arbeitet zuverlässig und stabil unter Einhaltung der Vorschriften zum Immissionsschutz. Der Personalaufwand beschränkt sich auf ca. 45 min/d (Montag bis Freitag).

(Bauliche Details siehe „Vom Abfall zum Gartengold – Klärschlammveredlung mit Pyrolyse“, S. 240–255). 

Welche Eigenschaften hat die produzierte Biokohle?

Dr. Steffen Heinrich: Das aus kommunalem Klärschlamm hergestellte Karbonisat hält nicht nur die Düngemittelvorschriften rund um Nährstoffgehalt, Nährstofflöslichkeit und Schadstoffgehalt ein. Sondern es konnte auch eine Düngewirkung demonstriert werden sowie die Homogenität des Produktes. Einer Zulassung auch als P-Düngemittel steht nichts im Weg.

Abbildung 1: Zusammensetzung des Karbonisats aus kommunalem Klärschlamm

Hervorzuheben ist zudem das breite Spektrum an anderen für den Boden und Pflanzen wertvollen Mineralien im Karbonisat. Abbildung 1 zeigt die wesentlichen Bestandteile. Dargestellt sind neben der Schwarzkohle (elementarer Kohlenstoff) die übrigen chemischen Elemente mit ihren Abkürzungen (z.B. K für Kalium, Ca für Kalzium, Mg für Magnesium usw.) in ihrer jeweils üblichen oxidischen Form (als chemische Formel), wie sie in der Natur zumeist vorkommen und in der Landwirtschaft gebräuchlich sind.

Das Karbonisat kann ungefähr das 1,6- bis 1,9-fache seiner Masse an Wasser aufnehmen und speichern. 

Es ist stark porös und hat eine innere spezifische Oberfläche von rund 90 m2/g. Das Produkt wirkt auf mikrobielle Prozesse biokatalytisch, fördert das Bodenleben und verbessert die Qualität des Bodens.

(Einzelheiten siehe „Vom Abfall zum Gartengold – Klärschlammveredlung mit Pyrolyse“, S. 279–292). 

Wie kann die Biokohle verwendet werden?

Dr. Steffen Heinrich: Idealerweise soll das Erzeugnis bodenbezogen verwendet werden, was der Humusbildung dient. Dies entspricht dem Kreislaufgedanken am besten. Daneben bestehen aber auch zahlreiche Möglichkeiten, Klärschlammkarbonisat im technischen Bereich sinnvoll zu nutzen.

Eine der Düngemittelverordnung gemäße Anwendung erfolgt etwa als klimafreundliches Additiv beispielsweise für die Kompostierung, zur Verminderung von Geruchsemissionen, zur Homogenisierung von Gülle sowie zur Effizienzsteigerung bei Gärprozessen in Biogasanlagen. Dabei darf das Produkt für das herzustellende Substrat nicht Hauptbestandteil oder typbestimmend werden. Das stellt aber für die Praxis kein Problem dar. Die Nutzer berichten durchweg über ganz offensichtliche und vielfältige positive Wirkungen.

(Details siehe „Vom Abfall zum Gartengold – Klärschlammveredlung mit Pyrolyse“, S. 295–302). 

Am 27. Oktober besuchten eine Vertreterin der BCC Energie GmbH aus Leipzig und drei Vertreter des Maschinenrings Waldeck-Frankenberg aus Nordhessen die Zentrale Kläranlage des ZVF, um die Pyrolyseanlage kennenzulernen.

Welchen Ökologischen Fußabdruck hat das Erzeugnis?

Dr. Steffen Heinrich: Der Lebenszyklusanalyse (Life-Cycle-Cost-Analysis) nach DIN EN ISO 14040 zufolge beträgt der Carbon-Footprint (CFP) für das Produkt Klärschlamm-Karbonisat (KSK) rund -0,42 kg CO2/kg KSK. Bezogen auf den Phosphatanteil errechnet sich ein CFPP von -1,82 kg CO2/kg P2O5.

Abbildung 2: Gegenüberstellung der auf den Phosphatgehalt bezogenen Treibhausgaspotentiale verschiedener mineralischer Phosphat-Düngemittel.

Gegenüber den unentwegt propagierten Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm-Asche mit CFPP-Werten von +1,07 bis +1,73 kg CO2/kg P2O5 wird die Klimabelastung um ein Vielfaches umgekehrt. Abbildung 2 zeigt eine graphische Darstellung mit den phosphatspezifischen Emissionen im Vergleich.

(Details siehe „Vom Abfall zum Gartengold – Klärschlammveredlung mit Pyrolyse“, S. 358–361). 

Dr. Heinrich demonstriert die Pelletierung

Was ist zur Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu sagen?

Dr. Steffen Heinrich: Die regulären Investitionskosten für die Veredlungsanlage in Niederfrohna belaufen sich auf ungefähr 1,98 Mio. EUR. Die über eine Betrachtungsdauer von 20 Jahren aufzubringenden Jahreskosten betragen im Durchschnitt rund 218.000 EUR/a. Bezogen auf den Klärschlammanfall (1.400 t/a mit 25 Prozent Trockensubstanz) ergeben sich gleichbleibende mittlere spezifische Kosten von knapp 155 EUR/t. 

Würde dieselbe Jahresmenge über 20 Jahre hinweg in eine Monoverbrennungsanlage verbracht werden und die Asche in einer Phosphat-Raffinerie gewaschen, so wären dafür im Mittel knapp 361.000 EUR/a zu zahlen, und die durchschnittlichen spezifischen Kosten beliefen sich auf etwa 258 EUR/t. Das ist ein Mehr von 66 Prozent.

(Details siehe „Vom Abfall zum Gartengold – Klärschlammveredlung mit Pyrolyse“, S. 323–232). 

Einblick in die Trocknungsanlage

Wie kann man aus den in Niederfrohna gemachten Erfahrungen lernen?

Dr. Steffen Heinrich: Im 19. und 20. Jahrhundert entwickelte sich in den Industriestaaten die Abfallbeseitigung und es bildete sich eine monopolistisch geprägte Abfallwirtschaft. Sie verdient viel Geld, wenn es auch viel Abfall gibt. Dasselbe gilt für zahlreiche Produzenten von Konsumgütern. Dementsprechend groß sind die Beharrungskräfte. 

In den letzten Jahrzehnten kam dann aber der „Recycling“-Gedanke auf, d.h., die Frage nach der Wiederverwendbarkeit einzelner Komponenten. Oft wird Recycling mit Kreislaufwirtschaft verwechselt. Doch es bestehen große Unterschiede. Die Forderung nach „Zero Waste Technologies“, wie sie die Europäische Union längst postuliert hat, lässt sich nicht mehr mit dem alten Recycling-Konzept der Abfallwirtschaft erfüllen. Im Kern geht es nun um unsere Wiedereinordnung in den Naturkreislauf und die Wiederherstellung regionaler Stoffkreisläufe. Dabei ist Natur nicht mehr als „Ressource“ zu betrachten, sondern als ein Lebewesen. In der Natur basiert alles auf Gleichgewichten, auf „Geben“ und „Nehmen“. Wenn in der Natur das Gleichgewicht verletzt wird, dann setzen Gegenreaktionen ein und stellen es wieder her. So hat Natur keinen „Abfall“. Es gilt deshalb Verfahrensweisen zu entwickeln, mit denen überhaupt kein „Abfall“ mehr entsteht, und zwar nicht erst irgendwann. Die Zeit drängt. Deshalb ist auch kein Raum für den bisher allgemein üblichen Geheimniskrämer- und Patentierungsdrang. Also haben wir alle wichtigen Details der Niederfrohnaer Anlage in einem Evaluierungsbericht veröffentlicht, so dass sie in jeder Gemeinde, unter Beachtung der spezifischen Bedingungen, nachvollziehbar ist. Aber wir sind gleichzeitig für Hinweise auf Verbesserungen dankbar.

Damit greifen Sie die zukunftsweisenden Gedanken des „open source“ auf?

Dr. Steffen Heinrich: Ja, das ist richtig. Genaugenommen ist der Kreis noch viel größer zu ziehen, und er umfasst auch Fragen der Spiritualität. Franziskus von Assisi prägte das Bild von der Erde als unserem gemeinsamen Haus. Allein mit „reiner rationaler Wissenschaft“ oder „reiner finanzieller Effizienz“ ist keine Lösung möglich, die dem Ernst unserer heutigen Lage gerecht würde. (Siehe „Vom Abfall zum Gartengold – Klärschlammveredlung mit Pyrolyse“, S. 54–59 und 373–374).

Sehr geehrter Dr. Heinrich, vielen Dank für das Gespräch. (221102 – je)

Information

Karin Heinrich/Steffen Heinrich: Vom Abfall zum Gartengold – Klärschlammveredlung mit Pyrolyse. 23,4 × 30,5 cm, 400 Seiten, fester Einband, Fadenheftung, Lesebändchen

Das Buch enthält 226 Fotos, 3 Karten, 56 Abbildungen 43 Tabellen und Diagramme. Der Anhang enthält ergänzende Materialien zum Buch in digitalisierter Form (Filmaufnahmen, Dokumente, Versuchs- und Untersuchungs- sowie Prüfprotokolle von labortechnischen Analysen). VP 128,00 ˆ

ISBN 978-3-96063-017-3 

Beziehbar in jeder Buchhandlung oder direkt beim Verlag: https://buchversand.mironde.com/p/vom-abfall-zum-gartengold-klaerschlammveredlung-mit-pyrolyse

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