Standardisierung der Bestimmung des Biomasseanteils in Ersatzbrennstoffen

Siedlungsabfälle und daraus produzierte Ersatzbrennstoffe bestehen aus einer in der Regel unbekannten Mischung biogener und fossiler Energieträger. Auf Grund verschiedener EU-Richtlinien sind Betreiber von Müllverbrennungsanlagen (MVA) bzw. industriellen Verbrennungsanlagen, in denen "gemischte" Abfälle eingesetzt werden, an folgenden Größen interessiert: (a) dem Stromanteil, der aus biogenen Quellen stammt und (b) der Menge an fossilen CO 2 Emissionen. Zur Bestimmung dieser beiden Größen waren in der Vergangenheit drei Verfahren bekannt: die Sortieranalyse, die selektive Lösungsmethode, und die sogenannte Radiocarbonmethode. In den letzten Jahren wurde vom Antragsteller ein alternatives Bestimmungsverfahren, die sogenannte Bilanzenmethode (BM), entwickelt. Sie basiert auf einer Kombination von Betriebsdaten der Verbrennungsanlage mit Informationen über die chemische Zusammensetzung biogener und fossiler Materialien. Derzeit wird die Methode ausschließlich zur rückwirkenden Bestimmung des Biomasseanteils im Abfallinput (Restmüll) von Müllverbrennungsanlagen eingesetzt. Im Fall aufbereiteter Abfälle (Sekundärbrennstoffe) ist eine rückwirkende Brennstoffcharakterisierung zumeist ungenügend, da gesicherte Informationen über die Brennstoffzusammensetzung (z.B. Biomassenanteil) bereits vor der Verbrennung der "Abfälle" gefordert sind. Durch entsprechende Adaption der Bilanzenmethode ist es dem Antragsteller in Vorarbeiten gelungen die Zusammensetzung von definierten Brennstoffgemischen mit Hilfe eines CHNSO Elementaranalysators zu bestimmen. Das Ziel des gegenständlichen Projektes ist es diese für die Charakterisierung von Ersatzbrennstoffen adaptierte Bilanzenmethode (aBM) anhand weiterer Versuche zu validieren, so dass schlussendlich eine standardmäßige Anwendungsvorschrift für die Bestimmung des Biomasseanteils von Ersatzbrennstoffen abgeleitet werden kann. Die Forschungsfragen, die im Rahmen des Projekts beantwortet werden, lauten: 1. Inwiefern ist die für definierte Brennstoffgemische erarbeitete Methodik geeignet bzw. zu adaptieren, um mithilfe eines Elementaranalysator und der aBM den Biomasseanteil von Ersatzbrennstoffen zu ermitteln? 2. Welchen Einfluss haben Beprobung und insbesondere Probenaufbereitung auf das Resultat der aBM? 3. Wie stark variiert die chemische Zusammensetzung der biogenen und fossilen organischen Substanz in unterschiedlichen Ersatzbrennstoffen? 4. Inwieweit sind die Ergebnisse der aBM vergleichbar mit standardisierten Bestimmungsmethoden (Selektive Lösungsmethode und Radiocarbonmethode)? Die Ergebnisse des Projektes werden einerseits Aufschluss über das Potential und die Zuverlässigkeit der aBM geben; andererseits wird das Projekt konkrete Kriterien (betreffend: Probenahme- und aufbereitung, Analysenanzahl, Auswertung) für eine standardisierte Anwendung der aBM enthalten.

Im Zug des Projektes StaMProC wurde eine neue Methode zur Bestimmung der Klimarelevanz von brennbaren Abfällen entwickelt und validiert. Diese ist im Vergleich zu bisherigen Methoden mit geringeren Unsicherheiten behaftet und/oder deutlich kostengünstiger. Die Ergebnisse des Projekts stellen eine wesentliche Grundlage für die geplante europäische Standardisierung der entwickelten Bestimmungsmethode dar.Veranlassung des Projektes ist eine zunehmend thermische Verwertung von Abfällen, die wesentlich zur Substitution von fossilen Brennstoffen (z.B. Erdöl, Erdgas) beiträgt. Dies führt auch zu einer Reduktion an Treibhausgasen THG, da Abfälle zumeist biogene Materialien beinhalten, deren Verbrennung klimaneutral ist. Um zu bestimmen, wie groß die Einsparungen an THG tatsächlich sind, ist eine genaue Kenntnis des Gehalts an Biomasse (biogen) bzw. Kunststoffen (fossil) in Abfällen erforderlich, wobei deren Bestimmung durch die variable Zusammensetzung und Heterogenität von Abfällen erschwert wird.Im gegenständlichen Projekt wurde eine neu entwickelte Methode zur Bestimmung des Biomasseanteils umfassend auf ihre Eignung, Zuverlässigkeit und Praktikabilität überprüft. Der Fokus lag dabei auf der Untersuchung von Ersatzbrennstoffen (aus Abfällen hergestellte Brennstoffe, die in Industrieanlagen Ersatz für fossile Energieträger eingesetzt werden). Die neue Methode macht sich zu Nutze, dass sich Biomasse und Kunststoffe in ihrer stofflichen Zusammensetzung wesentlich unterscheiden. Während Kunststoffe generell hohe Gehalte an Kohlenstoff (C) aufweisen, und Sauerstoff (O) in nur sehr geringen Mengen beinhalten, zeigt sich für Biomasse ein deutlich differenziertes Bild. Elementaranalysen (C, H und O-Gehalt) von verschiedenen Ersatzbrennstoffproben wurden durchgeführt und gemeinsam mit der Elementarzusammensetzung von Biomasse und Kunststoffen verwendet, um den Biomassegehalt (und damit die Klimarelevanz) der untersuchten Proben zu berechnen. Um die Methodik zu validieren und potentielle Fehlerquellen (z.B. Veränderung der Probenzusammensetzung durch die Aufbereitung) zu evaluieren, wurden zudem Gemische mit bekanntem Verhältnis aus Biomasse und Kunststoffen getestet. Die Untersuchungen zeigen, dassdieser Ansatz generell gut geeignet ist um die Klimarelevanz von Ersatzbrennstoffen mit hoher Genauigkeit (relativer Fehler <8%) und geringem Aufwand zu bestimmen,eine gute Übereinstimmung mit alternativen Methoden vorliegt,die Probenvorbereitung (Schritte von der Probennahme bis hin zur Analyse) wesentlich für gesicherte Ergebnisse ist, die Elementarzusammensetzung von Biomasse und Kunststoffen in verschiedenen Ersatzbrennstoffen nur gering variiert und daher die Methodik generell anwendbar ist.