Synthesegas aus PVC-haltigen Reststoffen

Vergasungsprozesse an sich sind nicht neu. Nach Auskunft von Projektentwickler und -leiter Roland Möller ist die Anlage Kaltes Tal aber trotzdem etwas Besonderes: „Wir können hier sehr grobes Material aufgeben“, so Möller. Das bedeute, dass keine aufwändige Aufbereitung erforderlich sei wie zum Beispiel bei Pellets für den Stahlbereich oder für alternative Brennstoffe im Zementwerk. Außerdem ist dort eine Vorsortierung nötig, um die entsprechenden physikalischen Eigenschaften und Brennwerte einzustellen. „Hier können wir mit einem einfachen Zerkleinerungsschritt Stoffströme einsetzen, die auch mit Schadstoffen wie beispielsweise Chlor belastet sind, was bei der Verbrennung oftmals Probleme generiert“, erklärt der Entwickler. Von daher biete das Ecoloop-Verfahren für die Abfallwirtschaft einerseits eine Chlor-Senke bei gleichzeitiger Anreicherung und Bindung am Kalk. Bei schwermetallhaltigen Reststoffen sei der Vorgang genauso – die Gehalte reduzieren sich im erzeugten Synthesegas und reichern sich am Kalk an.

„Wir betreiben die Anlage in einem Kreislauf, dessen Ausgangsstoffe Kalk und Kunststoff sind. Am Ende des Kreislaufs wird ein Feingut ausgesiebt, an dem die Schadstoffe gebunden sind, während der grobe Kalk erneut mit Kunststoffen abgemischt und in den Prozess zurückgeführt wird“, so Möller weiter. Dieses Feingut sei relativ einfach deponierbar, da die Schadstoffe fest an den Kalk gebunden seien und sich nicht von selbst von diesem lösen. Ziel sei jedoch auch eine weitere Verwertung dieses Materials. „Als Produkt aus der Vergasung entsteht Synthesegas, das wir als Brennstoff beim Kalkbrennen einsetzen können“, erläutert der Projektentwickler.

Reaktionswanderbett als Startpunkt

Das Gewichtsverhältnis von Kalk zu Kunststoff liegt etwa bei über zwei zu eins. Damit besteht ein Kalk-Überschuss. Der Kalk wiederum ist – wie die Reststoffe – sehr heterogen zusammengesetzt: In dem wandernden Mischbett sind alle Korngrößen vorhanden, vom faustgroßen Brocken bis hin zu mehlfeinem Staub, der über seine große spezifische Oberfläche für das Binden der Schadstoffe ausschlaggebend ist.

Kalk dient als Katalysator

Am Ende des Vergasungsprozesses im Schachtofen ist eine Kühlzone angeordnet, die die anfallende Asche und den Kalk herunterkühlt. Dieses Konzept habe man aus der Kalkbrenntechnik übernommen, erläutert der Planer, den seine Kollegen gerne auch als „Mr. Ecoloop“ bezeichnen. Die Kühlzone befinde sich unten am Reaktor, wo die Vergasungsluft in das System eindosiert werde. „Die Luft kühlt also im Gegenstromverfahren das Schüttgutwanderbett samt allem, was nicht vergasbar ist, vor dem Austritt ab, erhitzt sich dabei auf Reaktionstemperatur und steht somit sehr energieeffizient zur Vergasung bereit – wie in einem Wärmetauscher“, so Möller.

Anschließend durchläuft das erkaltete Schüttgutwanderbett eine Siebstrecke, in der die groben Bestandteile von den feinen separiert werden. Die Schadstoffe werden überwiegend durch die feinsten Korngrößen gebunden und gelangen in die Entsorgung bzw. zur Deponierung, während das Grobmaterial wieder dem Schüttgutwanderbett und damit einem erneuten Durchlauf durch den Reaktor zugeführt wird. „Auf diese Weise nutzt der Kalk sich mechanisch und chemisch stetig weiter ab und generiert dabei automatisch seine große spezifische Oberfläche für die Schadstoffbindung“, sagt Möller. Der Anteil feinen Materials im Silo nehme im Laufe der Zeit zu, während der Grobanteil schwindet und durch Nachschub aus dem Kalkwerk aufgefüllt wird, so dass immer die gleiche Dosierung vorhanden ist. Das Silo sei also Start- und Endpunkt des Kreislaufs.

Rückgewinnung von Stoffen

Weiterhin könnte man auch Elektronikschrott einbringen, so Möller. Dabei werde sicher weniger Syn­thesegas entstehen wie bei kunststoffhaltigem Material, aber hier seien die in den Bauteilen enthaltenen Edelmetalle von Interesse. „Erst recht interessant wird Ecoloop, wenn Sie noch die Metalle der Seltenen Erden berücksichtigen, die heute in einer Vielzahl elektronischer Bauteile stecken“ erklärt der Projektentwickler. Mittels Aufkonzentration ­ließe sich das Feingut anschließend einer entsprechenden metallurgischen Aufbereitung zur Separation und Rückgewinnung dieser Elemente zuführen. „Unsere Berechnungen haben im Dialog mit universitären Forschungseinrichtungen ergeben, dass der Gehalt an Seltenen Erden im Ecoloop-Feingut bei weitem höher sein dürfte als in den ursprünglich zur Gewinnung abgebauten Erzen. Aber dazu ist die Anlage in Rübeland zu groß, das müsste in einer modifizierten Anlage in kleinerem Maßstab erfolgen“.

Allerdings habe man, was die Anreicherung von solchen Wertstoffen angeht, bisher keine praktische Erfahrung, sondern nur theoretische Überlegungen, sagt Möller. „Was passiert mit diesen Metallen im Reaktordurchlauf? Schmelzen sie? Bleiben sie als Schmelztröpfchen auf dem Kalk hängen? Oder oxidieren sie? Bleiben sie elementar? Das sind umfangreiche Überlegungen, die wir angestellt haben, aber es gibt dazu keine Pilot- oder Versuchsanlage“. Die Priorität liege für ihn und seine Mannschaft eindeutig zunächst einmal darin, die erste großtechnische Ecoloop-Anlage in Betrieb zu nehmen. Der Fokus sei dabei auf die Energieeffizienz gerichtet, um Synthesegas als Regelbrennstoff für Hochtemperaturprozesse bereitzustellen. „Diese anderen Prozesse sind Visionen, die haben wir nur theoretisch durchgeführt, um sie patentieren zu können. Das wäre ein nächster Entwicklungsschritt“.

Kein Widerspruch zur Müllverbrennung

Der rein thermische Wirkungsgrad der Anlage liegt – bei Berücksichtigung des unteren Heizwertes der EBS oder der Kunststoffe und Aufbilanzierung gegenüber dem Heizwert des Synthesegases – etwas oberhalb 80 %. Das sei recht hoch, aber wiederum auch normal für solche Gegenstromvergaser, so Möller. „Bisher war immer nur das Problem, einen Gegenstromvergaser mit Kunststoffabfällen überhaupt in Gang zu bringen. Das haben wir nun mit dem Kalkwanderbett gelöst“.

Schwefelfreier Ersatzbrennstoff

Um dem entgegenzuwirken, setze die Kalkindustrie schon von sich aus schwefelarmes Erdgas ein, um die erforderlichen Kalke zu produzieren. Im Ecoloop-Synthesegas, das ja von sich aus schon keinen Schwefel enthalte, weil dieser – wie auch Chlor – an den Kalk gebunden sei und damit praktisch nicht mehr im Brennstoff vorhanden ist, sieht Möller einen großen Vorteil. „Von den wirtschaftlichen Aspekten mal ganz abgesehen“.

Auch für andere Branchen interessant

Neben der Zementindustrie sieht man im Ecoloop-Team aber vor allem noch andere Branchen als hochinteressant an für das Verfahren an. Beispiele dafür sind die Kalkindustrie – „Wie wir ja hier vor Ort sehen“, so Möller – natürlich aber auch die Roheisen- und Stahlproduktion. Die sehe man als idealen Partner. Generell würden sich Industriezweige anbieten, die eigene Synthesegasnetze betreiben. „Gichtgas oder Koksofengas sind nichts anderes als Synthesegase. Dort herrscht zuweilen ein Gas-unterschuss, was den Einsatz von Ecoloop zur idealen Ergänzung macht. Oder nehmen Sie die Papierindustrie. Dort wurden vereinzelt schon EBS-Kraftwerke gebaut, um den hohen Energiebedarf zu decken und gleichzeitig die Reststoffe zu verbrennen, wie sie etwa bei der Altpapieraufbereitung anfallen.“

Zu berücksichtigen seien natürlich auch die Kosten für den Bau einer Abfallverwertungsanlage, so Möller. Die Investitionshöhe für eine Ecoloop-Anlage liege signifikant unter der für eine konventionelle Rostfeuerungsanlage. „Der Neubau eines EBS-Kraftwerks kostet heute pro MW thermischer Leistung rund 1,5 bis 2 Mio. € pro erzeugter Megawattstunde thermischer Leistung. Für die gleiche Leistung aus dem Ecoloop-Verfahren bezahlen Sie dagegen weniger als 1 Mio. €“. Durch die niedrige Komplexität des Verfahrens und die einfache Realisierung sehe man einen großen Vorteil bei der Investitionshöhe für den Kunden.

Synthesegas auch zur Stromerzeugung

Als Vision hat Möller aber noch einen weiteren Schritt des Verfahrens parat: „Wir wollen, was die Herstellung von Synthesegas angeht, uns so weit nach den Richtlinien des Umweltbundesamtes entwickeln und verbessern, dass wir unser Produkt als Regelbrennstoff genehmigt bekommen – wie Gase der öffentlichen Gasversorgung“. Das sei technisch sicherlich machbar, müsse aber dennoch erst mal in Messprogrammen unter Behördenaufsicht im Rahmen der Anlagenoptimierung nachgewiesen werden. „Zunächst einmal gilt es, diese Anlage hier im Kalten Tal in Gang zu bringen“, erklärt der Projektentwickler und -leiter. Nach dem ersten Probelauf im Frühjahr soll im Sommer die Vergasung der Kunststoffe beginnen. „Anschließend fahren wir die Anlage sukzessive bis zum Volllastbetrieb hoch“, so Möller abschließend.