Ökologischer Vergleich von Kalkhydrat und Natriumbicarbonat
beim Einsatz in der trockenen Rauchgasreinigung

Kalk spielt im Umweltschutz eine bedeutende Rolle, wobei er sich nicht nur durch seine Eigen­schaften sondern gerade auch aufgrund seines natürlichen Vorkommens zum univer­sellen Einsatz im Umweltbereich eignet und akzeptiert wird. Mit Kalk und seinen Veredelungsprodukten lassen sich die sauren Gase, die gasförmigen Metallverbindungen und die organischen Spurenstoffe mit verschiedenen Verfahren aus dem Abgas von Abfallverbrennungsanlagen entfernen. Die Wahl des geeigneten Verfahrens richtet sich nach der Rohgasbe­lastung, der zu erzielenden Abscheideleistung und dem Verwertungsweg des aus der Ab­gas­reinigung ge­wonnenen Reaktionsproduktes.

Seit vielen Jahren etabliert und ständig weiterentwickelt wurden die Trockensorptionsverfahren, bei denen Kalk in den Abgasstrom eingedüst und über einen filtern­den Abscheider das Reaktionsprodukt zurückgehalten wird. Alternativ zu den Kalk­produkten gibt es unter bestimmten Randbedingungen auch die Möglichkeit, Natriumhydrogencarbonat NaHCO₃ (nachfolgend Natriumbicarbonat genannt) als basische Reaktionskomponente in Trockensorptionsverfahren einzusetzen. Unter­schiede gegenüber der Verwendung von Calciumhydroxid bestehen beispielsweise in der benötigten Reaktionstemperatur und der zum Erreichen des gewünschten Reinigungseffekts benötigten Sorbensmenge.

Aufgrund der höheren Reaktionstemperaturen des Natriumbicarbonats lassen sich in den gängi­gen katalytischen Entstickungsverfahren (SCR-Verfahren) Energieeinsparungen erzielen, da zum Aufheizen des Rauchgases vor den jeweiligen Katalysatoren eine geringere Temperaturdifferenz zu überwinden ist. Zudem sind die anfallenden Reststoffmengen während des Ein­satzes von Natriumbicarbonat geringer als beim Einsatz von Kalkhydrat. Dadurch entstand in der Vergangenheit der Eindruck, dass Natriumbicarbonat das ökologisch sinnvollere Rauchgasadditiv sei. Eine Beurteilung unter ökologischen Gesichts­punkten muss jedoch weiter gefasst werden und auch den Herstellungs­prozess der verschiedenen Einsatzstoffe einbeziehen. Aus diesem Grund wurde von der TU München, Lehrstuhl für Rohstoff- und Energietechnologie – Prof. Faulstich, eine vergleichende ökologische Gegen­überstellung beider Sorbentien durchgeführt.

Für die ökologische Beurteilung der beiden Rauchgasadditive werden zwei Anlagen­konfigurationen als Referenzszenarien betrachtet. Beide basieren auf einer kondi­tio­nierten Trockensorption mit einem Reaktor bzw. einer Quenche und einem Gewebefilter und unterscheiden sich in der Art des Entstickungsverfahrens (SCR und SNCR). Für Kalkhydrat wurde dabei eine Reaktionstemperatur von 140 °C und für Natriumbicarbonat von 180 °C angenommen.

Durch die Betrachtung aller Ver­fahrensschritte, von der Herstellung bis hin zum Einsatz in der Abgasreinigung, werden die unterschiedlichen ökologischen Auswir­kungen beider ­Additive anhand verschiedener Wirkungskategorien abgeleitet. Die Wirkungsabschätzung erfolgt dabei anhand der folgenden ­Wirkungskategorien:

­– Treibhauseffekt,

­– Versauerung,

­– Eutrophierung,

­– Energieverbrauch und

­– Rohstoffverbrauch, sowie

­– der zusätzlichen Bewertungsparameter

• Rückstände und

• Abraummenge,

wobei mit den entsprechenden und standardisierten Wirkungsfaktoren gearbeitet wird.

Ergebnis

Im untersuchten Referenzszenario mit SCR hat der Einsatz von Kalkhydrat überwiegend eine positive Wirkung gegenüber dem Einsatz von Natriumbicarbonat (Bild 1) Lediglich bei den Rück­standsmengen ist Natriumbicarbonat etwas im Vorteil. Wird zum Quentschen des Abgases auf die benötigte Reaktionstemperatur Abwasser anstatt Prozesswasser benutzt, so haben in dieser Wirkungskate­gorie beide Additive gleiche Wirkung. Nicht berücksichtigt, weil keiner Wirkungskategorie zugeordnet werden kann, ist allerdings die anorganische Salzfracht aus der Bicarbonat­herstellung, die über das Medium Wasser abgegeben wird. Die saure Chloridfracht wird in neutrales Salz umgewandelt und über den Vorfluter abgegeben. Bezogen auf 1 t Abfall werden während der Produktion der später zur Reinigung notwendigen Menge an Natriumbicarbonat nahezu 25 kg anorganische Salze über den Wasserweg ausgetra­gen.

Beim untersuchten Alternativszenario mit SNCR wird der ökologische Vorteil des Kalkhydrats deutlicher, da der Energieverbrauch und die damit verbundenen klimawirksamen Emissionen aufgrund einer überflüssigen Wiederaufheizung der Rauchgase reduziert werden (Bild 2).

Fazit

Ein entscheidendes Kriterium bei der Bewertung der Ergebnisse ist die Relevanz der jeweiligen Wirkungskategorien. In der Studie der TU München standen die Wirkungskategorien Treibhauseffekt, Energie- und Rohstoffverbrauch im Vordergrund. Wie die Ergebnisse der untersuchten Referenzsze­narien mit SCR-Anlagen gezeigt haben, ist der Einsatz von Kalkhydrat unter ökologischen Gesichtspunkten bei Treibhauseffekt und Energieverbrauch sinnvoller. Allerdings können Veränderungen in den Eingangsparametern und der Anlagenkonfiguration auch Änderungen in dem Ergebnis hervorrufen, denn je höher der stöchiometrische Faktor für den Einsatz von Kalkhydrat, je schlechter die Wirk­substanz von Kalkhydrat und je energieaufwändiger die Wiederaufheizung der Abgase sind bzw. je mehr klimaschädliche Emissionen bei der Wiederaufheizung entstehen, desto ungünstiger wird das Ergebnis.