8 September 2015

Aus Klärschlamm wird Synthesegas und Biokohle: Neue Perspektiven für kleine Gemeinden

Dr. Olivier Lepez, Koordinator von PYROCHAR, erklärt, wie das Projektteam ein energie- und kosteneffizientes Verfahren entwickelt hat, um Klärschlamm der Gemeinde mit thermo-chemischen Verfahren in nützliche Biokohle und Synthesegas umzuwandeln

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© Olivier Lepez

Die Klärschlammproduktion europäischer Abwasseraufbereitungsanlagen nimmt zu und landet trotz der darin enthaltenen organischen Substanzen und Nährstoffe oft auf Deponien oder in Verbrennungsanlagen. Das Projekt PYROCHAR hat eine Technologie entwickelt, welche die Verwertung dieses Schlamms in Gemeinden mit weniger als 10.000 Einwohnern ermöglicht – und all dies zu geringeren Kosten als Deponien und Verbrennungsanlagen bieten.

Angesichts der Bodenverschlechterung, die landwirtschaftlich nutzbare Flächen in Europa bedroht, und der Tatsache, dass die EU zunehmend nach Möglichkeiten sucht, den von Abwasseraufbereitungsanlagen erzeugten Klärschlamm zu verwerten, wäre eine Lösung zur Produktion von Bodenverbesserern aus Klärschlamm zum Nutzen der Landwirte recht praktisch.

Angenommen, Sie sind Teil einer kleinen Gemeinde ohne nahegelegene Anlage zur Klärschlammbehandlung. Der Transport des Klärschlamms zur nächstgelegenen Verbrennungsanlage ist voraussichtlich zu teuer und Deponien werden von umweltbewussten Bürgern und EU-Behörden gleichermaßen immer weniger in Betracht gezogen. In einem solchen Szenario wird der Bedarf für eine Alternative immer dringlicher.

Das Projekt PYROCHAR (PYROlysis based process to convert small WWTP sewage sludge into useful bioCHAR) könnte genau das sein, wonach Gemeinden mit weniger als 10.000 Einwohnern gesucht haben. Seit 2013 arbeitet das Projekt an der Entwicklung eines energie- und kosteneffizienten Verfahrens, um Klärschlamm mit thermo-chemischen Verfahren in nützliche Biokohle (Kohle aus Pyrolyse) und Synthesegas umzuwandeln.

Dr. Olivier Lepez, Vorsitzender und CEO von ETIA und Koordinator des PYROCHAR-Verfahrens, erklärt, wie diese Technologie das aktuelle Problem kleiner Gemeinden beim Umgang mit der zunehmenden Menge an Klärschlamm angehen wird, während Landwirte potenziell eine kostenfreie Lösung für die Aufbringung auf den Boden erhalten.

Was sind Ihrer Ansicht nach die Hauptprobleme, mit denen sich kleine Gemeinde konfrontiert sehen, was Anlagen zur Klärschlammbehandlung angeht?

Kleine Gemeinden mit einer Bevölkerung von etwa 10.000 Einwohnern oder ähnliche Gemeinden sehen sich oft dem Problem gegenüber, dass sich die Schlammverbrennungsanlagen recht weit entfernt befinden, was bedeutet, dass der Transport des Klärschlamms und seine Verbrennung viel Geld kostet. Daher greifen diese Gemeinden oft auf Deponien zurück, die zunehmend zu einem Problem werden. Viele Länder haben Deponien nämlich bereits verboten.

Diesen Gemeinden dabei zu helfen, eine Alternative zu Deponien oder teurerer Verbrennung zu finden, ist unser großes Hauptanliegen. In Frankreich haben wir beispielsweise rund 18.000 Wasseraufbereitungsanlagen, von denen ca. 93 % von kleinen Gemeinden mit 10.000 oder weniger Einwohnern genutzt werden.

Wie trägt die PYROCHAR-Technologie zur Lösung dieses Problems bei?

Die PYROCHAR-Technologie ist eine vollentwickelte Technologie. Wasseraufbereitungsanlagen erzeugen normalerweise Schlamm, der anschließend in einer Zentrifuge verarbeitet wird. Ergebnis ist ein Schlamm mit ca. 80 % Feuchtigkeit und 20 % Trockensubstanz, die den einzigen resultierenden Ausgangsstoff bildet.
Bei PYROCHAR ist das Trocknen des Schlamms jedoch nur der erste Schritt. In Gemeinden mit 10.000 Einwohnern oder ähnlichen Gemeinden beträgt die durchschnittliche Durchflussrate etwa 100 kw/h Nassschlamm. Dieser geht in einen Trockner, um 20 bis 22 kg Trockensubstanz zu erhalten, und diese durchläuft wiederum einen Hochtemperatur-Pyrolyseprozess, um uns beim Quantifizieren zu helfen. Ungefähr 50 % dieses Schlamms wird in Synthesegas mit einem Qualitätswert von rund 17 Megajoule pro Kubikliter umgewandelt. Anschließend wird dieses Gas verbrannt, um Dampf zu erzeugen und die für den Trockner benötigte Energie zu erzeugen. Zum anderen erzeugen wir auch eine Biokohle, die je nach enthaltenen Schmutzstoffen potenziell als Bodenverbesserer oder Festbrennstoff verwertet werden kann.

Gibt es weitere Möglichkeiten, um das durch die PYROCHAR-Technologie erzeugte Synthesegas und die Biokohle zu verwerten?

Für das Synthesegas gibt es zwei Möglichkeiten. Neben der Erzeugung von Dampf für den Trockner lässt sich das Synthesegas auch verwenden, um einen Gasmotor zu befeuern, mit dem Elektrizität erzeugt wird, wenn der Kunde bereits seine eigene Energiequelle für den Trockner hat.

Bei der Biokohle ist der Schmutzstoff ausschlaggebend. Klärschlamm kann mit Schwermetallen, Pharmazeutika oder chemischen Produkten verschmutzt sein. Obwohl uns der Pyrolyseprozess erlaubt, eine Biokohle zu erzeugen, die absolut steril ist (geruchslos, ohne Pathogene) und aus der alle organischen Moleküle verschwunden sind, kann sie noch einige Schwermetallrückstände enthalten. In einem solchen Szenario kann die Biokohle nicht für die Landwirtschaft genutzt aber verbrannt werden: Sie hat noch einen Qualitätswert von etwa 10 bis 15 Megajoule pro Kilogramm.

Im Fall kleiner Gemeinden, bei denen in der Regel keine Industrie an die Wasseraufbereitungsanlage angeschlossen ist, ist der Schlamm wahrscheinlich nicht mit Schwermetallen verschmutzt, sodass die Biokohle einen guten Dünger oder Bodenverbesserer abgeben kann.

Können sich kleine Gemeinden eine solche Technologie leisten?

Eines unserer Ziele ist es, einen wettbewerbsfähigen Preis zu erreichen. Wir möchten eine Lösung bieten, die rund 50 bis 60 Euro pro Tonne Nassschlamm kostet. Deponien kosten heutzutage zwischen 60 bis 80 Euro pro Tonne und die Verbrennungskosten liegen je nach Land zwischen 100 bis 200 Euro pro Tonne.

Inwiefern kann Ihre Technologie Landwirten Nutzen bringen? Müssten sie für den Erhalt dieser Biokohle zahlen?

Die Gemeinde könnte einen großen sozialen Beitrag leisten, indem sie ihren Landwirten die Möglichkeit einräumt, die Biokohle für ihre eigenen landwirtschaftlichen Betriebe zu nutzen, entweder kostenlos oder zu einem ausgehandelten Preis. Diese Entscheidung hängt vom Geschäftsmodell und der wirtschaftlichen Machbarkeit des Systems ab. Falls die einzige andere Alternative für die Gemeinde darin besteht, die Verbrennung für 200 Euro pro Tonne zu wählen, gibt es natürlich eine beträchtliche Marge, die es realistisch macht, die Biokohle den Landwirten anzubieten. Wenn andererseits die Differenz zwischen aktuellem und potenziellem Preis viel geringer ist, dann muss die Gemeinde für diese Biokohle womöglich einen gewissen Preis verlangen.

Wo stehen Sie bei der Entwicklung des Prototyps?

Wir haben fast alle in den Arbeitspaketen vorgesehenen Aufgaben abgeschlossen. Das Einzige, was es noch zu zeigen gilt, ist der an das Synthesegas angeschlossene Gasmotor. Wir haben bereits Tests mit Trocknern und mit einer Hochtemperatur-Pyrolyse durchgeführt und wir haben das Synthesegas und die Biokohle analysiert. Nun müssen wir alle Komponenten miteinander verbinden, was im Zeitraum August/September geschehen wird. Zu guter Letzt werden wir die finalen Tests durchführen, einschließlich des Gasmotors im September/Oktober.

Haben kleine Gemeinden Ihnen gegenüber bereits Interesse geäußert?

Wir haben das Verfahren noch nicht beworben und werden dies erst tun, wenn wir ausreichend Daten vorliegen haben. Wir stellen jedoch bereits erstes Interesse seitens kleiner Gemeinden fest. Die Verbreitungsmaßnamen werden im Oktober starten und diese sollten uns viel über das kommerzielle Potenzial unserer Technologie sagen können.

Was sind Ihre Pläne nach Ende des Projekts?

Wenn alles wie erwartet funktioniert, ist die Idee, eine größere Anlage für Demonstrationszwecke zu errichten und zu versuchen, ein Programm für die Industrialisierung und Kommerzialisierung vorzubereiten. Wir möchten uns um die Horizont 2020-Finanzierung bewerben, aber nur mit einem vollständigen Prototyp, der bereits validiert wurde.

Source: Cordis, Pressemitteilung, 2015-08-27.

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