Flexibilitätsoptionen thermischer Abfallbehandlungsanlagen durch stromnetzabhängige CO2-Nutzung

Flexibilitätsoptionen thermischer Abfallbehandlungsanlagen durch stromnetzabhängige CO2-Nutzung

Neue Wertschöpfungspfade für Betreiber


Von insgesamt über 392 Mio. Tonnen Abfall werden rund 11 % (46,1 Mio. Tonnen) thermischen Abfallbehandlungsanlagen (TAB) zugeführt (EU-28). Aktuell stellen sich Anlagenbetreiber der Herausforderung volatiler Strompreise, was in der Vergangenheit zu niedrigeren Erlösen geführt hat. Gleichzeitig steigen die Anforderungen von Seiten der Netzbetreiber (EEG, EnWG) an eine flexible Stromeinspeisung deutlich, was im Widerspruch zu dem auf Kontinuität ausgelegten Verbrennungsprozess steht. Durch die angestrebte branchenweite Erhöhung der Recyclingquote wird dieser gegensätzliche Effekt zwischen Flexibilität und Kontinuität zusätzlich verschärft. Die Reduktion der Abfallmengen setzt die Betreiber zusätzlich unter Druck. Zur marktgerechten Umsetzung der Anforderungen sind neue alternative Wertschöpfungspfade erforderlich, die mit einer Stabilisierung der Erlöse einher gehen.

Diese Herausforderung hat die bse Engineering Leipzig GmbH (BSE) angenommen und gemeinsam mit spezialisierten Partnern eine ganzheitliche Lösung entwickelt.

Thermische Abfallbehandlung Methanol Produktion Schaubild

Abbildung: Vereinfachte Darstellung einer Anlagenschaltung flexible thermische Abfallbehandlungsanlage; © BSE

Betrachtet man die einzelnen erzeugten Stoffströme, so wird deutlich, dass neben Strom und Wärme auch Kohlenstoffdioxid im Rauchgas entsteht. Kohlenstoffdioxid avancierte in den letzten Jahren immer mehr vom Klimaschädling zu einem potentialträchtigen Rohstoff, welcher in neuen Wertstoffkreisläufen gebunden werden kann. Die Nutzung dieses Rohstoffes in einer Grundchemikalie, die dem Kreislauf zurückgeführt wird erhöht die Kohlenstoff-Recyclingquote der gesamten Abfallwirtschaft.

Seit 1923 ist die katalytische Herstellung von Methanol als Grundchemikalie bekannt und wird weltweit auf Basis eines Kupfer-Zink-Aluminium-Katalysators erfolgreich betrieben. In der Methanolsynthese finden zeitgleich drei chemische Reaktionen statt:


CO2 + 3H2 ↔ CH3OH + H2O

CO2 + H2 ↔ CO + H2O

CO + 2H2 ↔ CH3OH


Das nicht zu Methanol umgesetzte Synthesegas (Eingang H2 und CO2) wird über einen Kreisgasverdichter dem Reaktor nach Auskondensation des Methanols zurückgeführt. Dadurch stellt sich ein stöchiometrisches Gleichgewicht von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff ein, das identisch mit allen Methanolanlagen weltweit ist.

Durch die Kreisgasführung ist eine vollständige Umsetzung des Kohlendioxids nach mehreren Kreisläufen gesichert. Diese Reaktion kann selbst bei einer fluktuierenden Bereitstellung von Wasserstoff zuverlässig betrieben werden. Der für die Reaktion notwendige Wasserstoff wird durch eine Elektrolyse bereitgestellt. Bei Stromnachfrage aus dem Stromnetz wird die Elektrolyse gedrosselt und der Mehrwert des Stromes am Strommarkt regeneriert.

Das benötigte Kohlendioxid wird durch eine Aminwäsche entsprechend dem Bedarf der Methanolsynthese aus dem Rauchgas der TAB bereitgestellt und reduziert die CO2-Emissionen um bis zu 15 %. Dies bedeutet zusätzlich eine Erhöhung der Kohlenstoffrecyclingquote um bis zu 15 %, da das erzeugte Methanol als Grundchemikalie (bspw. zur Herstellung von Lösungs-, Reinigungs- und Verdünnungsmittel oder Kunststoffen) der Kreislaufwirtschaft zurückgeführt wird.

Neben dem Wertschöpfungspfad Grundchemikalie ergibt sich für das vielseitig verwendbare Methanol auch ein neuer Premiummarkt. Denn das an der TAB erzeugte Methanol wird seit neuem als fortschrittlicher Kraftstoff im Treibstoffsektor anerkannt.

Für den Betreiber ergeben sich neben deutlich wirtschaftlichen Vorteilen auch wie eingangs erwähnt positive technische Effekte und Lösungen für einen zukunftsfähigen Betrieb:

  • Eigenproduktion des Brennstoffs Methanol zur Stützfeuerung
  • Sauerstoff mit hoher Reinheit als Endprodukt der Elektrolyse (z.B. Einsatz in der Verbrennung)
  • Teilnahme am Regelenergiemarkt durch Bereitstellung gewonnener, flexibler Kapazitäten
  • Schaffung von Synergien am Standort bspw. durch Wärmerückgewinnung (exotherme Reaktion der Prozesssynthese sowie Niedertemperatur der Elektrolyse für Vorwärmung)


Fazit

Eine strommarktgeführte Betriebsweise führt zur deutlichen Steigerung der technischen und wirtschaftlichen Flexibilität. Mit Hilfe einer flexiblen Methanolproduktion können Betreiber von thermischen Abfallbehandlungsanlagen perspektivisch langfristig kostendeckend agieren. Durch den Einsatz effizienter Technologien erfolgt eine nachhaltige Treibhausgasminderung. Die Kohlenstoffrecyclingquote wird um bis zu 15 % erhöht. Die hergestellten Mengen Methanol stellen einen wichtigen Baustein in der Dekarbonisierung dar. Durch die Bereitstellung kurzfristig einsetzbarer Reservekapazitäten können Zwangsabschaltung sowie Einspeisung bei ungünstiger Vergütung vermieden werden. Den Anforderungen der Branche wird das unter Leitung der BSE gebündelte Konsortium gerecht. Es hat sich auf die Umsetzung von strommarktgeführten Methanolanlagen spezialisiert und bedient sich dabei bereits heute technisch verfügbarer Lösungen.


Kontakt

bse Engineering Leipzig GmbH

Hr. Christian Schweitzer

Mottelerstraße 8

04155 Leipzig


Telefon: +49 (0) 341 60912-0


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