Forschungsprojekt Eco-PIK erfolgreich abgeschlossen: Projekt bestätigt technische Machbarkeit der dezentralen Klärschlammvergasung

Die dezentrale Klärschlammvergasung ist technisch machbar. Zu diesem Ergebnis kommt das Forschungsprojekt Eco-PIk. Die Blue Energy Group, das Bifa Umweltinstitut und die Technische Hochschule Augsburg haben darin einen Verwertungsweg untersucht, bei dem mittelgroße Kläranlagen ihren ausgefaulten Klärschlamm am Standort thermisch behandeln. Der Schlamm wird dafür entwässert, getrocknet und zu Pellets verarbeitet. Durch die Vergasung sollten Transporte zu zentralen Monoverbrennungsanlagen vermieden und zugleich die im Klärschlamm enthaltene Energie genutzt werden.

Wie dem Schlussbericht des vom Bundeswirtschaftsministeriums geförderten Projekts zu entnehmen ist, wurden in einem Dauerversuch innerhalb von 34 Stunden insgesamt 1,82 Tonnen Klärschlammpellets vergast. Der mittlere Durchsatz lag bei rund 54 Kilogramm pro Stunde. Die Versuchsanlage erreichte über längere Zeit stabile Betriebsbedingungen. Die Projektpartner werten dies als Nachweis, dass sich pelletierter Klärschlamm grundsätzlich in einem Festbettvergaser behandeln lässt.

Für einen dauerhaften Betrieb seien vor allem die Beschaffenheit der Pellets und der Umgang mit der anfallenden Asche entscheidend, heißt es im Bericht weiter. Ein hoher Anteil kleiner und zerbrochener Pellets habe den Prozess deutlich beeinflusst. Wegen des hohen mineralischen Anteils des Klärschlamms fallen zudem vergleichsweise große Aschemengen an. Durch einen verbesserten Austrag ließ sich die Asche im Versuch kontrolliert aus der Anlage entfernen.

Weiterer Entwicklungsbedarf besteht unter anderem bei der Zuführung von Wasserdampf und der Messung der erzeugten Gasmengen. Eine parameteraufgelöste Massenbilanz und eine volumetrische Bilanz der erzeugten Gasströme waren wegen messtechnischer Einschränkungen nicht möglich, schreiben die Projektpartner in ihrem Bericht.

Entstehendes Gas kann energetisch genutzt oder in die Schlammfaulung geleitet werden

Das bei der Vergasung entstehende Gas kann nach dem untersuchten Konzept auf zwei Wegen genutzt werden. Bei der einfacheren Variante wird es direkt zur Erzeugung von Strom und Wärme eingesetzt. Alternativ können Bestandteile des Gases in die vorhandene Schlammfaulung eingebracht und dort biologisch zu zusätzlichem Methan umgesetzt werden. In Laborversuchen ließ sich auf diese Weise ein Gas mit einem Methananteil von mehr als 95 Prozent erzeugen. Hinweise auf eine Beeinträchtigung des biologischen Prozesses wurden unter den untersuchten Bedingungen nicht festgestellt. Nach Einschätzung der Forscher könnten die Gaszumischungen grundsätzlich auch in einer Pilotanlage eingesetzt werden.

Für die Strom- und Wärmeerzeugung wurde außerdem eine flexibel regelbare Mikrogasturbine modelliert, geht aus dem Schlussbericht weiter hervor. Damit soll sich die Energieerzeugung stärker an den Bedarf der Kläranlage anpassen lassen. Die vorgesehene praktische Überprüfung dieses Anlagenkonzepts wurde während des Projekts jedoch nicht abgeschlossen. Die Ergebnisse zur Mikrogasturbine beruhen deshalb im Wesentlichen auf Berechnungen.

Für Kläranlagen mit 100.000 und 300.000 Einwohnerwerten haben die Projektpartner die Kosten zweier möglicher Umsetzungen abgeschätzt. Bei einer direkten Nutzung des erzeugten Gases ergeben sich rechnerische Entsorgungskosten von 197 beziehungsweise 148 € je entwässerten Klärschlamms. Als Vergleichswert für die Entwässerung, den Transport und die externe Monoverbrennung setzt der Bericht rund 232 € je Tonne an. Die betriebsinterne Vergasung wäre unter diesen Annahmen bei beiden Anlagengrößen günstiger.

Gasaufbereitung für Methanisierung erhöht technischen und finanziellen Aufwand

Die zusätzliche Aufbereitung des Gases über die Methanisierung erhöht dagegen den technischen und finanziellen Aufwand. Für diesen Weg werden Kosten von 259 € je Tonne bei einer Kläranlage mit 100.000 Einwohnerwerten und 194 € bei 300.000 Einwohnerwerten veranschlagt. Damit läge die Variante bei der kleinen Anlage über und bei der größeren Anlage unter dem angenommenen Vergleichswert der externen Monoverbrennung. Die Methanisierung schnitt in der ökologischen Bewertung teilweise günstiger ab, verursacht aber insbesondere durch die Bereitstellung und Aufbereitung des benötigten Wasserstoffs zusätzliche Kosten.

Strom und Wärme aus der Vergasung sollen zunächst den Bedarf der Kläranlage sowie der Klärschlammtrocknung und der weiteren Behandlungsschritte decken, führen die Projektpartner in Ihrem Bericht aus. Für darüber hinaus anfallende Wärme wären geeignete Abnehmer erforderlich. Mögliche Absatzwege seine bestehende oder neue Wärmenetze. Ob die erzeugte Wärme vollständig genutzt werden kann, hänge damit wesentlich von den Bedingungen am jeweiligen Kläranlagenstandort ab.

Die Projektpartner weisen darauf hin, dass nach der Vergasung eine phosphorreiche Asche zurückbleibt. Ihre weitere Aufbereitung und die Rückgewinnung des enthaltenen Phosphors waren nicht Gegenstand des Projekts. Auch der vollständige Verwertungsprozess wurde noch nicht in einer zusammenhängenden Pilotanlage erprobt. Die untersuchten Varianten werden im Abschlussbericht deshalb als konzeptionelle und nicht als ausgereifte Technologien eingeordnet.

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