Stoffflussanalyse als Instrument zur Optimierung der Abfallbehandlung

1. Stoffflussanalyse als Instrument zur Optimierung der Abfallbehandlung Barbara Zeschmar-Lahl, BZL GmbH

2. 1. Stoffflussanalyse – eine Methode zur Bilanzierung von Prozessen und Systemen 2. Anwendung der Stoffflussanalyse in der Abfallwirtschaft 3. Aufgabenstellung der Abfallbehandlung 4. Abfallbehandlung in Wien 5. Optimierung der thermischen Restabfallbehandlung in Wien 6. Fazit

3. 1. Stoffflussanalyse - eine Bilanzierungsmethode FInput = Σ [FOutput + Δ Lager] • Keine Berücksichtigung in SFA: • Toxikologie (Cr-III/Cr-VI) • Energiebilanz • Ökobilanz (Last-/Gutschriften) • technische Probleme wie Verbrennungsverhalten

4. 2. Anwendung der SFA in der Abfallwirtschaft SFA für übergeordnete abfallwirtschaftliche Fragestellungen • Baccini und Brunner (CH): Metabolism of the Anthroposphere, 1991:Region METALAND: mehr als 50 % des im Umlauf befindlichen Cadmiums stecken im Bestand (Güter) • Fehringer et al.: Projekt ASTRA (A), 1997: Szenarien für die Entsorgung brennbarer Abfälle in Österreich im Hinblick auf Umweltverträglichkeit und Ressourcennutzung • Fehringer et al.: Projekt PRIZMA (A), 1999: Beurteilung des Einsatzes von Abfallbrennstoffen in Zementdreh-rohröfen in stofflicher Hinsicht (Emis-sionen, Produktqualität, Stoffflüsse) mit dem Ziel, Positivlisten zu erstellen. • Projekt Scheinverwertung (D), 2000: Untersuchung, in welchem Umfang die in definierten Abfällen enthaltenen Schadstoffe über unterschiedliche Prozesse je nach rechtlichen Rahmen-bedingungen im System Technosphäre verbleiben oder in Umweltmedien verteilt werden. SFA für Bilanzierung abfallwirtschaftlicher Anlagen • Morff et al.: die Müllverbrennungs-anlagen Spittelau/ Wien (1995/2001ff.) und Wels (1997), Quelle: http://www.aeiou.at/ • Schachermeyer et al., 1998: zwei Baurestmassenaufbereitungs-anlagen, • Gerger und Kritzinger, 1999: die Gmundner Zementwerke, • Harant et al., 1999: die mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungs-anlagen (MBA) Allerheiligen, Kufstein und Zell am See, • Genehmigungsbescheid RVL Lenzing, 2001, • Zeschmar-Lahl, 2003: die rein mechanische Restabfall-Splittinganlage in Wien. Quelle: MA 48 2003: ÖWAV-Regelblatt 514

5. 3. Die Aufgabenstellung der Abfallbehandlung Wiener AWG § 1 (1): Ziel ist es, - nach Abfallvermeidung und -verringerung, Abfalltrennung und Abfallverwertung -,... 4. nicht verwertbare Abfälle je nach Beschaffenheit durch biologische, thermische, chemische oder physikalische Verfahren zu behandeln und in möglichst umweltneutraler (inerter) Form dem Stand der Technik entsprechend in einer genehmigten Deponie abzulagern (Grundsatz der Reststoffbehandlung und der geordneten Ablagerung). Umsetzung in einer MVA

6. Überführung in Senken „Eine letzte Senke wird als ein Ort in der Hydro-, Pedo-, Litho- oder Atmosphäre definiert, in dem die Aufenthaltszeit eines Stoffes mehr als 10.000 Jahre beträgt.“ ÖWAV-Regelblatt 514, 2003 • Organismen und organische Verbindungen: • Mineralisierung zu CO2 (und NOx, SO2 etc., s.u.: Salze) oder Überführung in weniger komplexe organische Verbindungen • Verbindungen gelangen ins Lager Umwelt, dort erneut Verstoffwechselung oder Akkumulation (CO2) • Schwermetalle: • keine Zerstörung möglich • Abscheidung und Überführung in letzte Senken (UTD) oder Recycling • Salze (nicht: Schwermetall-Salze): • Abscheidung und Überführung in letzte Senken (salzreiches Fließgewässer/Meer oder UTD), oder Recycling (Salzsäure / Sole / Siedesalz) • Problem: keine Schädigung der „Förderbänder“ (z.B. saurer Regen, salzarmer Vorfluter)

7. 4. Abfallbehandlung in Wien - hier: MVA Spittelau

9. 4.1. Reingas / CO2 • Organismen und organische Schadstoffe: Mineralisierung zu CO2 und ggf. sauren Schadgasen (HCl, HF, SO2, NOx) • 99% des C geht ins Reingas, überwiegend als CO2 (anteilig regenerativ) • derzeit keine echten Senken für CO2 (mit Rückhaltung über mindestens 10.000 Jahre) verfügbar (außer Atmosphäre, s.o.) • wichtig: Verdrängung fossiler Primärenergieträger durch MVA bewirkt Senkung des Eintrags an fossilem CO2; reduziert Lagerüberfüllung • Atmosphäre ist keine Senke für CO2, sondern ein Lager, welches derzeit nicht im Gleichgewicht ist (dadurch ungewollte Senke) • letzte Senken wären z.B. die Verbringung in unterirdische Lager-stätten, z.B. die Verpressung von CO2 in Erdöl-/Erdgas-Lagerstätten, Salzstöcke und Kohleflöze; • angedacht: Tiefseeverpressung; aber: Austauschvorgänge zwischen zwischen Ozean und Atmosphäre großteils nicht geklärt; außerdem: hoher Energieaufwand bewirkt weitere Freisetzung von fossilem CO2

10. 4.1. Reingas / Organische Mikroverunreinigungen: • Inputbelastung Restabfall mit PCDD/F bei 50 bis 200 µg I-TE/t • PCDD/F-Konz. Reingas im Jahresmittel bei 0,025 ng I-TE/Nm³ • 5.800 Nm³/t * 0,025 ng/Nm³ = 0,145 µg I-TE/t • d.h. Transferfaktor Reingas für PCDD/F liegt bei 0,1 bis 0,3% • aber: Stand der Technik ist << 0,01 ng I-TE/m³ • Reingas: keine Senke für PCDD/F, sondern Lager Umwelt • Bilanz beachten (s.o.)!

11. 4.1. Reingas / Chlor, Fluor, Schwefel, Stickstoff: • gelangen in die Atmosphäre, dort Auswaschen mit Niederschlägen, weiter in Boden oder Meer • teilweiser Kreislauf (Nahrungskette)  Senke: Boden oder Meer (in der Summe)  Wegen der negativen Effekte des von ihnen verursachten sauren Regens ist die Freisetzung saurer Schadgase über das Abgas zu minimieren! (keine Beeinträchtigung des natürlichen Förderbandes, vgl. Rechberger)

12. 4.1. Reingas / Schwermetalle außer Quecksilber: • weniger als 0,1 % der mit dem Restabfall eingebrachten Schwermetalle gelangen in das Reingas der MVA Spittelau und damit in die Atmosphäre • Schwermetalle binden an Staub und sedimentieren auf Oberfläche  keine Senke, sondern Eintrag in Lager Umwelt (Boden, Gewässer) mit der Folge der Erhöhung der Hintergrundbelastung  Je nach Depositionsfläche können die Schwermetalle den Stoffkreislauf wieder betreten, z.B. über den Pfad Boden  Pflanze  Nahrungsmittel oder Laub  Kompostierung  Acker  Pflanze  Nahrungsmittel.

13. 4.2. Rückstände aus der Abgasreinigung • Abwasser • vor allem Belastung mit Chlorid und anderen Salzen • Vorfluter Donaukanal • Senke Donaukanal: mit Salz vorbelastet, mündet in ein Salzgewässer, das Schwarze Meer • keine negative Beeinflussung des Transportbandes (Donau) zu erwarten • Filterkuchen aus der Abwasserreinigung • hohe Belastung mit insbesondere Quecksilber und organischen Mikroverunreinigungen • Senke: Untertagedeponie Heilbronn (D)

14. 4.2. Rückstände aus der Abgasreinigung • Schlacke/Gips-Gemisch • hohe Gehalte an Schwermetallen (Cu, Pb, Zn, Cd) sowie leichtlöslichen Salzen • PCDD/F-Gehalte ? Wenige ng bis mehrere 1.000 ng I-TE/kg ? • Verwendung als Baustoff für Randwälle auf der Deponie Rautenweg in Form von Schlacke-Filterasche-Beton • Deponie Rautenweg: keine echte Senke, da langfristig Auslaugung insbesondere der Schwermetalle durch Niederschläge zu erwarten (trotz Verfestigung) • Deponie Rautenweg: keine Bestandsgarantie für >> 100 Jahre

15. 4.2. Rückstände aus der Abgasreinigung • Elektrofilterasche (Flugstaub) • hohe Gehalte an Schwermetallen (Cd, Zn, Hg) • PCDD/F-Gehalte ? Bereich 10 10.000 ng I-TE/kg möglich • Verwendung als Baustoff für Randwälle auf der Deponie Rautenweg in Form von Schlacke-Filterasche-Beton • Deponie Rautenweg: keine echte Senke, da langfristig Auslaugung insbesondere der Schwermetalle durch Niederschläge zu erwarten (trotz Verfestigung) • Verfügbarkeit von PCDD/F aus verfestigtem Material fraglich • Deponie Rautenweg: keine Bestandsgarantie für >> 100 Jahre • Minimierung des Freisetzungspotenzials nur durch Verbringung in Untertagedeponie (Senke), wird seit 1.1.2004 praktiziert

16. 4.3. Metallschrottfraktion • Abtrennung aus der Schlacke mittels Magnetscheidern Verwertung im Stahlwerk • Schwermetallgehalte in Metallfraktion des Restabfalls vor thermischer Behandlung (u.a. Stercken, 1999; Rotter, 2002) • Verhalten der Schwermetalle in Metallen im Verlauf der Verbrennung? • Recycling von Fe und Al Kreislaufführung der Schwermetalle • keine Überführung in Senken • Cadmium: ~3 mg Cd/kg Metall • Blei: 10 - 400 mg Pb/kg Metall(schrott) • Zink: 200 - 3.600 mg Zn/kg Metall(schrott) • aufgeplatzte und eingeschmolzene Batterien? • Europäische Stahlschrottsortenliste Sorten-Nr. E46 Geshredderter Schrott aus der Müllverbrennung: Eisenschrottgehalt mindestens 92 Gew.-%; Schrott darf einen Teil zinnbeschichteter Stahldosen enthalten, muss aber frei sein von zu hohen Mengen an sichtbaren Kupfer, Zinn, Blei (und Legierung) sowie von Schutt, um angestrebte Analysenwerte (Cu  0,5 %, Sn   0,07 %) zu erreichen.

17. 5. Optimierung der thermischen Restabfallbehandlung in Wien Grob abgeschätzte Dioxinbilanz der MVA Spittelau

18. 5. Optimierung der thermischen Restabfallbehandlung in Wien – Organische Verbindungen • Je nach Qualität und Verbleib der Reststoffe aus der Abgasreinigung führt die MVA Spittelau insgesamt zu einer Verringerung oder Erhöhung der Umweltbelastung mit PCDD/F. • Dominierende Frachtträger: Schlacke/Gips-Gemisch, Elektrofilterasche und Filterkuchen. • Elektrofilterasche und Filterkuchen: Dioxin-Senke Untertagedeponie Heilbronn • Schlacke/Gips-Gemisch: keine Senke auf Deponie Rautenweg • worst case: gleicher Eintrag auf Deponie wie bei Ablagerung des unbehandelten Restabfalls (Masse) • best case: Transferfaktor Deponie < 1% (Masse) • geringere Verfügbarkeit durch Verfestigung ist zu erwarten, aber dennoch keine echte Senkenfunktion • Ablagerung auf gesicherten Deponien – möglichst unter Tage – reduziert Freisetzungspotential für Schwermetalle und Dioxine • Schadstoffe sind in eine letzte Senke verbracht.

19. 5. Optimierung der thermischen Restabfallbehandlung in Wien – Schwermetalle • Rückführung in Produktionskreislauf ökologisch sinnvoll (für nicht verzichtbare Schwermetalle) • Optimierung der separaten Erfassung (Batterien, WEEE) • Konzentrierung in MVA-Rückständen - dies ist aber kein Wert an sich; entscheidend ist die Frage des weiteren Verbleibs: • Aufbereitung der MVA-Rückstände mit dem Ziel der Schwermetallrückgewinnung (nicht: Verfestigung oder Immobilisierung) ODER • rückholbaren Lagerung für späteres Recycling ODER • Überführung des Konzentrats in letzte Senken (UTD). • Beispiel KVA Emmenspitz (CH), mit Selektivionentauscher und Extraktion der Flugstäube im Säurebad: 88% des Quecksilbers, 73% des Cadmiums und 33% des Zinks aus dem Restabfall gelangt wieder in den Produktionskreislauf.

20. 5. Optimierung der thermischen Restabfallbehandlung in Wien – Schwermetalle • Beispiel HSR-Verfahren (Verbrennung + Schlackenschmelze) an der MVA Hagenholz (CH): 82% des Kupfers gelangt in Metallschmelze für Recycling • Problem Chrom: Über die Feuerfestauskleidung des Schmelz-ofens wird mehr Chrom (140 %) in die Schmelze eingetragen als über den Restabfall in die MVA (100 %) oder über die Bettasche (90 %). • Lösung eines Problems (Kupferrecycling) durch Schaffen eines neuen Problems? Der Austrag von Chrom mit der Silikatschmelze betrug etwa das 4,4-fache des Austrags mit der Metallschmelze! Verbleib der Granulate aus der Silikatschmelze?

21. 6. Fazit • MVA stellt eine Senke für Organismen dar. • Auf Stoffebene: MVA ist keine Senke, sondern hat Verteilfunktion („Drehscheibe“). • MVA erlaubt über die Behandlung/Deponierung der Rückstände das gezielte Ansteuern von Senken oder ein stoffliches Recycling. • Konzentrieren von Schadstoffen in Rückständen ist kein Wert an sich, wichtig ist, wohin die Rückstände gehen! • Wichtig: Überprüfung von Rückstandsbehandlungsverfahren mittels Stoffflussanalyse auf Input und Output von insbesondere Schwermetallen. • Schmelzverfahren: Problem des Eintrags von Chrom über die Feuerfestauskleidung in Schmelze und Granulate • Immobilisierungsverfahren für Rückstände bieten zudem keine Langzeitsicherheit (echte Senken). • Wichtig: Bilanzierung der aufgewendeten und der eingesparten Energie.