Beitrag von Abfallbehandlungsanlagen für zukünftige Energiesysteme
Welchen Beitrag können Abfallbehandlungsanlagen für die Energiesysteme der Zukunft leisten? Dieser Frage geht bifa in einer aktuellen Studie nach. Betrachtet werden Optionen der Sektorenkopplung im Strombereich, aber auch die weitergehende Nutzung von Wärme und Biogas. Berücksichtigt wird zudem die Nutzung von Kohlendioxid (Carbon Capture and Utilization, CCU).
Die Studie wird im Auftrag des Umweltbundesamtes erstellt und mit Bundesmitteln finanziert. Erste Ergebnisse stellte bifa auf der Berliner Abfallwirtschafts- und Energiekonferenz 2021 vor (Thiel N., Schönemann M., Dietz W. und Rommel W.: Sektorenkopplung an Abfallbehandlungsanlagen – Optionen und Erfolgsfaktoren).
Was beinhaltet die Studie?
Als Grundlage wurden Daten stromerzeugender Abfallbehandlungsanlagen in Deutschland aggregiert. Bereits umgesetzte Beispiele der Sektorenkopplung an Abfallbehandlungsanlagen werden untersucht. Die strombasierte Sektorenkopplung zielt ab auf die Herstellung von Brennstoffen wie Wasserstoff, Methan und Diesel oder von Grundchemikalien wie Methanol und Ammoniak. Als ersten Schritt haben die Herstellungspfade die Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse gemein. Sowohl die Elektrolyse mit Polymerelektrolytmembran als auch die alkalische Elektrolyse sind im einstelligen Megawatt-Bereich ausgereifte Technologien.
Betrachtet werden zudem die Methan und die Methanolherstellung ausgehend von dem erzeugten Wasserstoff und unter Einbindung von Kohlendioxid aus Rauchgas. Während die Elektrolyse aktuell Wirkungsgrade von 71–74 % erreicht, liegt die katalytische Methanisierung bei 56 % und die Methanolherstellung bei ca. 52 %, berechnet jeweils mit dem Brennwert der Produkte zum Stromeinsatz am Elektrolyseur.
Resultate der laufenden Studie
Die rechnerische Simulation der Wasserstoffherstellung an einer thermischen Abfallbehandlungsanlage zeigt wesentliche Einflüsse auf Wirtschaftlichkeit und Klimagasemissionen. Szenarien und Sensitivitäten werden berechnet. Für die Wasserstoffherstellung deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die aktuellen energiewirtschaftlichen Randbedingungen eine Rentabilität nur erlauben, wenn Verkaufserlöse erzielbar sind, die deutlich über dem heutigen Preisniveau großtechnisch aus Erdgas hergestellten Wasserstoffs liegen. Für die Klimabilanz ist zu beachten, dass die Sektorenkopplung zwar fossile Herstellungspfade ersetzt, der eingesetzte Strom jedoch nicht mehr in das Netz eingespeist wird. Damit muss an anderer Stelle Strom erzeugt werden, was wiederum Treibhausgasemissionen bewirkt.
Abfallbehandlungsanlagen bieten gute Voraussetzungen für die Sektorenkopplung wie auch Anknüpfungspunkte für die Nutzung der Produkte im kommunalen Umfeld, z. B. im ÖPNV. Ob letztlich Wasserstoff oder aber Methan, Methanol oder andere nachgefragte Folgeprodukte erzeugt werden sollen, ist Inhalt der laufenden Studie. Die wirtschaftlichen und ökologischen Randbedingungen werden sich dabei in den nächsten Jahren deutlich verändern. Einfluss nehmen u. a. die CO2-Bepreisung, der steigende Anteil erneuerbarer Energien im Strommix und der Bedarf an netzstabilisierenden Maßnahmen. Gerade Akteure der öffentlichen Hand sind gefordert, zur Zukunftssicherung in Klimaschutzmaßnahmen zu investieren. Die Sektorenkopplung an Abfallbehandlungsanlagen kann hier einen Beitrag leisten.
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Dr. Wolfram Dietz
wdietz[at]bifa.de
