Deponieentgasung

Kurzbeschreibung der Technologie der Deponieentgasung

In der Zusammensetzung von unsortierten kommunalen Abfällen, die in der Deponie vergraben werden müssen, sind immer organische Komponenten enthalten, wie z.B. Lebensmittel- oder Pflanzenabfälle, deren Anteil bis zu 40% des Gesamtvolumens des Haushaltsabfalls erreichen kann. Im Deponiekörper, der praktisch ein riesiger biochemischer Reaktor ist, finden ständig mikrobiologische Prozesse statt, die zum Abbau der organischen Komponenten des Hausmülls und zur Bildung von Deponiegas führen.

Man unterscheidet zwei Hauptprozesse, die zur Bildung vom Deponiegas führen – der aerobe und der anaerobe Abbau eines organischen Stoffs. Auf der Deponieoberfläche und bis zu einer Lagertiefe von etwa 5 Metern herrscht normalerweise eine aerobe Zersetzung, da durch natürliche Hohlräume und Luftkanäle in den Schichten der vergrabenen Abfälle ein Sauerstoffzugang besteht.

Mit zunehmender Dicke der Schicht und ihrer natürlichen Verdichtung aufgrund des Abfallgewichts reduziert sich der Sauerstoffgehalt im Deponiekörper und dementsprechend vergrößert sich die Aktivität von aeroben Prozessen, die Hauptproduzenten von Deponiegas sind, das zu 45-65% aus Methan CH₄ und 34-54% aus Kohlendioxid CO₂ besteht. In kleinen Mengen umfasst die Zusammensetzung des Deponiegases Schwefelwasserstoff, Stickoxide, Ammoniak, Wasserdämpfe, Phenol und andere Stoffe, deren Zusammensetzung und Menge durch die morphologische Abfallzusammensetzung bestimmt werden.

Die Deponiegasbildung im Deponiekörper dauert mehrere Jahrzehnte, aber natürlich mit unterschiedlicher Intensität. Beispielsweise zersetzen sich die meisten Lebensmittelabfälle innerhalb der ersten 2-4 Jahre, während sich Pflanzenabfälle, insbesondere Holzabfälle, viel langsamer zersetzen. Die statistische Analyse der Gasbildung zeigte, dass der Prozess der Gasbildung in den ersten 5 Jahren nach der Endlagerung am intensivsten verläuft, in deren Verlauf etwa 50% des potenziellen Vorrats an Deponiegas freigesetzt werden. Eine Tonne Hausmüll setzt im Laufe von 20 Jahren ca. 150 bis 200 Kubikmeter an Deponiegas frei.

Die Zusammensetzung des Deponiegases bestimmt eine Reihe seiner spezifischen Eigenschaften. Vor allem ist das Deponiegas brennbar, sein durchschnittlicher Brennwert beträgt etwa 5500 kcal. pro m³. In bestimmten Konzentrationen ist es giftig und hat einen starken unangenehmen Geruch. Spezifische Giftigkeitswerte werden durch das Vorhandensein einer Reihe von Spurensubstanzen wie beispielsweise Schwefelwasserstoff (H₂S), bestimmt. Das Deponiegas gehört zu den sogenannten Treibhausgasen, daher ist seine Freisetzung in die Atmosphäre aus ökologischer Sicht nicht unbedenklich. Dieses Problem wird oft auf die einfachste Weise gelöst – durch das Verbrennen vom Deponiegas in Gasfackeln.

Gleichzeitig ermöglicht seine recht hohe Wärmeleistung eine effizientere Nutzung von Deponiegas beispielsweise zur Strom- und Wärmeerzeugung. Hierzu sowie zum Abfackeln muss das Deponiegas aus dem Deponiekörper entnommen werden. Technologisch wird dies gelöst, indem vertikale oder horizontale perforierte Rohre im Deponiekörper angeordnet werden, die mit einem Rohrleitungssystem verbunden sind, durch das das in der Deponie freigesetzte Deponiegas gesammelt und zur Stromerzeugung an Blockheizkraftwerke (BHKW) geleitet wird.

Es ist auch möglich, Deponiegas «anzureichern», indem der darin enthaltene Methangehalt zur Verwendung in Erdgasnetzen auf 95% erhöht wird. Aber angesichts der relativ großen Zahl von Spurenelementen muss im Anreicherungsprozess eine vorläufige kostenträchtige Deponiegasfiltration durchgeführt werden. Aus wirtschaftlicher Sicht ist es sinnvoller, Deponiegas zur Energiegewinnung zu verwenden.

 Die Deponiegasausbeute aus einem Deponiekörper ist mit zwei grundlegenden Methoden möglich:

1. Durch die Verlegung von vertikalen perforierten Rohren in einer Tiefe von 20-30 Metern im Deponiekörper, den sogenannten Gasbrunnen.
2.  Durch die Verlegung von horizontalen perforierten Rohren mit einer Länge bis 100 Metern im Deponiekörper, den sogenannten Rigolen.

Die Auswahl der konkreten Variante der Gasausbeute hängt von vielen Faktoren ab, wie z. B. Deponiegröße, insbesondere Höhe, Deponiealter, Intensität der Müllverfüllung zum Entscheidungszeitpunkt etc.

Der Bau von Gasbrunnen ist ein komplexerer und dementsprechend teurer Prozess, aber diese Systeme ermöglichen es, das Deponiegas unmittelbar nach Bauabschluss zu gewinnen, und Gasbrunnen sind praktisch unempfindlich gegenüber den ständig im Deponiekörper laufenden Prozessen der Verdichtung und Sackung von Müllschichten. Im Allgemeinen ist ein Gasbrunnen ein vertikales perforiertes Rohr, das von einer Kiesschicht umgeben ist, die die schnelle Verstopfung von Perforationen verhindert. An den oberen Rohrenteil wird eine Ansaugleitung angeschlossen, durch die das Deponiegas zur Hauptleitung geleitet wird. Am häufigsten wird das Gasbrunnensystem auf Deponien eingesetzt, die stillgelegt werden und wo die Abfallentsorgung beendet wird. 

Die Deponiegasausgabe durch horizontale perforierte Rohre, sogenannte Rigolen, ist in alten Deponien nicht sinnvoll, aber sehr vorteilhaft in Deponien, die sich in der Phase der aktiven Befüllung befinden. Perforierte Rohre werden in Gräben verlegt, deren Boden mit Kies bedeckt wird, und sie werden zuerst mit einer Kiesschicht und dann mit Müll bedeckt. Am Ende des Rohrs wird eine Ansaugleitung angeschlossen, die wiederum mit der Hauptleitung verbunden ist. Die Rigolen-Verlegung ist viel billiger als der Bau von Gasbrunnen, bei denen die Brunnenbohrung mit ziemlich großem Durchmesser erforderlich ist, dafür sind die Rigolen aber viel empfindlicher gegenüber mechanischen Belastungen, die durch das Verdichten von Müllschichten entstehen, und können im Extremfall aufgrund ihrer Deformation oder Bruch sogar vollständig ausfallen, insbesondere an der Verbindungsstelle der Rigolen mit der Ansaugleitung. Aus diesem Grund wird auf aktiven Deponien häufig eine Technologie der Deponiegasausbeute verwendet, bei der sowohl Gasbrunnen als auch Rigolen genutzt werden, um die Vorteile beider Systeme zu kombinieren.

In der Abbildung 1 (unten) wird das vollständige technologische Schema zur Deponieentgasung gezeigt.

Mit Hilfe einer Verdichterstation wird in Gasbrunnen und Rigolen ein Saugdruck erzeugt, der den Zufluss von Deponiegas zu den perforierten Rohren gewährleistet. Das so gesammelte Deponiegas wird dann der Blockheizkraftanlage zugeführt, wo es entweder nur in Stromenergie oder gleichzeitig in Strom- und Wärmeenergie umgewandelt wird. Der erzeugte Strom wird weiter zur Verwendung in das Stromnetz übertragen. Bei Wartungs- und Reparaturarbeiten an dem BHKW wird das erzeugte Deponiegas abgefackelt, was ebenfalls zur technologischen Ausrüstung der Entgasung gehört. So wird die Deponiegasfreisetzung in die Atmosphäre und der Fall, dass das Gas im BHKW nicht verwendet werden kann, ausgeschlossen.

Das erforderliche Investitionsvolumen für das schlüsselfertige Projekt der Deponieentgasung muss in jedem konkreten Fall individuell bewertet werden, da es nicht nur von den Eigenschaften der Deponie abhängt, sondern auch von der Entfernung von der Anschlussstelle zum Stromnetz, von der Verfügbarkeit von ausreichend Platz für die technologische Ausrüstung, von der geplanten Leistung der Energieerzeugung, von der Höhe der Zollgebühren auf die importierte Ausrüstung, von dem Einspeisepreis für die erzeugte Energie usw. Die Hauptquelle für die Rückzahlung der Investition ist der Umsatz aus dem Verkauf der aus Deponiegas erzeugten elektrischen Energie.

Gemäß der oben beschriebenen Technologie wurden in der Republik Belarus zwei Anlagen für Deponieentgasung gebaut und in Betrieb genommen sowie auch erfolgreich betrieben – auf den Deponien „Trostenez“ und „Severny“ in der Stadt Minsk mit einer Gesamtleistung der derzeit erzeugten Energie von etwa 7,6 MWh.

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