Ergebnispapier des Workshops „Ascheverwertung bei der

Transcrição

Service- und Begleitvorhaben des Förderprogramms „Optimierung der
Energetische Biomassenutzung“
Ergebnispapier
des Workshops
„Ascheverwertung bei der
energetischen Biomassenutzung zur
Schließung von Stoffkreisläufen“
am 23.6.2010
am Zentrum für Sonnenenergie- und
Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
(ZSW)
in Stuttgart
Stefan Steiert
Dr. Marc-Simon Löffler
Dr. Michael Specht
Dr. Ulrich Zuberbühler
Gefördert durch:
Koordiniert:
Wissenschaftlich begleitet vom:
Veranstaltungsorganisation:
Service- und Begleitvorhaben des Förderprogramms „Optimierung der
Energetische Biomassenutzung“
INHALT
1
Ziel und Zielgruppe .......................................................................................................1
2
Referenten .....................................................................................................................1
3
Teilnehmer .....................................................................................................................1
4
Zusammenfassung der Inhalte und Vorträge.............................................................2
4.1
Einführung................................................................................................................................2
4.1.1
Rechtliche Rahmenbedingungen: Verwertung von Asche als Düngemittel sowie
Beseitigung von Aschen (Vanessa Richarz, DBFZ) ................................................................2
4.1.2
Einführung in den AER-Prozess – Stoffströme und Nutzungsmöglichkeiten
(Dr. Michael Specht, ZSW) ......................................................................................................3
4.2
Ascheuntersuchungen .............................................................................................................4
4.2.1
Ascheerzeugung aus Biomasse im Drehrohrofen und anwendungsorientierte
Ascheuntersuchung im Wirbelschichtreaktor (Matthias Mann, Universität Siegen)................4
4.2.2
Überblick über Asche-Analysemethoden; Standards und Normen
(Dr. Annett Pollex, DBFZ) ........................................................................................................4
4.2.3
Verhalten und mögliche Nutzung von Aschen aus Biomassen
(Dr. Marcus Schreiner, TU Freiberg) .......................................................................................5
4.3
Verwertung von Aschen als Düngemittel.................................................................................5
4.3.1
Qualität und Verwertungsmöglichkeiten von Holzaschen aus der Verbrennung
naturbelassener Hölzer (Esther Stahl, Fraunhofer UMSICHT) ...............................................5
4.3.2
Phosphordüngung mit Biomasse-Aschen? Ergebnisse aus Feld- und
Gefäßversuchen (Katja Schiemenz, PD Dr. Bettina Eichler-Löbermann,
Universität Rostock).................................................................................................................6
4.3.3
Verwendung von Holzasche bei der Waldkalkung (Dr. Klaus v. Wilpert,
FVA Baden-Württemberg) .......................................................................................................6
4.4
Entsorgung von Spezialaschen ...............................................................................................7
4.4.1
Praktische Erfahrungen bei der Entsorgung von Asche aus Braunkohle gefeuerten
Wirbelschichtanlagen (Bernd Müller, MUEG)..........................................................................7
5
Diskussion und Fazit ....................................................................................................8
6
Literaturhinweise ..........................................................................................................9
Gefördert durch:
Koordiniert:
Service- und Begleitvorhaben des Förderprogramms „Optimierung
energetische Biomassenutzung“
1 ZIEL UND ZIELGRUPPE
Mit der zunehmenden energetischen Nutzung von Biomasse ist ein Entzug von Nährstoffen aus den
natürlichen Stoffkreisläufen verbunden. Unter Gesichtspunkten der Nachhaltigkeit rückt daher die
Verwertung von Biomasseaschen zur Schließung von Stoffkreisläufen immer mehr in den Vordergrund.
Da Verwertungsmöglichkeiten und auch rechtliche Rahmenbedingungen noch nicht abschließend
geklärt sind, war es Ziel des Workshops „Ascheverwertung bei der energetischen Biomassenutzung zur
Schließung von Stoffkreisläufen“ den Teilnehmerinnen und Teilnehmern zunächst einen fachlichen
Informations- und Wissensaustausch zum Thema Herstellung, Analyse und Verwertung von
Biomasseaschen zu ermöglichen sowie die Gelegenheit zur gemeinsamen Diskussion zu bieten.
Gleichzeitig stand auch die Vernetzung von Akteuren aus den Bereichen Forschung, Industrie und
Administration im Vordergrund.
Zielgruppe
waren
dabei
Projektteilnehmer
des
BMU-Förderprogramms
„Energetische
Biomassenutzung“ sowie Personen aus Industrie und Administration, die sich mit dem Thema
„Ascheverwertung“ beschäftigen.
2 REFERENTEN
Matthias Mann, Universität Siegen
Bernd Müller, MUEG
Dr. Annett Pollex, DBFZ
Vanessa Richarz, DBFZ
Katja Schiemenz, Universität Rostock
Dr. Marcus Schreiner, TU Freiberg
Dr. Michael Specht, ZSW
Esther Stahl, Fraunhofer UMSICHT
Dr. Klaus von Wilpert, FVA Baden-Württemberg
3 TEILNEHMER
Daniel Baumkötter, Fachhochschule Münster
Konstantin Bedenk, Bioenergie Wächtersbach
Wilfried Dieterich, LRA Göppingen
Claus Fuhrmann, LRA Göppingen
Hans Werner Hempel, RP Stuttgart
Markus Klein, Südzucker
Dr. Marc-Simon Löffler, ZSW
Dr. Manfred Martin, RP Freiburg LGRB
Mirjam Matthes, UFZ
Christa Müller, LfL Bayern
Diana Pfeiffer, DBFZ
Dr. Steffen Reich, Bittner Umwelttechnik GmbH
Dr. Uwe Pihl, Rheinkalk
Daniel Schloz, Hochschule für Forstwirtschaft Rottenburg
Dr. Rainer Schrägle, Technologica GmbH
Ben Schüppel, Rheinkalk
Tim Schulzke, Fraunhofer UMSICHT
Peter Sichler ZSW
Fabian Stenzel, ATZ Entwicklungszentrum
Stefan Steiert, ZSW
Katja Weiler, IZES
Martin Zeymer, DBFZ
Dr. Ulrich Zuberbühler, ZSW
Gefördert durch:
Koordiniert:
1
4 ZUSAMMENFASSUNG DER INHALTE UND VORTRÄGE
Die Vorträge des Workshops waren in vier verschiedene Themenblöcke gegliedert:
Einführung
Ascheuntersuchungen
Verwertung von Aschen als Düngemittel
Entsorgung von Spezialaschen
Die Folien zu den Vorträgen sind als pdf-Version unter http://www.refuelnet.de/index.php?id=65 online
zum Download verfügbar.
4.1
Einführung
4.1.1
Rechtliche Rahmenbedingungen: Verwertung von Asche als Düngemittel
sowie Beseitigung von Aschen (Vanessa Richarz, DBFZ)
Da das Ziel bei der energetischen Verwendung von Biomasse die Energiegewinnung und nicht die
Erzeugung von Asche ist, sind anfallende Aschen gemäß dem Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz
(KrW-/AbfG) rechtlich als Abfall einzuordnen. Im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft ist die
Verwertung von Abfällen ihrer Beseitigung vorzuziehen, sofern dies die umweltverträglichere Lösung
darstellt. Eine stoffliche Verwertung liegt vor, wenn Rohstoffe substituiert werden und gleichzeitig der
Hauptzweck der Maßnahme in der Nutzung des Abfalls und nicht in der Beseitigung des
Schadstoffpotentials liegt. Eine Verwertung von Aschen als Düngemittel stellt es also dar, wenn
Primärrohstoffe (beispielsweise Dolomit) bei der Düngemittelherstellung ersetzt werden können und
gleichzeitig eine Anreicherung von Schadstoffen im Wertstoffkreislauf (z.B. in der Nahrungskette bei
Verwendung auf landwirtschaftlichen Flächen) ausgeschlossen ist.
Die Folge der Einordnung von Aschen als Abfall erfordert vom Ascheerzeuger die Zuordnung eines
Abfallschlüssels nach der Abfallverzeichnisverordnung AVV. Dabei kommen für Biomasseaschen die
Abfallschlüssel, die mit 10 (Abfälle aus thermischen Prozessen) oder 19 (Abfälle aus
Abfallbehandlungsanlagen) beginnen, in Frage. Weiterhin muss zwischen Rost- und Kesselasche,
Filterstaub sowie weiteren Abfällen unterschieden werden.
Die weiteren relevanten Regelwerke für die Verwertung von Aschen sind nun abhängig von der Art der
Verwertung:
Für das Inverkehrbringen als Düngemittel ist die Düngemittelverordnung (DüMV) maßgebend. Darin
wird geregelt, welche Aschen verwendet werden können sowie welche Mindestgehalte an Nährstoffen
bzw. welche Grenzwerte für Schadstoffe eingehalten werden müssen. In Betracht kommen Aschen als
eigenständiges Düngemittel (z.B. Kalkdünger) oder als Zumischung (z.B. zu kohlensaurem Kalk). Es
dürfen ausschließlich Brennraumaschen von naturbelassenen Hölzern verwendet werden, darüber
hinaus sind keine Aschen aus der „letzen filternden Einheit“ einer Anlage oder
Kondensatfilterschlämme zugelassen. Die Grenzwerte für Schadstoffe dürfen um bis zu 50 %
überschritten werden, wenn die Asche aus der Verbrennung naturbelassener Hölzer stammt und im
Rahmen der Hinweise zur sachgerechten Anwendung auf deren ausschließliche Verwendbarkeit auf
forstlichen Standorten hingewiesen wird.
Soll die Asche mit Kompost gemischt werden, muss sie einem zugelassenen Düngemitteltyp der DüMV
entsprechen und es greift die Bioabfallverordnung (BioAbfV).
Nicht verwertbare Aschen sind aus dem Stoffkreislauf auszuschließen und gemäß der novellierten
Deponieverordnung (DepV) zu klassifizieren und zu beseitigen. Maßgebend für die Einordnung in eine
der Deponieklassen I bis IV ist nicht die stoffliche Zusammensetzung der Asche, sondern die
Konzentration bestimmter Schadstoffe nach einer Elution der Asche mit Wasser.
In der Praxis sollten wenn möglich unterschiedliche Aschefraktionen getrennt voneinander gesammelt
werden, um eine fachgerechte Verwertung oder Beseitigung zu ermöglichen. Nach einer Analyse der
Inhaltsstoffe kann dann entschieden werden, ob eine Asche verwertbar ist oder beseitigt bzw. deponiert
werden muss.
Gefördert durch:
Koordiniert:
2
4.1.2
Einführung in den AER-Prozess – Stoffströme und Nutzungsmöglichkeiten
(Dr. Michael Specht, ZSW)
Der AER-Prozess (Absorption Enhanced Reforming-Prozess) ist eine Weiterentwicklung des
Zweibettwirbelschichtverfahrens (Dual Fluidised Bed-Prozess) zur thermochemischen Erzeugung eines
wasserstoffreichen Produktgases aus Biomasse, welches z.B. im Biomassekraftwerk Güssing realisiert
ist.
Beim AER-Prozess wird zunächst in einer stationären Wirbelschicht (Vergaser) Biomasse mit
Wasserdampf bei 600-800 °C allotherm vergast und ein wasserstoffreiches Produktgas erzeugt. Die
dafür erforderliche Wärme wird durch das heiße zirkulierende Wirbelschichtbettmaterial bereitgestellt.
Als Wirbelschichtbettmaterial wird ein Kalkstein auf CaO-Basis eingesetzt, der gleichzeitig als in-situ
CO2-Sorbens fungiert. Der bei der Vergasung zurückbleibende Kohlenstoff wird mit dem als
Wärmeträger und CO2-Sorbens fungierenden Bettmaterial in die zirkulierende zweite Wirbelschicht
gefördert und dort unter Luftzufuhr bei 800-900 °C verbrannt. Dabei wird das vom Bettmaterial
gebundene CO2 wieder freigesetzt und das Bettmaterial somit regeneriert. Gleichzeitig wird es erwärmt
und anschließend wieder dem Vergaser zugeführt.
Ein wesentlicher Vorteil des AER-Prozesses ist, dass aufgrund der niedrigen Vergasungstemperatur
und dem Einsatz eines Ca-basierten Bettmaterials (Erhöhung der Ascheerweichungstemperatur) auch
mineralstoffreiche Biomassen wie Landschaftspflegematerial eingesetzt werden können. Des Weiteren
werden durch den Einsatz des CO2-sorptiven Bettmaterials Reaktionsgleichgewichte (z.B. Wasser-GasShift-Reaktion) in Richtung Wasserstoff verschoben, wodurch ein besonders wasserstoffreiches Gas
entsteht. Daraus resultiert eine besondere Flexibilität bei der Produktgasnutzung, da das
stöchiometrische Verhältnis von H2 zu CO2 und CO gezielt eingestellt werden kann. Um eine möglichst
effiziente Nutzung der Biomasse zu gewährleisten, kann nach dem Poly-Generation-Prinzip gleichzeitig
Strom, Wärme und Kraftstoff produziert werden.
Derzeit erfolgt die kommerzielle Umsetzung des Verfahrens am Standort Geislingen an der Steige in
Zusammenarbeit mit der Technologieplattform Bioenergie und Methan (TBM) in einer
Demonstrationsanlage. Beim Betrieb der Demonstrationsanlage fällt ein anorganischer Stoffstrom
bestehend aus dem Wirbelschichtbettmaterial (natürlicher Kalkstein, CaCO3/CaO) und mineralischen
Pflanzennährstoffen der Biomasse an. Im Sinne einer Rückführung dieser Pflanzennährstoffe in den
natürlichen Stoffkreislauf, wird eine Verwertung dieser AER-Prozess-Asche als Düngemittel oder zur
Waldkalkung angestrebt. Die jährlich anfallende Menge beträgt bei der 10 MWth-AER-DemonstrationsAnlage etwa 1000-2000 t/a.
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3
4.2
Ascheuntersuchungen
4.2.1
Ascheerzeugung aus Biomasse im Drehrohrofen und anwendungsorientierte
Ascheuntersuchung im Wirbelschichtreaktor (Matthias Mann, Universität
Siegen)
Die Analyse von Brennstoffasche kann in zwei Teilaspekte gegliedert werden. Zum einen eine streng
standardisierte Laboranalyse, zum anderen eine anwendungsorientierte Untersuchung in einem
Reaktor. Für eine anwendungsorientierte Untersuchung ist das Vorhandensein einer großen Menge
von Brennstoffasche eine grundlegende Bedingung, denn nur so kann reproduzierbar mit
gleichbleibenden Bedingungen gearbeitet werden. Dazu wird die Asche in einem für dieses
Einsatzgebiet adaptierten Drehrohrofen erzeugt. Wichtig ist im Fall der Biomassen, das eine
Veraschungstemperatur von 550 °C nicht überschritten wird, da sonst ein Austrag von Alkalien über die
Gasphase erfolgt und weitere Untersuchungen ins Leere laufen würden. Der Einsatz des Drehrohrofens
ermöglicht eine Aschequalität mit einem Restkohlenstoffgehalt von unter 0,5 %.
Nach der Erzeugung der Asche werden die weiteren Untersuchungsschritte in einer Laborwirbelschicht
durchgeführt. Halmgutartige Biomassen zeigen hier schon eine Ascherweichung, die bei rund 750 °C
beginnt. Die Erweichung führt zu einem Überzug der Bettpartikel. Dieser Effekt verstärkt sich mit
ansteigender Temperatur bis es zum Aufschmelzen der Asche kommt. Dadurch beginnen die einzelnen
Bettpartikel aneinander zu haften und formen Agglomerate, großvolumige Körper, die das freie
Durchströmen des Bettmaterials behindern, und letztlich zu einem Ausfall der Anlage führen. In diesem
Zustand ist eine vollständige Defluidisierung eingetreten.
In den Versuchen wurden 150 g Asche über eine Dosiereinrichtung mit Förderschnecke in das Bett
(Quarzsand) der Anlage gegeben. Dadurch konnte der Eintritt der Agglomeration und schließlich die
Defluidisierung durch eine Brennstoffasche bestimmt werden. Anschließend wurde die Asche mit
verschiedenen mineralischen Additiven versetzt und deren Eignung zur Erhöhung der möglichen
Prozesstemperatur
untersucht.
Die
Verwendung
geeigneter
Additive
ermöglicht
eine
Prozesstemperaturerhöhung von rund 80 °C. Dies ist eine wichtige Größe, denn mit den aufgezeigten
Daten ist es möglich die Prozessstabilität bei einem Anheben der Temperatur nicht zu gefährden.
4.2.2
Überblick
über
Asche-Analysemethoden;
(Dr. Annett Pollex, DBFZ)
Standards
und
Normen
Die Analyse einer Ascheprobe setzt sich im Wesentlichen aus vier einzelnen Teilschritten zusammen:
Probenahme, Homogenisierung, Probenvorbereitung und Analyse. Da es sich bei Asche um ein
„Naturprodukt“ handelt und somit die Zusammensetzung Schwankungen unterworfen ist, sind
regelmäßige Ascheanalysen bei jeder Art der Verwertung erforderlich.
Bereits die Probennahme ist ein wichtiger Bestandteil der gesamten Analysekette mit großem Einfluss
auf das Messergebnis. Die entnommene Teilmenge muss repräsentativ für die gesamte zu
analysierende Asche sein, was gerade bei sehr inhomogenen Aschen problematisch sein kann. Für die
Qualität der Analyse ist eine gut dokumentierte, reproduzierbare Probenahme unerlässlich.
Als zweiter Schritt muss die Probe zerkleinert und homogenisiert werden. Dabei ist darauf zu achten,
dass die chemische Zusammensetzung nicht verändert und die Probe nicht thermisch belastet wird.
An die Zerkleinerung schließt sich die Probenvorbereitung an, die sich nach dem zu untersuchenden
Parameter richtet. Dabei wird zwischen keiner Vorbehandlung sowie mechanischer (Pressen),
physikalischer (Elution) und chemischer (Aufschluss) Vorbehandlung unterschieden. Aschegehalt,
Glühverlust und Wassergehalt können ohne Probenvorbereitung direkt untersucht werden. Für die
Bestimmung
von
Heizwert,
Ascheschmelzverhalten
sowie
Elementaranalyse
mittels
Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) oder Röntgendiffraktometer (XRD) muss die Ascheprobe gepresst
bzw. pelletiert werden. Elutionsverhalten, org. Schadstoffe sowie lösliche Verbindung können nach bzw.
durch Elution mit Wasser bzw. Lösungsmittel analysiert werden und Schwermetalle sowie Vollanalyse
mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) erfolgen nach Säure- oder Schmelzaufschlüssen.
Für viele zu bestimmende Parameter existieren genaue Einzelvorschriften, die in DIN-Normen
niedergelegt sind.
Gefördert durch:
Koordiniert:
4
4.2.3
Verhalten und mögliche Nutzung
(Dr. Marcus Schreiner, TU Freiberg)
von
Aschen
aus
Biomassen
Zur Untersuchung einer möglichen Verwertung der Asche wurden vier verschiedene Biomassesorten
ausgewählt: Sägerestholz, Triticale, Weizenstroh, Landschaftspflegeheu. Die Veraschung erfolgte in
einem zweistufigen Prozess: Zunächst wurde eine Pyrolyse bei 400 °C durchgeführt und anschließend
der Koks in einem Muffelofen unter Luftatmosphäre bei Temperaturen < 550 °C verascht.
Die nach dieser Prozedur gewonnenen Aschen wurden unter Variation von Temperatur (700-1100 °C),
Druck (1-30 bar) sowie Atmosphäre (inert oder oxidierend) weiterbehandelt, um die Bedingungen in
verschiedenen Verbrennungs- bzw. Vergasungsreaktoren nachzustellen. Verglaste Aschen wurden vor
der weiteren Analyse aufgemahlen.
Zunächst wurde das Ascheschmelzverhalten der Aschen ohne Weiterbehandlung untersucht. Dabei
zeigten sich deutliche Unterschiede bei der Ascheschmelztemperatur von Holz und Stroh/Heu und
ebenfalls unterschiedliche Ascheschmelztemperaturen bei Holzaschen, die unter reduzierenden bzw.
oxidierenden Bedingungen erzeugt wurden.
Für die Bewertung einer möglichen Verwertung der Aschen wurden die Aschen nach der oben
beschriebenen Behandlung mit Wasser eluiert und das Eluat mittels ICP und
Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) auf wasserlösliche und somit pflanzenverfügbare Stoffe
untersucht.
Zusammenfassend lassen die Ergebnisse erkennen, dass mit steigendem Druck und steigender
Temperatur die Gehalte an pflanzenverfügbaren Stoffen abnehmen, da zum einen flüchtige Elemente
verdampfen und zum anderen die Asche teilweise verglast. Generell sind die Gehalte an Nährstoffen in
der Asche geringer als bei synthetischen Düngern, aber immer noch ausreichend hoch, dass eine
Verwertung als Düngemittel und Ausbringung von Asche gerechtfertigt werden kann. Die Basizität der
Asche wirkt außerdem neutralisierend auf die Versauerung der Böden. Die Ergebnisse zeigen auch,
dass Schadstoffe nach der Behandlung in inerter Atmosphäre generell zwar in höheren Gehalten
vorliegen, aber nur wenig eluierbar sind.
4.3
Verwertung von Aschen als Düngemittel
4.3.1
Qualität und Verwertungsmöglichkeiten von Holzaschen aus der Verbrennung
naturbelassener Hölzer (Esther Stahl, Fraunhofer UMSICHT)
Zur Bewertung der Qualität und der Verwertungsmöglichkeiten von Holzaschen wurden über 200
Holzfeuerungsanlagen in Nordrhein-Westfalen (NRW) beprobt und Grob- und Flugaschen mittels
Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) auf Nährstoff- und Schwermetallgehalte untersucht.
Bei den Nährstoffen (Ca, Mg, K, P, S) wurden vergleichbare Gehalte in den untersuchten Grob- und
Flugaschen ermittelt. Eine Ausnahme bildet Schwefel, der in Zyklonaschen im Mittel höher konzentriert
ist, als in Grobaschen. Die Mindestgehalte an Nährstoffen eines Kalkdüngers nach DüMV werden von
allen Grobaschen, die eines PK-Düngers nach DüMV werden vom überwiegenden Teil der Grobaschen
erreicht.
Obwohl die Aschen aus der Verbrennung von naturbelassenem Holz stammten, enthalten sowohl die
Grobaschen als auch die Zyklonaschen teilweise erhebliche Schwermetallkonzentrationen. Die
Konzentration nimmt dabei mit zunehmendem Nutzungsgrad des eingesetzten Holzes zu. Es wurden
bei allen Elementen und unabhängig vom Nutzungsgrad des eingesetzten Holzes hohe
Schwankungsbreiten festgestellt.
Im Sinne der Rückführung der bei der Energieholznutzung entzogenen Nährstoffe wurde primär die
Aufbringung der Aschen in den Wald als Verwertungsoption betrachtet. Dies ist gemäß DüMV entweder
bei Deklaration der Aschen als eigenständiges Düngemittel oder in Beimischung von bis zu 30 % zu
Kalkdünger möglich. Aufgrund der Schwermetallkonzentrationen ist die Deklaration als eigenständiges
Düngemittel beschränkt. Etwa 25 % aller untersuchten Grobaschen konnten die vorgeschriebenen
Grenzwerte an Cadmium (Cd), Nickel (Ni), Blei (Pb) und Arsen (As) für die ausschließliche Verwendung
der Aschen auf forstlichen Standorten einhalten. Aschen mit einem hohen Anteil an Waldholz konnten
diese Grenzwerte zu 35 – 40 % einhalten. Bei einer Beimischung dieser geringer belasteten Aschen zu
Düngekalken kann das Gesamtgemisch die Grenzwerte mit hoher Sicherheit einhalten.
Die Verwertung in der Landwirtschaft oder im Garten ist aufgrund der Schwermetallgehalte nur
eingeschränkt möglich.
Gefördert durch:
Koordiniert:
5
4.3.2
Phosphordüngung mit Biomasse-Aschen? Ergebnisse aus Feld- und
Gefäßversuchen (Katja Schiemenz, PD Dr. Bettina Eichler-Löbermann,
Universität Rostock)
Phosphor ist ein limitierter Rohstoff und seine effiziente Nutzung ist für eine nachhaltige Landwirtschaft
von Bedeutung. Biomasseaschen (Reststoffe aus der Bioenergieproduktion) enthalten wertvolle
Nährstoffe, wie z.B. Phosphor (P). Die Verwendung von Aschen zur P-Düngung im Pflanzenbau ist mit
ökologischen und ökonomischen Vorteilen verbunden; sie kann dazu beitragen, Nährstoffkreisläufe zu
schließen und Nährstoffressourcen einzusparen.
Die Untersuchungen an der Universität Rostock in Kooperation mit zwei Projektpartnern (Institut für
Ökologischen Landbau des Johann Heinrich von Thünen-Instituts (vTI) und Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V.) sollten dazu dienen, Erfahrungen mit speziellen, bisher – im Vergleich
z.B. zu Holzasche – weniger beachteten Biomasseaschen unter Berücksichtigung diverser Standortgegebenheiten zu erlangen. Es wurden Feld- und Gefäßversuche durchgeführt, um den P-Düngeeffekt
von drei Biomasseaschen (Rapsextraktionsschrotasche, Strohasche und Getreide(korn)asche)
unterschiedlicher Nährstoffzusammensetzung auf verschiedene Haupt- und Zwischenfrüchte zu testen.
Mittels Pflanzen- und Bodenanalysen wurden die Düngeeffekte der Aschen und Wechselwirkungen
zwischen Düngung und Fruchtarten untersucht.
Innerhalb der zwei Untersuchungsjahre (2007-2008) konnte eine Abhängigkeit der Düngewirkung von
der Ascheart, der zu düngenden Kulturart und den Bodeneigenschaften festgestellt werden. Die Aschen
zeigten besonders auf sandigem Boden positive Düngeeffekte auf den Ertrag, die pflanzlichen
Nährstoffaufnahmen und Bodennährstoffgehalte. Obwohl Voruntersuchungen ergaben, dass die
verwendeten Biomasseaschen geringere leicht pflanzenverfügbare P-Gehalte aufwiesen als der leichtlösliche P-Dünger Triplesuperphosphat (TSP), war der P-Düngeeffekt der Aschen generell vergleichbar
mit dem von TSP. Somit können Biomasseaschen, sofern sie nicht mit Schwermetallen belastet sind,
als gut wirksame P-Quelle zur Düngung im Pflanzenbau genutzt werden.
4.3.3
Verwendung von Holzasche bei der Waldkalkung (Dr. Klaus v. Wilpert,
FVA Baden-Württemberg)
Durch sauren Regen kam es in den zurückliegenden 50-100 Jahren zu einem Absinken des pH-Wertes
im Boden um bis zu zwei pH-Stufen und somit zu einer Versauerung des Oberbodens. Daraus lässt
sich ein langfristiger Kalkungsbedarf für Waldböden in Baden-Württemberg ableiten.
Gleichzeitig wird in jüngster Zeit von der Gesellschaft eine Intensivierung der Holznutzung eingefordert,
um Holzbiomasse als nachwachsenden Rohstoff für die Energieerzeugung zur Verfügung zu stellen.
Dadurch werden den Waldökosystemen zusätzlich basenwirksame Bestandteile (Ca, Mg, K) entzogen,
insbesondere dann, wenn die besonders basenreichen Biomassekompartimente Rinde und
Kronenbestandteile (Äste und Reisig) aus dem Wald entfernt werden. Da in der Holzasche die in der
Biomasse enthaltenen Mineralien nach der energetischen Nutzung zurückbleiben, wurde in einem
Forschungsprojekt geprüft, ob durch die Verwendung von Holzasche bei der Waldkalkung die
Stoffkreisläufe wieder geschlossen und dem Boden die notwendigen Basen wieder zugeführt werden
können.
Aufgrund der erhöhten Schwermetallbelastung von Zyklon- und Filteraschen wurden dabei
ausschließlich Rostaschen verwendet und nur Aschen aus der Verbrennung naturbelassener Hölzer, so
dass die nach Bundesbodenschutzgesetzes (BBSchG) zulässigen Schwermetallfrachten sicher
eingehalten werden können. Die Asche wurde zunächst aufgemahlen, um Schlackeanteile zu
zerkleinern und die Korngrößenverteilung zu homogenisieren und anschließend im Verhältnis 30:70 mit
Dolomitkalk gemischt (Gesamtwassergehalt 10%). Dieses Gemisch wurde in den Jahren 2008 / 2009
mit Hubschraubern auf ausgewählten Standorten in Oberschwaben ausgebracht. Es konnte gezeigt
werden, dass durch die Beimischung von Asche eine größere Tiefenwirkung der Kalkung im
Waldboden als beim Einsatz reinen Kalks erzielt werden konnte.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Holzaschen ein wirksamer basischer
Mehrnährstoffdünger sind, die zur Standortnachhaltigkeit durch Schließung von Stoffkreisläufen
beitragen können.
Gefördert durch:
Koordiniert:
6
4.4
Entsorgung von Spezialaschen
4.4.1
Praktische Erfahrungen bei der Entsorgung von Asche aus Braunkohle
gefeuerten Wirbelschichtanlagen (Bernd Müller, MUEG)
Im mitteldeutschen Raum fallen jährlich bis zu 1 Mio. t Asche aus braunkohlegefeuerten Kraftwerken
an, davon bis zu 150.000 t Asche aus Wirbelschichtfeuerungen. Da bei der Braunkohlefeuerung in
Wirbelschichten auch Kalk beigemischt wird, um das Produktgas zu entschwefeln, besteht die Asche
aus bis zu 63% Kalk. Die Aschen weisen aufgrund des Vorhandenseins von Calcium-, Aluminium- und
Schwefelverbindungen ein hohes Verfestigungspotential auf, welches auf die Bildung des Minerals
Ettringit zurückzuführen ist. Dieses Potential wird bei der Verwertung der Aschen als Bindemittel im
Versatz von untertägigen Hohlräumen, als Rohstoff in der Zementindustrie, Bindemittel bei der
Verfestigung von Abfällen oder im Straßenbau genutzt.
Gefördert durch:
Koordiniert:
7
5 DISKUSSION UND FAZIT
Rechtliche Rahmenbedingungen:
Es wurde diskutiert, inwieweit die zunehmende Bedeutung von Aschen ihre Einordnung als Abfall
beeinflussen kann. In der neuen Abfallrahmenrichtlinie wird zum einen die Abgrenzung zwischen
Abfall und Nebenprodukt, zum anderen die Beendigung der Abfalleigenschaft geregelt. Letzteres
erfordert unter anderem, dass für den fraglichen Stoff ein Markt und eine Nachfrage bestehen.
Einige Teilnehmer sahen hier ein mögliches Einfallstor, Asche in Zukunft, ggf. nach entsprechender
Novellierung des KrW-/AbfG, als (Neben-)produkt anzusehen bzw. die Abfalleigenschaft entfallen
zu lassen, so dass die derzeit zu beachtenden abfallrechtliche Vorschriften nicht mehr angewendet
werden müssten. Eingewendet wurde allerdings, dass dann das Produktrecht beachtet werden
müsse, das teilweise noch komplizierter sei als das Abfallrecht.
Eine Verwertungsmöglichkeit für Asche ist auch die Vermischung mit Kompost. Dieses Vorgehen
unterliegt jedoch den Vorgaben der Bioabfallverordnung (BioAbfV). Hierfür muss die Asche selbst
einem Düngemitteltyp nach DüMV entsprechen, da Asche nicht auf der Positivliste der BioAbfV
steht. Sie darf erst nach der Kompostierung zugemischt werden. Mit der Novellierung der BioAbfV
wird Asche in Zukunft aber voraussichtlich ein zulässiger mineralischer Zuschlagstoff für Gemische
sein.
Schadstoffgrenzwerte
Für die Verwertung von Asche als Düngemittel auf forstwirtschaftlichen Flächen ist eine
Überschreitung der Grenzwerte für Schadstoffe, um bis zu 50 % zulässig. Dies ist ein Sonderfall,
der historisch begründet und an bestimmte Bedingungen geknüpft ist. Zum einen muss es sich um
Asche aus der Verbrennung naturbelassener Hölzer handeln, zum anderen müssen
pflanzenwirksame Bestandteile nachgewiesen werden.
Bei Vergasungsprozessen kann je nach Betriebsbedingungen der Restgehalt an organischem
Kohlenstoff in der Asche bei der Einordnung in eine Klasse der DepV kritisch sein. Entscheidendes
Kriterium hierfür ist der TOC-Gehalt, der zwar nach der DüMV nicht bestimmt werden muss, aber
für die Einstufung nach der DepV für eine Deponierung relevant ist.
Für Kupfer existiert nach der DüMV kein Grenzwert, sondern nur ein Deklarierungswert.
Beim Schwermetall Chrom muss zwischen Cr(III) und dem hochtoxischen Cr(VI) unterschieden
werden, für das in der DüMV ein Grenzwert existiert. Bei Überschreitung des Grenzwertes für
Cr(VI) gibt es die Möglichkeit die Asche nachzubehandeln und dadurch Cr(VI) in Cr(III)
umzuwandeln.
Verwertung der Asche aus dem AER-Prozess
Da beim AER-Prozess sämtliche Aschefraktionen in einem einzigen Stoffstrom anfallen, könnte
eine Entmischung sinnvoll sein, um eine Reduktion der Schadstoffgehalte zu erzielen. Dies ist
jedoch sowohl technisch als auch finanziell nahezu unmöglich.
Für die Einsetzbarkeit der AER-Prozess-Asche bei der Waldkalkung spielt der Anteil an Carbonat
eine wichtige Rolle. Für eine solche Verwertung wäre es vorteilhaft, wenn möglichst viel des Kalks
als Carbonat vorliegt, da dies einen geringeren pH-Wert zur Folge hat. Durch entsprechende
Lagerung der AER-Prozess-Asche und Aufnahme von CO2 aus der Luft kann der Carbonatgehalt
jedoch auch nachträglich erhöht werden.
Ascheanalyse
Ascheanalysen werden immer relativ große Schwankungen aufweisen, da es sich zum einen beim
Ausgangsstoff Holz um ein Naturprodukt handelt, das natürlichen Schwankungen unterworfen ist,
und da zum anderen die Reaktionsbedingungen bei der Entstehung von Asche nie identisch sind.
Bei der Erstellung von Ascheanalysen kommt der Probenahme eine wichtige Bedeutung zu. In der
Literatur ist bei der Veröffentlichung von Ascheanalysen jedoch häufig keine Angabe zur
Probenahme zu finden. Um in Zukunft den Einfluss der Probenahme auf das Ergebnis einer
Analyse zu verringern und damit Ergebnisse vergleichbarer zu machen, sollte die Probenahme
nach einem einheitlichen Verfahren erfolgen. Da es sich bei Asche um Abfälle handelt, bietet sich
hier die Probenahme nach der Vorschrift LAGA PN 98 (Länderarbeitsgemeinschaft Abfall
Probenahme) an.
Gefördert durch:
Koordiniert:
8

Bei der Elementaranalyse einer Asche werden je nach Untersuchungsmethode unterschiedliche
Ergebnisse ermittelt. Eine Elementaranalyse kann generell sowohl durch Untersuchung nach
chemischem
Aufschluss
mit
Flusssäure
bzw.
Königswasser
als
auch
durch
Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) erfolgen. Sowohl in der DüMV als auch in der DepV ist jedoch
festgelegt, dass für eine rechtliche Einstufung die Elementaranalyse nach Aufschluss mit
Königswasser zu erfolgen hat.
Es wurde berichtet, dass bei Analysen mit RFA tendenziell höhere Schwermetallgehalte gemessen
werden als nach Aufschluss mit Königswasser. Dies ist im Hinblick auf die Zulassung von Aschen
als Düngemittel bei Überschreitung der Schwermetall-Grenzwerte nach DüMV selbstverständlich
problematisch. Es wurde angeregt, dass die Vergleichbarkeit der Analysenmethoden ggf. in einem
separaten Projekt geprüft werden soll.
Durch Eluatuntersuchungen können schnellverfügbare Bestandteile von Aschen bestimmt werden.
Die Verfügbarkeit ist häufig von der Oxidationsstufe des Elements abhängig. Für die Verwendung
als Düngemittel sind jedoch eher die Gesamtgehalte relevant, da sich durch Redoxreaktionen im
Boden die Oxidationsstufe langfristig ändern kann.
Durch die Beiträge der Referenten und die gemeinsame Diskussion konnten ein Wissensaustausch
sowie eine erste Vernetzung unter den Teilnehmern zum Thema „Ascheverwertung“ realisiert werden.
Allerdings zeigte sich gerade bei der gemeinsamen Abschlussdiskussion, dass das Themenfeld
„Ascheverwertung“ erst am Anfang der Entwicklung steht und insbesondere für die zukünftige
Umsetzung der Verwertungsmöglichkeiten in der Praxis noch zahlreiche Aspekte zu klären sind. Im
Sinne einer nachhaltigen Nutzung der Biomasse gilt es dabei stabile Kreislaufkonzepte, die auch eine
nachhaltige Verwertung der anfallenden Aschen beinhalten, zu entwickeln und dabei gleichzeitig auch
entsprechende rechtliche Rahmenbedingungen zu berücksichtigen.
Als weiteres Vorgehen wurde vereinbart das Thema "Ascheverwertung" beim nächsten Statusseminar
des BMU-Förderprogramms „Energetische Biomassenutzung“ im Oktober 2010 in die entsprechenden
Arbeitsgruppen einzubringen und dort vertieft zu diskutieren. Des Weiteren bietet die Durchführung
eines Folgeworkshops die Möglichkeit neue Erkenntnisse zu präsentieren und zu diskutieren.
Zusätzlich wurde es als sinnvoll erachtet, für ein oder mehrere konkrete Fallbeispiele exemplarisch die
gesamte Prozesskette von der Entstehung bis zur Verwertung einer Asche auszuarbeiten. Solche
Anwendungsbeispiele sollen helfen, den (rechtlichen) Rahmen für die Verwendung von Aschen als Teil
einer nachhaltigen Nutzung von Biomasse abzustecken und entsprechend anzupassen.
6 LITERATURHINWEISE
Bayerisches Landesamt für Umwelt, 2009, Merkblatt “Verwertung und Beseitigung von Holzaschen“
(http://www.lfl.bayern.de/iab/boden/36526/)
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), 2005, „Leitfaden Bioenergie – Planung, Betrieb
und Wirtschaftlichkeit von Bioenergieanlagen“, Kapitel 4.6 „Aschezusammensetzung und
Ascheverwertung“, S. 162 ff., (http://fnr-server.de/cms35/fileadmin/biz/pdf/leitfaden/datensammlung/)
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