Langzeitversuch mit neuartiger Schwachgastechnik zur Verbrennung schwacher Deponiegase (Kurztitel: Schwachgasverbrennung)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 246.37.07

Schlüsselwörter (Deutsch)

FLOX, Verbrennung von Deponiegasen, Schwachgastechnik, FLOX®-Comubster, Wärmeporzesstechnik

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Bei den bisher üblichen Verfahren zur Verbrennung von Deponiegasen war die Zündbarkeit unterhalb eines Methangehalts von 25% bisher nicht mehr gegeben. Die neuartige Schwachgastechnik FLOX®-Combustor erlaubt es, bisher nicht brennbare Abgase mit einem Restheizwert von nur 6% bezogen auf Erdgas zu verbrennen. Ein Konsortium hat eine Schwachgas-FLOX®-Fackel gebaut und während 180 Tagen erfolgreich mit Deponiegas betrieben, das einen Methangehalt von nur 8 bis 16% hatte. Diese positiven Erfahrungen lassen den Schluss zu, dass mit verhältnismässig geringem Aufwand ein mehrjähriger Langzeitversuch zur Gewinnung von zusätzlichen Erfahrungen möglich ist.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Im Dauerbetrieb von mindestens 360 Tagen funktionierende Schwachgas-FLOX®-Fackel
2. Angaben zur für die Verbrennung zusätzlich benötigten Fremdenergie 
3. Angaben zur Menge des verbrannten Methans

Projektziele (Deutsch)

Ziel dieses Projekts ist die Optimierung der Schwachgas-FLOX®-Fackel im Langzeitversuch.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

In diesem Projekt wurde eine bestehende Versuchsfackel im Tessin für niederkalorische (schwache) Gase aus einer Deponie, revidiert, mit keramischen Brennraum-Bauteilen ausgestattet, sowie mit einer automatischen, temperaturgeregelten Steuerung ausgerüstet. Im weiteren wurden zahlreiche Messdaten (15 Parameter) mit einer Messdatenerfassung im 15 Minutentakt aufgezeichnet, welche alle zwei Wochen per Mobiltelefon von Langenbruck aus abgerufen und ausgewertet werden konnten. Der Dauerbetriebsversuch hat alle Erwartungen übertroffen: Nach heute mittlerweile über 550 Dauerbetriebstagen ist keinerlei Abnützung zu erkennen und es gab in dieser Zeit keinen einzigen selbstverschuldeten Ausfall, hingegen einige wenige Ausfälle wegen Stromausfall und Blitzschlag, die zu einem Stillstand von insgesamt 11 Tagen führte. Der Betrieb der Fackel bei 33.6 kW durchschnittlicher Verbrennungsleistung hat während den 18 Monaten des Dauerbetriebsversuches eine Menge Methan zu CO2 verbrannt, was einer Reduktion des Klimaschadens um 708.7 t CO2eq (Tonnen CO2-Äquivalent) entspricht. Dies entspricht dem CO2-Ausstoss von 500 Pkw x 10'000 km x 150 g/CO2/km. Das Kernstück des Schwachgasbrenners, der FLOX® Combustor ist bereits seit einiger Zeit von unseren Industriepartnern WS Wärmeprozesstechnik GmbH und E-Flox GmbH geschützt.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Das Projekt selbst ist eine Anwendung mit Klimarelevanz wie oben beschrieben, der Weiterbetrieb wird mit einem Kompensationsvertrag mit myclimate ko-finanziert. Leider deckt der Ertrag dieser Zusammenarbeit nur gerade etwa die jährlichen Betriebs- und Reportingkosten. Die Erkenntnisse aus dem Tessin flossen direkt in die Weiterentwicklung der Schwachgas-Brenner- Systeme von E-Flox GmbH, die in der Schweiz seit 2008 in 5 kommerziellen Projekten eingesetzt wurden: Diese Schwachgasbrenner verbrennen die niederkalorischen Abgase von PSAMethanisierungsanlagen, welche Biogas zu Erdgasnetz-tauglichem Naturgas (Bio-Methan) wandeln. Dabei wird die erzeugte Wärme genutzt, um die Fermenter zu heizen. D.h. – eine solche Biogasanlage hat nicht nur keinen Methanschlupf mehr, sondern benötigt auch beinahe keine thermische Fremdenergie mehr. Die fünf Anlagen haben eine Gas-Einspeiseleistung von je 1 bis 2 MW. Der bei diesen 5 Anlagen verhinderte Klimaschaden beträgt knapp 6'000 t CO2eq pro Jahr. 2010 und 2011 sollen im Kanton Zürich zwei weitere Deponiegas-Abfackelungs-Anlagen gebaut werden, welche pro Jahr die 4- bis 5-fache Menge Methan der Anlage im Tessin verbrennen sollen. Allerdings wird das Design nach den Erkenntnissen des parallel laufenden BfE Forschungsprojektes ziemlich anders sein, als die Anlage im Tessin.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Die Anlage im Tessin wird mindestens bis zum Ende 2013 auf eigene Rechnung weiterbetrieben. Danach wird sie dem Kanton Tessin übergeben, welcher Betreiber der dortigen Deponie ist. Neben den erwähnten Schwachgasbrennern auf Methanisierungsstationen von Biogasanlagen wird die erste weitere Schwachgasfackel erst 2010 auf einer Deponie aufgestellt werden. Die langsame Verbreitung und Kommerzialisierung liegt vor allem daran, dass es sich um eine freiwillige Massnahme (Kosten) ohne sichtbaren Nutzen der jeweiligen Betreiber handelt und allenfalls durch Klimaschutz-Förderprojekte unterstützt werden oder bei starker Geruchsbelästigung der Anrainer oder toxischen Emissionen Dringlichkeit erhalten. Bei aktuellen Welthandelspreisen von CO2eq (13.85 €/t [Tagesanzeiger vom 4.12.09]) können solche Projekte bei weitem nicht finanziert werden, selbst wenn ein Teil der Infrastruktur (Bohrlöcher, Leitungsnetz) bereits vorhanden sind. Bei nationalen Kompensationsprojekten mit Preisen deutlich über 50 CHF/t CO2eq kann eine kostendeckende Umsetzung erreicht werden. Eine weitere Förderung ist das deutsche Umweltgesetz, welches vorschreibt, dass „alle vorhandene Technik zur Verhinderung eines Umweltschadens einzusetzen ist“. Im weiteren ist das Ökozentrum Langenbruck in einem Konsortium mit 4 Schweizer und 2 deutschen Unternehmen dabei, eine kleine Mirkoturbine zur Verstromung von Schwachgas zu entwickeln. „Aactor !GT“ soll bei Stromverkaufspreisen ab 16 Rappen wirtschaftlich einsetzbar – vorausgesetzt, eine Entgasung des Deponiekörpers sei schon vorhanden.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Das Projekt wurde nie alleine, aber in Zusammenhang mit anderen Schwachgas-Aktivitäten
publiziert.
Konferenz-Beiträge (ppt-Präsentationen)
• Jahrestagung des Energiecluster.ch in Zürich, Mai 2009
„Rolle von Mikro-Gasturbinen und Heissluft-Turbinen in der nahen Zukunft; Neue Entwicklungen und Praxistauglichkeit“, Martin Schmid, Erwähnung des vorl. Projektes auf 1 von 27 Folien
• Greentech-Messe und Konferenz für Entsorgungstechnik und Recycling in Fribourg, im Oktober 2009:
„FLOX-Schwachgasverbrennung für Methangehalte von 4 bis 25%; Zur Abfackelung und
zukünftig auch Verstromung von schwachem Deponiegas und schwach brennbaren Abgasen
aller Art“, Martin Schmid, Hanspeter Zumsteg; Robert Stucki; Roland Berger, Erwähnung des
vorl. Projektes auf 4 von 38 Folien, Erwähnung des BafU in der Danksagung, Bundesamt für Umwelt BAFU, Sektion Innovation, CH-3003 Bern
Veröffentlichungen in eigener Sache
• Jahresbericht 2008 des Ökozentrum Langenbruck, April 2009
“Langzeittest der Schwachgasfackel im Tessin, Inländische Reduktion von Treibhausgasen“;
Hanspeter Zumsteg, Seite 19, mit Erwähnung der BafU-Unterstützung.
Pressemeldungen mit dem Titel „Strom aus Schwachgas“ oder sinngemäss, zum Folgeprojekt im
Kanton Zürich am 30./31.10.2009. Im Folgenden wird das Medium und die Auflage nach
ARGUS/WEMF angegeben.
• Tages-Anzeiger (216'495)
• Der Landbote (34'670)
• NZZ (131'671)
• Zürcher Oberländer (29'001)
• Zürcher Unterländer (18'862)
• Zürichsee Zeitung (18'890)
• Birsigtalbote (22'793)
• Blick am Abend (210'692)
Total 683'074 gedruckte Ausgaben
Wissenschaftliche Publikationen für andere Forschungs- und Pilotprojekte
• BfE 102'105: EMISSIONSARME VERBRENNUNG UND ENERGETISCHE NUTZUNG VON SCHWACHGASEN BIS UNTER 2.5 MJ/m3; Ausserordentlicher Zwischenbericht September 2008, Martin Schmid und Hanspeter Zumsteg; Bafu Projekt erwähnt auf 3 Seiten von 13.
• BfE 102'105: EMISSIONSARME VERBRENNUNG UND ENERGETISCHE NUTZUNG VON SCHWACHGASEN BIS UNTER 2.5 MJ/m3, Schlussbericht, Mai 2009, Martin Schmid; BafU-Projekt erwähnt auf 2 von 12 Seiten
• SVGW (FOGA) 0187: Emissionsarme Verbrennung und energetische Nutzung von Schwachgasen bis unter 2.5 MJ/m3 – Entwicklung eines Bivalent Kessels für Schwachgase und Biogas; Schlussbericht, Mai 2009, Martin Schmid, BafU-Projekt
erwähnt auf 2 von 9 Seiten