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Forschungsstelle
BAFU
Projektnummer
UTF 625.04.20
Projekttitel
PlasTEC-Verbrennungsofen (PlasTEC - Plastic-waste To Energy Converter - Verbrennungsofen)

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Schlüsselwörter
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Kurzbeschreibung
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Ergebnisse gemäss Vertrag
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Projektziele
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Beschreibung der Resultate
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Umsetzung und Anwendungen
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Weiteres Vorgehen
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Deutsch)
Plastikverbrennungsofen, Pastikabfall, Kehrrichtverbrennungsanlagen, KVA, FLOX-Schwachgasverbrennung, Kreislaufwirtschaft
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
Auch bei konsequenter Umsetzung der Kreislaufwirtschaft wird es immer Abfallfraktionen geben, die nicht einer stofflichen Verwertung zugeführt werden können, zum Beispiel verschmutze Plastikfraktionen.
Sie werden in Europa in Kehrrichtverbrennungsanlagen (KVA) verbrannt. Solche KVAs sind aber sehr kostenintensiv. Kleinere Inselstaaten verfügen oft nicht über die notwenigen Finanzierungssysteme sowie über das benötigte Fachpersonal. Sie benötigen aber dringend wirtschaftlich umsetzbare Lösungen um das Problem der Plastikabfälle in den Griff zu bekommen.
Das Ökozentrum in Langenbruck entwickelt mit dem Verein Terre et Faune ein angepasster und dezentraler Plastikverbrennungsofen mit einem vereinfachten Verfahren, welches auf den Erfahrungen mit FLOX-Schwachgasverbrennung, Abgas-Rezirkulation für Biomasse-Feuerungen, der Entwicklung und Prüfung des IDDEA-Modul (Integrated Dust- and Dioxine-Emission Avoidance) sowie dem PyroPowerPlant-Verfahren basiert für kleinere Inselstaaten und Entwicklungsländer, genannt PlasTEC-Verbrennungsofen, mit welchem die Plastikabfälle verbrannt werden können und zusätzlich Abwärme genutzt werden kann.
Erste Ergebnisse aus einem vereinfachten Vorversuch liegen vor: Der verwendete Plastikabfall verbrannte geruchsarm und ohne sichtbare Abgase, der Reaktorinnenraum blieb sauber, hingegen bildeten sich auf dem Porengewölbe schwarze poröse tropfenartige Rückstände, die aber nicht anhafteten und sich wie Holzkohle zu einem geruch- und geschmacklosen schwarzen Pulver zerreiben liessen.
Mit dem vorliegenden Projekt soll nun das PlasTEC-Verfahren in einem sinnvoll skalierten Massstab in einem verbrennungstechnischen Labor hinsichtlich der technischen Machbarkeit und tiefen Schadstoff-Emissionen realisiert und getestet werden.
Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 27.10.2019 genehmigt.
Ergebnisse gemäss Vertrag
(Deutsch)
1    Der PlasTEC-Verbrennungsofen ist in einem sinnvoll skalierten Massstab im Labor aufgestellt und bereit zur Inbetriebnahme. Der PlasTEC-Verbrennungsofen muss "by design fail safe" sein, d.h. ein Falschbetrieb, welcher giftige Emissionen oder Produkte erzeugt, muss quasi unmöglich und/oder sehr einfach erkennbar sein.
2    Die Resultate der Abgasanalytik gasförmig (CO, NOx, SO2) und des Feinstaubes (PM als Gesamtstaub mit Testo 380) zeigen, dass mit dem PlasTEC Verbrennungsofen, die Grenzwerte für Emissionen gemäss der schweizerischen Luftreinhalteverordnung (LRV) für Biomasse-feuerungen gleicher Baugrösse eingehalten werden können, also eine sehr grosse Verbesserung der Emissionen gegenüber der Verbrennung der Plastikabfälle unter freiem Himmel resultieren. Meilenstein 1.
3    Eine Analyse der flüssigen und festen Reststoffe zeigt deren Belastung bezüglich der Polychlorierten Biphenyle (PCB), der Schwermetalle (Liste gemäss EBC-Prüfung) und der Polyaromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK), in Anlehnung an das EBC-Zertifikat bzw. Zertifizierung von landwirtschaftlichen Bodenzuschlagstoffen in der Schweiz. Die Beschreibung eines umweltfreundlichen Entsorgungsweges dieser Reststoffe ist in der Projekt-Bericht-erstattung ebenfalls beschrieben.
4    Die Massen- und Energiebilanzen von Input (feucht/trocken/erhöhter Verschmutzungsgrad) und Output für den PlasTEC-Verbrennungsofen, sowie der verfügbaren Abwärme, die in einem kontinuierlichen Betrieb genutzt werden kann, sind erstellt.
5    Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 4 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben.
6    Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.
7    Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung ist dem BAFU abgegeben und kann auf Nachfrage beim BAFU vorgetragen werden.
Projektziele
(Deutsch)

Es soll ein kleiner, dezentral einsetzbarer Plastikverbrennungsofen für den Einsatz in kleineren Inselstaaten und Entwicklungsländer in einem verbrennungstechnischen Labor realisiert, getestet und dessen Emissionsverhalten beim Verbrennen von sauberen und von verschmutztem Plastik untersucht werden. Die Umwelt-Emissionen sollen gemessen werden und die Grenzwerte für Biomasse-Feuerungen in der Schweiz einhalten.  

Beschreibung der Resultate
(Deutsch)

Ziel des Projektes ist es einen kleinen, dezentral einsetzbareren Verbrennungsofen für Plastikabfall zu entwickeln. Dieser soll in kleineren Inselstaaten und Entwicklungsländer zum Einsatz kommen. In der vorliegenden Machbarkeitsstudie wurde ein Funktionsmuster entwickelt, auf dessen Basis eine Weiterentwicklung möglich ist.

Das Funktionsmuster ist im Aufbau sehr einfach (Vgl. Abbildung 1). Es besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Behälter, einem Ventilator für die Verbrennungsluft, einer Reaktorheizung und einem Füllsystem. Die Materialkosten für das Funktionsmuster lagen bei etwa 2500 CHF zuzüglich Ventilator und Regelungstechnik.

Es konnte gezeigt werden das Kunststoffabfall sauber (CO < 250 mg/m3 und Feinstaub kleiner 60 mg/m3, bei händischer Bestückung) verbrannt werden kann und dass ein stabiler Betrieb möglich ist. Es wurden durchschnittlich knapp 20 kW thermische Verbrennungsleistung erzeugt. Im Mittel werden rund 1500 Watt elektrische Energie für den Betrieb des Ventilators und einer einfachen Regelungstechnik benötigt. Für die Vorwärmung werden etwa 4.5 kW an thermischer Energie benötigt.

Bei Verbrennungstemperaturen von 900°C bis 1100°C werden tiefe Schadstoffemissionen (CO kleiner 10 mg/m3 und Feinstaub kleiner 20 mg/m3) erreicht. Einzig während der Zuführung des Plastikabfalls treten hohe CO Konzentrationen auf.

Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)

Das PlasTEC Funktionsmuster (siehe Abbildung) besteht aus einem Füllbehälter für das Plastik (1), dem Vergasungsbereich (2) und der Brennkammer (3). Der Aufbau wurde so einfach wie möglich gehalten um eine Umsetzung vor Ort zu vereinfachen.

Der Reaktor hat bei einem Durchmesser von 250mm eine Höhe von etwa 300mm (ca 7.5 l Volumen), die Brennkammer hat bei gleichem Durchmesser eine Höhe von rund 800mm, etwa 20 l Volumen.

 


Abbildung 1: Aufbau des PlasTEC Funktionsmuster : (1: Reaktor, 2: Mischzone, 3: Brennkammer, 4: Nachfüllstutzen, 5:Luftgebläse, 6: Luft-Vorwärmung, 7: Luftdüsen, 8: Reaktorheizung)

 

Mittels einem Luftventilators (6) kann die Verbrennungsluft über die Düsen (7) gezielt eingeblasen werden. Der Grundgedanke hinter diesem Aufbau ist, dass Kunststoff im Reaktor durch Erwärmung vergast wird. Das Gas strömt aus der Reaktor-Zone nach oben und wird in der Misch-Zone mit Verbrennungsluft vermischt und verbrennt.

Die Möglichkeit der Luft-Vorwärmung (6) wurde für den vereinfachten Startvorgang und zur besseren Regulierbarkeit des Prozesses eingeführt. Für den Startvorgang und um die Vergasung später konstant halten zu können wurde die Reaktorunterseite mittels eines Gasbrenners (8) beheizt. In einem späteren Prototyp soll dazu Abwärme aus den Verbrennungsprozess verwendet werden.

Zugehörige Dokumente
Weiteres Vorgehen
(Deutsch)

In einem nächsten Schritt ist der Aufbau eines Prototyps notwendig. Dabei sind folgende technische Aspekte weiterzuentwickeln:

  • Erstellung eines Befüllsystems
  • Erstellung eines einfachen Regelungssystem für Verbrennungsluft und Temperaturregelung für den Reaktionsraum
  • Angepasster Verbrennungsluftventilator (für minimale elektr. Leistungsaufnahme)
  • Erstellung eines mit heissem Abgas beheizten Reaktionsraums
  • Tests mit verschiedenen Abfallproben (aus dem späteren Anwendungsgebiet, um die Schadstoffemissionen besser abbilden zu können)

Zudem ist es vorgängig sinnvoll die Anwendungsbereiche und deren spezifische Anforderungen an die Nutzung breiter abzuklären. Ebenso wichtig sind Informationen zu den Bedingungen vor Ort, wie Verfügbarkeit von Hilfsenergie, Abfallqualität, welche Menschen bedienen die Anlage, etc..

Der Verbrennungsofen könnte es ermöglichen vorhandenen Kunststoffabfälle (ohne PVC) zu nützen für Trocknungs- oder Heizenergiezwecke. Damit können vorhandene natürliche Ressourcen geschont werden und die Landschaft von herumliegendem Plastikabfall gesäubert werden.