C02-Kompentenzzentrum ZAR (Aufbau C02-Kompetenzzentrum ZAR und Vorprojektierung C02-Abscheidung KVA Linth)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 686.06.22

Schlüsselwörter (Deutsch)

Carbon-Capture and Storage-Technologie CCS, Kehrichtverbrennungsanlage KVA, Klimastrategie, Carbon-Capture and Utilization CCU, CO2-Emmissionen, Kompetenzzentrum, Netto-Energie, CO2-Abscheidung

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Der Bundesrat hat am 27. Januar 2021 die neue langfristige Klimastrategie der Schweiz verabschiedet, wonach die Schweiz bis 2050 Netto keine Treibhausgase mehr ausstossen soll. Gemäss Treibhausgasinventar 2019 stammen 4.6% der Schweizer CO2-Emissionen aus Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA) und es ist davon auszugehen, dass bis 2050 weiterhin Siedlungsabfälle anfallen werden, welche thermisch entsorgt werden müssen. Mit dem Einsatz der Carbon-Capture and Storage-Technologie (CCS), bzw. Carbon-Capture and Utilization (CCU), könnten die KVA ihre CO2-Emissionen stark senken. Durch den biogenen Anteil des Siedlungsabfalls ist sogar das Erzielen von negativen Emissionen möglich. Es gibt zurzeit jedoch noch keinen Stand der Technik für den Einsatz von CCS in thermischen Abfallverwertungsanlagen. Obschon CCS-Prozesse bereits seit vielen Jahren in der Erdgas- und Erdölindustrie eingesetzt werden, sind die Anforderungen an den Prozess bei der thermischen Verwertung von Abfällen bezüglich Immissionen, Emissionen und auch die Technologie selbst sehr unterschiedlich. Erste Pilotanlagen für CCS im Zusammenhang mit thermischen Abfallverwertungsanlagen sind in Norwegen und Holland in Betrieb bzw. werden getestet. Gespräche mit dem KVA-Betreiber vor Ort haben gezeigt, dass es noch offene Fragen zur Schnittstelle KVA, aber auch zum Betrieb der CCS-Anlage gibt, die in den nächsten Jahren im Detail geklärt werden müssen. Aufgrund dieser bestehenden Unklarheiten bezüglich der Einbindung der CCS-Technik in eine KVA, hat sich die Stiftung Zentrum für nachhaltige Abfall- und Ressourcennutzung (ZAR) in Zusammenarbeit mit dem Zweckverband KVA Linth, dem Verband der Betreiber Schweizerischer Abfallverwertungsanlagen (VBSA) und dem Zweckverband Kehrichtverwertung Zürcher Oberland (KEZO) dazu entschlossen ein CO2-Kompetenzzentrum aufzubauen, welches sich diesen offenen Fragen annehmen soll.

Inhalt des vorliegenden Projekts ist der Aufbau dieses CO2-Kompetenzzentrums und die Vorprojektierung einer CCS-Anlage in der KVA-Linth, bei der auch Aspekte einer optimalen Rauchgasreinigung und Maximierung der Netto-Energie-Effizienz, untersucht werden. Dies entspricht auch den Zielen einer soeben zwischen dem UVEK und dem VBSA unterzeichneten Vereinbarung wo sich die KVA-Betreiber dazu verpflichten, bis 2030 mindestens eine Anlage zur CO2-Abscheidung in Betrieb zu nehmen mit einer minimalen Kapazität von jährlich 100‘000 Tonnen CO2.

Seit dem 1. Dezember 2021 läuft zudem das Pilotprojekt DemoUpCARMA (Demonstration and Upscaling of CARbon dioxide MAnagement solutions for a net-zero Switzerland) unter der Leitung der ETH Zürich (finanziert und unterstützt durch Bundesamt für Umwelt und Bundesamt für Energie). Es hat zum Ziel, für zwei Pfade zur Erzeugung negativer Emissionen aufzuzeigen, wie sich diese umsetzen und hochskalieren lassen:

• Nutzung und permanente Speicherung von CO2 in neuem und recycliertem Beton in der Schweiz mittels eines neuen Verfahrens.
• Transport und permanente Speicherung von CO2 in einem geologischen Reservoir im Ausland.

Damit es zu keinen Doppelspurigkeiten zwischen den beiden Projekten kommt, werden sich die Projektteams während der gesamten Projektdauer regelmässig austauschen.

Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 29.09.2021 an der Sitzung der Koko UT vom 24.11.2021 genehmigt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Koordination mit Projekt DemoUpCarma und Aufbau des CO2-Kompetenzzentrum ZAR
   • Vor Aufnahme der Projektarbeiten wird ein erstes Koordinationsgespräch zwischen der Stiftung ZAR, dem VBSA und Prof. Marco Mazzotti, Projektleiter von DemoUpCarma durchgeführt, um etwaige Doppelspurigkeiten der beiden Projekte ausschliessen zu können. Die beiden Projekteams werden sich während der gesamten Projektdauer regelmässig Austauschen.
   • Eine u.a. aus Vertreter/innen der interessierten Ämter aus Bund und Kantonen gebildete Begleitgruppe für die Begleitung des Projekts ist eingesetzt. Sowohl der Beitragsgeber, als auch die Beitragsempfängerin können geeignete Personen für die Teilnahme an dieser Arbeitsgruppe bestimmen. Mit diesen Vertreter/innen werden insbesondere Fragen zu Grenzwerten für Schadstoffemissionen und zur CO2-Bilanzierung einvernehmlich geregelt.
   • Die Finanzierung des CO2-Kompetenzzentrums ZAR ist für die Projektdauer sichergestellt.
   • Mindestens einer von zwei Mitarbeiter (Verfahrensingenieur/Projektmanagement) für das CO2-Kompetenzzentrum sind rekrutiert.
   • Einer der Mitarbeiter ist in Norwegen auf den Anlagen von TMC/Fortum bezüglich Engineering, Betrieb, Arbeitssicherheit und Umweltaspekten einer CCS-Anlage an einer KVA ausgebildet worden.

   Erste Koordination mit Projekt DemoUpCarma ist durchgeführt und das CO2-Kompetenz-zentrum ist operativ. Meilenstein 1

2. Aufbau des Umweltmonitorings und Evaluation des aktuellen Stands der Technik
   • Ein Dispersionsmodel für die spezifischen Emissionen am Standort der KVA Linth ist erstellt.
   • Ein Immissions-Monitoring für Nitrosamine und andere KVA spezifische Schadstoffe wie Dioxine, Quecksilber, etc. ist am Standort der KVA-Linth aufgebaut (Boden und Gewässer) und wird mindestens über 2 Jahre vor der Inbetriebnahme des CCS betrieben.
   • Geeignete Messgeräte für die CCS-Emissionsüberwachung sind evaluiert.
   • Risikoanalyse bzgl. CCS-Betrieb, Emissionen und Immissionen, CO2-Lagerung und Umschlag ist erstellt.
   • Während der gesamten Projektdauer wird ein fortlaufendes Verfahrensmonitoring bezüglich der verschiedenen CCS-Technologien im Bereich KVA durchgeführt.
   • Die Produktpalette der möglichen Amine oder anderer Betriebsstoffe für das CCS ist bezüglich Verbrauch, Schadstoffpotenzial, UBP, etc. qualifiziert.

   Potenzielle Umweltrisiken sind frühzeitig bekannt, der Ursache zugewiesen und entsprechende Schutzmassnahmen eingeleitet. Stand der Technik für den CCS-Prozess ist bekannt. Meilenstein 2

3. Optimierung/Abstimmung der Rauchgasreinigung (RGR) auf das CCS-Verfahren
   • Die Entstickungsanlage ist spezifisch auf sehr tiefe Stickstoff- (NOx) und Ammoniakwerte (NH3) mittels Langzeitversuchen optimiert.
   • Die An- und Abfahrbedingungen (inkl. Notabschaltung) für das CCS-System sind evaluiert.
   • Die Abstimmung der RGR auf CCS ist optimiert und wird anhand der Umweltbelastungspunkte (UBP) nachgewiesen.

   Die Rauchgas-Reinigung ist betrieblich auf das CCS abgestimmt. Meilenstein 3

4. Optimale Abwärmenutzung aus dem CCS-Prozess und Spezifikation der benötigten CO2-Qualitäten
   • Eine Gesamtenergiebilanz und LCA für den CCS-Prozesses (inkl. CO2-Verflüssigung) ist erstellt.
   • Die Energieabgabe für den CCS-Prozess aus dem KVA-Prozess ist optimiert.
   • Optimale Rückführung der Abwärme des CCS-Prozesses in den Energieverwertungsprozess der KVA ist ausgearbeitet.
   • Absatzkanäle für CCU inkl. potenziellem Mengenabsatz und Verbraucher (Letter of Intent) sowie die CO2-Spezifikation für die Nutzung sind abgeklärt.
   • Speicherkapazitäten für CCS inkl. langfristige CO2-Liefervereinbarung (Letter of Intent) sind abgeklärt.

   Bedingungen für die maximale Energie-Netto-Effizienz einer KVA mit CCS sind ermittelt. CO2-Absatzort, Menge, Qualität und Vergütung sind geklärt. Meilenstein 4

5. Vorprojektierung CO2-Abscheidung KVA Linth
   • Vorprojekt mit den folgenden Paketen ist umgesetzt: Anpassung RGR, Energieversorgung CCS, CCS, Energierückgewinnung aus CCS-Prozess, Konditionierung und Transport CO2 bis Übernahmestelle

   Anlagenlayout, Prozess und Investitions- und Betriebskosten (+/- 30%) sind definiert. Meilenstein 5

6. CO2-Logistik bis Übernahmestation Endnutzung (Utilization/Storage)
   • Anforderung für die Schnittstellen KVA - Bahntransport, Bahntransport - Zwischenlager, Zwischenlager - Schiff, Schiff - Utilization/Storage in Zusammenarbeit mit mehreren inländischen und ausländischen CO2-Abnehmern sind bekannt
   • Geeignete Partner für die Transportkette sind evaluiert
   • Rahmenbedingungen für die Transportkette bezüglich Abnahmesicherheit, Kosten, etc. sind festgelegt.

   Die Logistikkette, die Investitions- und Betriebskosten (+/- 30%) bis zum User/Storage sind definiert. Meilenstein 6

7. Kommunikation
   • Die verschiedenen Anspruchsgruppen (Behörden, Verantwortliche KVA, Betrieb, Bevölkerung) werden regelmässig über den Verlauf des Projekts informiert.
   • Mehrere Informationsveranstaltungen zum Projekt werden durchgeführt.

   Die Entscheidungsträger, Behörden und die Bevölkerung der Region nehmen positiv Kenntnis vom CCS-Projekt.

8. Bewilligungsverfahren
   • Die aktuellen Auflagen und Bewilligungskriterien in Norwegen oder alternativ in einem anderen europäischen Land für den Bau und den Betrieb der CCS-Anlage, sowie die Bereitstellung, den Umlad und den Transport von CO2 sind abgeklärt.
   • Die norwegischen Auflagen werden in Zusammenarbeit mit der Begleitgruppe auf die Schweiz und das CCS-Projekt KVA Linth adaptiert.
   • Die gesetzlichen Rahmenbedingungen werden mit den entsprechenden Behörden abschliessend abgestimmt.

   Die Bewilligungsverfahren für den Bau und Betrieb der CCS-Anlage sowie den CO2-Transport zum Anwender oder zur Senke sind bekannt und die Bewilligungsfähigkeit des Projekts ist geprüft. Meilenstein 7

9. Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 8 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben.
   
   
10. Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien
    (genauere Angaben s. 11 Beilage 4) für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.
    
    
11. Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung wird am Schluss des Projektes für interessierte Personen aus dem BAFU durchgeführt.

Projektziele (Deutsch)

Das CO2-Kompetenzzentrum ist erfolgreich aufgebaut, in die Strukturen des ZAR integriert und die längerfristige Finanzierung ist sichergestellt. Die Vorprojektierung der CCS-Anlage der KVA-Linth ist abgeschlossen.