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8 DEPONIETECHNIK | ROHSTOFFRÜCKGEWINNUNG UmweltJournal /November 2019 Lithiumbatterien Steigendes Brandrisiko für Abfallwirtschaft und Entsorgung Der Trend zu leistungsstarken Batterien als Energiespeicher von elektronischen Geräten ist ungebrochen. Jedoch stellen Lithiumbatterien am Ende ihrer Nutzungsphase die Abfall- und Entsorgungswirtschaft mehr denn je vor sicherheitstechnische Herausforderungen. Thomas Nigl und Roland Pomberger Montanuniversität Leoben Unternehmen aus Abfallwirtschaft, Entsorgung und Recycling sind in den letzten Jahren vermehrt von starken Brandereignissen betroffen. Im Gegensatz zu früheren Häufungen von Brandfällen in der Branche, etwa Deponiebrände in den 90er Jahren oder Brände in Abfallzwischenlagern in den 2000er Jahren, ist seit einigen Jahren die gesamte abfallwirtschaftliche Wertschöpfungskette betroffen. Eines der Hauptprobleme ist, dass trotz der Erfüllung der Sammelquoten für Gerätebatterien sehr viele Batterien am Ende ihres Lebenszyklus als Fehlwürfe im Restmüll, aber auch in Stoffströmen wie Leicht- oder Metallverpackungen gelangen. Insbesondere von Lithiumbatterien, welche sich durch ihre hohe Energiedichte auszeichnen, geht dann eine sehr hohe Brandgefahr aus. Untersuchungen haben gezeigt, dass vor allem die starken mechanischen Belastungen, welche bei der Sammlung, den Transport und der Aufbereitung von Abfällen auftreten, zu Beschädigungen dieser Batterien führen. Bei Beschädigung können Lithiumbatterien – anders als herkömmliche Batterien – als Zündquelle agieren, da sie bei Beschädigung thermisch durchgehen (thermal runaway) können und es in Folge zu einer unkontrollierten Wärmefreisetzung kommt. In den vergangenen vier Jahren wurden im Forschungsprojekt „BATSAFE“ (Auswirkungen und Risikoanalyse von Gerätebatterien in abfallwirtschaftlichen Systemen) u. a. im Zuge von Sortierkampagnen das Aufkommen und der Beschädigungsgrad von Gerätebatterien in unterschiedlichen abfallwirtschaftlichen Stoffströmen untersucht. Dabei wurde im österreichischen Restmüll (gemischte Siedlungsabfälle) ein durchschnittlicher Anteil von 0,05 Gew.-% Gerätebatterien gefunden; der Anteil an Lithiumbatterien betrug 0,002 Gew.-%. Solche Gehalte werden in der aus abfallwirtschaftlicher Sicht massebezogenen Betrachtungsweise üblicherweise als unwesentlich angesehen. Betrachtet man jedoch die Anzahl der einzelnen Partikel, zeigt sich die Problematik klarer. So kommen auf eine Tonne Restmüll durchschnittlich 20 Gerätebatterien und eine bis zwei Lithiumbatterien. Hochgerechnet auf das jährliche Restmüllaufkommen ergibt das zwischen 1,4 und 2,8 Millionen Lithiumbatterien im österreichischen Restmüll pro Jahr. Mit 0,03 Gew.-% Gerätebatterien und 0,002 Gew.-% Lithiumbatterien wurden nicht ganz so hohe Werte bei der Sammlung von Leichtverpackungen ermittelt. Doch auch hier zeigt eine partikelbezogene Betrachtung mit etwa 10 bis 15 Gerätebatterien und einer Lithiumbatterie pro Tonne Leichtverpackungen das dahinterliegende Risikopotenzial dieser Fehlwürfe. Mit der Verwendung von leichteren und dünneren Gehäusematerialien verändert sich seit einigen Jahren der allgemeine Aufbau vieler Lithium-Ionen- Batterien, wobei davon auszugehen ist, dass dieser Trend weiter anhält. Ein geringeres Gewicht, mehr Spielraum bei der Bauform und eine höhere Energiedichte höhen zwar das Spektrum an Einsatzmöglichkeiten in der Nutzungsphase. Jedoch weisen Batterien in dieser Bauform eine wesentlich geringere mechanische Belastbarkeit auf und sind darüber hinaus in zunehmendem Ausmaß fix verbaut. Betrachtet man die Statistiken über die Zusammensetzung der in Verkehr gebrachten Batteriemenge, so wird deutlich, dass auch der Anteil von Batterien auf Lithium-Basis stetig steigt. Aus diesen Gründen ist zu erwarten, dass das Risiko, das von Lithiumbatterien ausgeht, in Zukunft noch weiter steigen wird. Auch der Verband Österreichischer Entsorgungsbetrie- be (VOEB) hat die Tragweite dieser Entwicklung erkannt und eine eigene Arbeitsgruppe gegründet, die sich intensiv mit dem Thema Brandschutz befasst. In Zusammenarbeit mit den Versicherungsverband Österreich (VVO) erscheint im November 2019 eine umfangreiche Leitlinie mit dem Titel „Brandschutz für Entsorgungsbetriebe“. Damit soll insbesondere das Risikomanagement in den Betrieben verbessert werden. Die brisante Thematik brandgefährlicher Abfälle bliebt auch in Zukunft Thema am Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft (Montanuniversität Leoben). Noch im Herbst 2019 startet mit „AbER innovation“ ein neues FFGgefördertes Forschungsprojekt mit einem großen Konsortium. In den nächsten zwei Jahren arbeiten insgesamt 13 Partner aus Wissenschaft und Industrie als Innovationsnetzwerk zum Thema Brandschutz in Abfallwirtschaft, Entsorgung und Recycling zusammen. Thomas Nigl Roland Pomberger Alles unter Kontrolle MIETEN SIE 100% öLfREIE DRucKLufT. AERZEN RENTAL ist der Spezialist für die Vermietung von 100% ölfreien, elektrisch betriebenen Gebläsen und Kompressoren. Engagement, Kompetenz und Schnelligkeit zeichnet unseren Service aus. Ein Anruf bei der Hotline 24/7 genügt, um für Sie einen Notfallplan zu entwickeln und auszuführen. AERZEN RENTAL bietet Komplettlösungen auch für Ihren Prozess – inklusive der notwendigen Peripherie wie Verrohrung, elektrischen Anschlüssen und der Druckluftaufbereitung. Auch individuelle Lösungen zur Einbindung der Maschinen in Ihr Leitsystem sind möglich. 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November 2019/ UmweltJournal DEPONIETECHNIK | ROHSTOFFRÜCKGEWINNUNG 9 Biogasanlage verwertet Strohgemisch Rendite mit Pferde- und Viehmist Land- und Pferdewirte sind gebeutelt von gesetzlichen Vorschriften. Wenn dank Gülle-Quoten am Ende des Düngens noch so viel Mist übrig ist, denken viele Halter von Milchvieh und Pferden über eine Biogasanlage nach. Moderne Systeme sind auch für den kleinen Betrieb sinnvoll und können neuerdings sogar trockenes Substrat wie mit Stroh gemischten Pferdemist verwerten. So erwirtschaftet der Dung letztlich sogar eine zweistellige Rendite. Ein Pferdehof mit 120 Tieren im südlichen Baden, am Rande des Schwarzwalds. Die hier seit einigen Monaten laufende Biogasanlage verwertet 3,8 Tonnen Pferdemist und 1 Tonne Grassilage pro Tag und verwandelt diese in Biogas, das in einem Blockheizkraftwerk verbrannt wird. Das erzeugt regenerativen Strom. Mit einer Leistung von etwas mehr als 75 Kilowatt speist der Inhaber von Pferdepension und Zuchtbetrieb bis zu 8760 Kilowattstunden (KWh) grünen Strom ins öffentliche Netz ein. Für jede KWh kassiert er 23 Cent. Das sind jährliche Einnahmen von rund 150.000 Euro pro Jahr. Inklusive aller laufenden Kosten ist das Kraftwerk binnen sieben Jahren abbezahlt und erwirtschaftet anschließend sogar einen finanziellen Überschuss. „Ich sehe drei große Vorteile für Vieh- und Pferdewirte bei der Nutzung einer Biogasanlage“, fasst Geschäftsführer Thomas Brüse zusammen. Erst seit einigen Wochen ist er mit der neusten Generation der Biogasanlagen von Goffin Energy in der Akquise, die selbst mit Stroh gemischte Pferdeäpfel verwerten kann. Erstens nennt der Experte für Regenerative Energie den Gewinn an grünem Strom und grüner Wärme. Diese kann für den eigenen Bedarf verwendet werden oder, noch besser, gegen eine Vergütung ins öffentliche Netz fließen. Zweitens nennt Brüse die sinnvolle Verwertung des Mists. „Ich kenne Landwirte, die 2000 Euro und mehr an Entsorgungskosten pro Monat für ihren Mist ausgeben“, sagt Brüse. Nach einem Durchgang durch die Biogasanlage entstehe binnen 20 Tagen hochwertiger Dünger, der ohne Quote aufs Feld verbracht, oder getrocknet als Nährstoffquelle weiterverkauft werden kann. Damit wäre auch der dritte Vorteil genannt: Enorme Einsparungen beim Kauf von Düngemitteln. Statt Glyphosat & Co kommt dann absolut saatenfreies, natürliches Substrat aufs Feld, das voller Mineralien ist. Das Besondere an den neu entwickelten Biogasanlagen aus der Goffin-Gruppe ist ihre Fähigkeit, dass sie auch Ausgangsstoffe mit einem hohen Strohanteil verwerten können. Millionen von Mikroorganismen und Enzymen verwerten den Pferdeapfel und nur das Lignin aus der pflanzlichen Zellwand des Strohs bleibt übrig. Deshalb sind sie gerade für Pferdewirte eine sinnvolle Investition. „Klassische Anlagen verkraften bloß einen Anteil von etwa 20 Prozent des trockenen Strohgemisches. Bei unseren neuen Systemen können es 80 Prozent oder mehr sein“, erläutert der studierte Maschinenbau- Ingenieur. In der Praxis überschreiten Pferdehöfe aber meist nicht die 80-Prozent-Grenze. Zugesetzt werden können von Gülle bis Grünschnitt oder Brotresten alle organischen Stoffe. Für die optimale öffentliche Förderung einer Anlage bis 75 kW sei aber ein möglichst hoher Mist- und Gülleanteil förderlich, denn nur dann vergütet der Energieversorger mit 23 Cent pro kWh. Pferdeäpfel wurden in der Vergangenheit als Energieträger sehr unterschätzt. Durch ihre trockene und harte Struktur, die sich durch das Verdauungssystem der Reittiere ergibt, waren Biogasanlagen bisher nicht in der Lage, den organischen Ausgangsstoff zu verwerten. Allerdings steckt in ihnen viel Energie, die das Pferd nicht verwerten kann, die also im Pferdeapfel verbleibt und mit modernen Methoden freigesetzt wird. Organische Ausgangsstoffe werden umgewandelt An Zauberei grenzt für den Laien, was die Fetzer Rohstoffe + Recycling GmbH in Eislingen seit 2013 an Wertstoffkreislauf kreiert hat. In einer so genannten Pyreg-Anlage werden organische Ausgangsstoffe in wertvollen Rohstoff umgewandelt. „Bei dem Carbonisierungsverfahren bleibt eine Pflanzenkohle zurück, die durch ihre innere Oberfläche mit Mikroorganismen besiedelbar ist. Sie kann den Gasertrag einer herkömmlichen Biogasanlage für nachwachsende Rohstoffe um mehrere Prozent steigern“, erklärt Geschäftsführer des Entsorgungsunternehmens, Christoph Zimmermann. Der Forstwissenschaftler kauft im Remstal rund um Schorndorf Holzhackschnitzel für 20 bis 30 Euro je Kubikmeter. Das entspricht 330 Kilogramm. Eine Tonne des Ausgangsstoffes transferiert in Wärme und 250 Kilo Pflanzenkohle. Diese Kohle verkauft er an derzeit sieben Biogas-Anlagenbetreiber, die diese ihrem Material zusetzen. Den Grund nennt Zimmermann: „Dank unserer Kohle muss der Betreiber seine Anlage mit deutlich weniger Substrat pro Tag füttern, um denselben Stromertrag zu haben.“ Dies ergibt pro Jahr eine Ersparnis von 16.000 Euro. Abzüglich der Kosten für die Pflanzenkohle spart der Betreiber netto 10.000 Euro. Aktuell betreiben die Eislinger drei Carbonisierungsanlagen, die gemeinsam pro Jahr eine Million kWh Wärme erzeugen. Dabei produzieren sie rund 500 Tonnen Pflanzenkohle, die in Biogas- Anlagen mit einer Gesamtleistung von 4,5 Gigawatt verfüttert werden. Diese Kohle bindet zudem 1500 Tonnen CO 2 . In den nächsten Jahren dürfte Zimmermanns Kohle sich immer besser verkaufen. Denn: Derzeit sind bundesweit rund 9000 Biogasanlagen in Betrieb, die mit nachwachsenden Rohstoffen arbeiten und aktuell vielfach aus der Förderung fallen, ohne die sie nicht rentabel sind. Um sich halten zu können, bräuchten sie eine Ertragssteigerung von drei bis acht Prozent. Eine genial einfache Lösung für Wärme aus Pferdemist sind die Biomeiler vom Verein Native Power. Hier wird die natürliche Wärme, die beim Kompostvorgang entsteht, mit Wärmetauschern aufgefangen und speist die Heizungen in Stall und Wohnhaus. Auch das Brauchwasser für Pferde- und Menschenduschen wird unter anderem auf dem Weberhof im Tirol mit dem bis zu 60 Grad heißen Wasser erwärmt. „Auf die Mistplatte wird zunächst eine Schicht Mist aufgetragen, dann setzen wir einen Wärmetauscher obenauf“, erläutert Vereinssprecher Heiner Cuhls. Nach einer weiteren Schicht Dung wird wieder ein Wärmetauscher eingesetzt. So wird einmal im Monat ein Rohrsystem eingebracht, das die Wärme auffängt, und täglich eine Schicht frischer Pferdemist obenauf. Einziger Arbeitsgang ist das Häckseln der Pferdeäpfel vor dem Aufschichten, damit diese eine lockere Masse bilden. Diese kann von Bakterien besiedelt und kompostiert werden, während als Nebenprodukt Wärme entsteht. „Gleichzeitig verliert der Dung etwa die Hälfte an Masse, sodass der Vorgang bis zu einem Jahr wiederholt werden kann“, erläutert Cuhls. Beschränkt ist der Biomeiler nur der Höhe des offenen Komposthaufens, der ab ca. zwei Metern Höhe instabil wird. Anschließend kann der Meiler abgebaut, der Kompost als wertvoller Dünger genutzt werden und das System geht wieder von vorne los. Weniger Arbeit mehr Automation „Mehr Arbeit als vorher macht das Kompost-Wärmesystem nicht. Denn auch vorher musste der Misthaufen zusammengeschoben und umgesetzt werden, bevor der Entsorger diesen mitgenommen hat“, erzählt Cuhls mit Blick auf seinen Vorzeigebetrieb in Tirol. Die tägliche Arbeitszeit beziffert der Experte für Bio-Energie auf 10 bis 20 Minuten und der Energieeinsatz für den Häcksler schätzt er auf 60 bis 80 Cent. „Alles in Allem kostet das System 6000 Euro, exklusive eines leistungsstarken Häckslers“, so Cuhls. Dieser sei allerdings auf vielen Höfen bereits vorhanden oder könne kostengünstig bei Native Power erworben werden. Einberechnen sollten Betreiber hier, wie im Fall einer Biogasanlage, die Entsorgungskosten für den Mist von mehreren Hundert bis Tausend Euro, die bei der Verwertung ebenfalls entfallen. Im Fall des Weberhofs, der zehn Pferde in Pension hat, bedeutet das eine Einsparung von 3500 Euro Heizkosten pro Jahr. Täglich wird der Mist von zehn Pferden – das sind 250 Kilogramm am Tag – auf eine sechs Mal sechs Meter große Mistplatte aufgetürmt. Der Tiroler Pferdemist-Biomeiler wächst mit den täglichen Mistlagen sechs Monate heran. Dann wird das Kraftwerk abgebaut und wieder neu erstellt, zurück bleibt hochwertiger Kompost. „Das System ist auf bestehenden Mistplatten, ab sechs bis zu mehreren 100 Pferden anwendbar“, schließt Cuhls. Alle Tätigkeiten rund um den Biomeiler seien selbst oder von eigenen Mitarbeitern machbar. Weniger Handarbeit und mehr Automatismus gibt es bei einer vollautomatischen Biogasanlage. Auch Betreiber kleinerer Anlagen genießen bei Goffin Energy den vollen Komfort: Statt Handbetrieb setzen die Entwickler auf vollautomatische Steuerung, teilweise unter Einbindung von künstlicher Intelligenz. Auf der Basis von in den vergangenen Jahren über viele Anlagen hinweg gewonnenen Daten kann ein cleverer Algorithmus die wahrscheinliche Entwicklung des Milieus in einem Prozess-Tank vorausberechnen. Füttert der Landwirt plötzlich anders, füllt sein Silo mit einer neuen Ernte, ist das Wetter besonders warm oder kalt, kann die künstliche Intelligenz voraussehen, wie sich das auf die Methan-Ausbeute auswirkt. Dann gibt das System Tipps, wie man Schwankungen ausgleicht oder ein Erliegen des „Verdauungsvorgangs“ verhindert. Beispielsweise indem die Temperatur erhöht wird oder Einzigartige Polyurethan - Membrane Für weitere Informationen besuchen Sie www.aerostrip.at oder kontaktieren Sie den Hersteller unter 02252/41481 Moderne Biogasanlagen, wie die von Goffin Energy, erzeugen auch aus Pferdemist regenerativen Strom. Dieser kann zu guten Vergütungssätzen ins öffentliche Netz eingespeist werden. Der Biomeiler von Native Power erzeugt etwa 70 Grad Temperatur, das mit Wärmetauschern das Brauch- und Heizungswasser von Stall und Wohngebäuden erwärmt. Additive hinzukommen. Erste Tests haben gezeigt: Die Künstliche Intelligenz erhöht die Verfügbarkeit einer Anlage um zehn bis 15 Prozent im Jahr. „Im Grundsatz handelt es sich nicht um eine Standard-Anlage, die sich ein Bauer auf den Hof stellt. Sondern um ein flexibles und modulares System, das auf die Bedürfnisse des einzelnen Kunden individuell Kleinere Blasen für geringeren Verbrauch Foto: Native Power Foto: Goffin Energy zugeschnitten wird“, sagt Brüse. Flexibel sind moderne Anlagen allemal: Bei recht geringem Platzbedarf können die Tanks jederzeit erweitert oder rückgebaut werden. Auch ein Umzug an einen anderen Standort ist verhältnismäßig einfach möglich. Bauzeit sind zwei Monate, Genehmigungszeit je nach Behörde bis zu sechs Monaten. Bis zu 20 Jahre Lebensdauer www.aquaconsult.at
