nachfolgend beschriebenes Projekt wurde 2005 von versch
iedenen Stellen für den “Bayerischen Energiepreis” nominiert.
Klärschlamm und Tiermehl als Energiequellen der Zukunft
Gewinnung von Ökodiesel und Kohle aus organischen Abfällen.
Pilotprojekt
Gefördert durch die DBU (Deutsche Bundesstiftung Umwelt) entwickelten
wir eine Pilotanlage zur „Thermokatalytischen Niedertemperatur-Konvertierung (NTK)“ von Biomasse zu Energieträgern, wie Kohle und Ökodiesel.
Ein an der FH Giessen-Friedberg entwickeltes, spezielles thermo-katalytisches Verfahren erzeugt in einem Klärwerk des Abwasserzweckverbandes Füssen stündlich etwa 7 Liter Rohöl und 25 kg Kohle.
Die Energieausbeute ließe
sich steigern, wenn anstatt des Füssener Klärschlamms (ausgefault, d.h. Methangas ist bereits entzogen) getrockneter Belebtschlamm oder Tiermehl zu Einsatz kommen würden.
Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, und bereits in der Entwicklungsphase möglichst breite Erfahrungen zu sammeln, wurde die gesamt Pilotanlage in einen Containerrahmen montiert. Dies ermöglicht problemlos die Umsetzung an andere Orte, und den Testbetrieb bei anderen Betreibern.
Projektpartner, Projektdauer
Fachhochschule Gießen-Friedberg, Fa. W+F Grimmel Wassertechnik GmbH, Fa. Rünagel Elektrotechnik GmbH, Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
Offizieller Startschuss war am 1.2.2003, der Projektplan sah vor, dass die Anlage bis Ende Juli 2004 serienreif ist.
Der Prozess
In einem Reaktorbehälter findet bei ca. 400 °C unter Ausschluss von
Sauerstoff ein „beschleunigter Prozess“ der „Natur“ statt. Was dort in Jahr-Millionen unter dem Druck der übereinanderliegenden Erdschichten passiert ist, spielt sich hier in weniger als einer Stunde ab. 
Es entsteht Rohöl, Kohle und Gas.
Aus einem Vorlagenbehälter fördert eine Zufuhrschnecke die Biomasse in den Reaktor. Diese Schnecke ist mit einem Kühlregister vor dem Reaktoreingang ausgestattet um Antriebsschäden durch die hohe Temperatur zu vermeiden.
Innerhalb des Reaktors findet durch entsprechend gesteuerte Höhenstände und Bewegungsabläufe die thermokatalytische Umwandlung statt. Ein stetiger Stickstoffüberdruck verhindert, dass über Aussenanschlüsse wie Zufuhr oder Austragsschnecke, Sauerstoff an den Prozess gelangt und die getrocknete Biomasse verbrennen könnte.
Eine Austragsschnecke, ebenfalls mit entsprechenden Kühlregistern versehen, trägt die heisse Kohle proportional zum zugeführten Material aus.
Die entstehenden Gase werden unter Ausschluss von Sauerstoff in einem Kondensator auskondensiert und die flüssigen Phasen in ein Trennsystem weiterleitet. Bei der letzten
Trennung, im Ölabscheider, wird das Rohöl mit einer Viskosität, vergleichbar mit Dieselöl, abgezogen.
Die nichtkondensierbaren Gase (CO, CO2, CH4, H2) werden noch mittels einer
überwachten Flamme abgefackelt. Das abgeschiedene Reaktionswasser wird dem Kläranlagenprozess wieder zugeleitet. Die Ausbildung des zwischenzeitlich zum Patent
angemeldeten „Festbett-Schlaufenreaktors“ erlaubt uns einen kontinuierlichen Pilotbetrieb mit einem Durchsatz von ca. 50 kg/h. Die erzeugten Öle übertreffen die in
umfangreichen experimentellen Tests ermittelten Ergebnisse des FH-Labors, in Bezug auf Viskosität und Heizwert.
Die gasförmigen Reststoffe enthalten
Kohlenwasserstoffe und werden deshalb mittels einer überwachten Flamme abgefackelt. Das abgeschiedene „Reaktions-Wasser“ wird dem Kläranlagenprozess wieder zugeleitet.
Die Ausbildung des zwischenzeitlich zum Patent angemeldeten „Festbett-Schlaufenreaktors“ erlaubt uns einen kontinuierlichen Pilotbetrieb mit einem Durchsatz von ca. 50 kg/h. Die erzeugten Öle übertreffen die in umfangreichen experimentellen Tests ermittelten Ergebnisse des FH-Labors, in Bezug auf Viskosität und Heizwert.
Automatisierung
Die Pilotanlage wird durch zwei DDC-Controller und einem intelligenten PC-Leitsystems vollautomatisch gesteuert. Speziell für dieses Projekt, von uns entwickelte Schnittstellen, zeichnen Projektdaten direkt in Office-Dateiformaten auf, von wo sie einfach und effektiv weiterverarbeitet und ausgewertet werden können.
Die Controller müssen neben steuerungsrelevanten Abläufen etwa 25 Regelkreise zur Beheizung, Begrenzung, Kühlung und Antriebsregulierung gleichzeitig verarbeiten können.
Eine OPC-Datenschnittstelle ermöglicht dem Leitsystem Zugriff auf nicht weniger als 1600 Datenpunkte zur Visualisierung, Bedienung und Datenaufzeichnung.
Energiebilanz
Zur Untersuchung der Energieausbeute verschiedener Biomassen waren eine ganze Reihe Laborversuche nötig.
Dabei konnte nachgewiesen werden, dass bei einem Heizwert von 11,1 MJ/kg des Füssener Klärschlamms etwa 49,6% der 
Energie in der Kohle und 25,5% im Öl fixiert werden.
Bei getrocknetem Belebtschlamm mit 19,6 MJ/kg, wie er z.B. auf den Kläranlagen in Scheßlitz, oder Burgebrach im Lkr. Bamberg vorkommt, finden sich in Kohle 37,5% und bis zu 42,6% Energie im Öl wieder.
Noch höher liegt die Energieausbeute in Öl aus Tiermehl. Bei nur 18,5 MJ/kg sind 52% im Öl- und nur 33% in der Kohle.
Die zuzuführende Energie bei einer Durchsatzleistung von 50 kg/h liegt etwa bei 16 kW.
Da weder Öl noch Kohle netzgebundene Energieformen
darstellen, müssen sie auch nicht direkt an der Anlage verbraucht werden, wie dies z.B. bei Methangas der Fall ist. Sie stellen somit ernstzunehmende Substitute für einzukaufende Heizmaterialien dar.
Nachwachsende Rohstoffe, CO2-Einsparpotential
Da es sich bei Klärschlamm und Tiermehl eigentlich um „nachwachsende Rohstoffe“ handelt, ist dem gesamten Energiegewinn ein CO2-Einparpotential im Sinne der oxidativen Energieerzeugung zuzuordnen, nämlich 0,8to CO2/t Klärschlamm)
R
entabilität für Kommunen und Zweckverbände
Davon ausgehend, dass in einer Kläranlage für 30.000 Einwohner genügend Belebtschlamm zum Betrieb einer 50kg-Anlage anfällt, kann bei entsprechender Energienutzung der Kohle und des Öl‘s ein Gebäude mit 2000-4000 m² Nutzfläche beheizt werden. Dies entspricht etwa der Grösse der Grund– und Hauptschulen unserer Zielgruppen.
Betreibt man mit dem Biodiesel ein BHKW mit 120 kW elektrischer Leistung, werden neben der elektrischen Energie etwa 200 kW Wärmeleistung anfallen, welche zur Beheizung der Anlagengebäude sowie zur Trocknung des Klärschlamms herangezogen werden können.
Über einen Abgaswärmetauscher kann dann, wie im nebenstehenden Schema, auch die Reaktorheizung betrieben werden. Dadurch würde die notwendige elektrische Heizenergie zum Betrieb der NTK Anlage entfallen, was die Energiebilanz noch einmal verbessert.
Dem Betreiber bleiben dadurch nicht nur Investitionen in eine Schlammtrocknung erspart, er kann darüber hinaus den selbst erzeugten Strom nutzen, oder in das öffentliche
Netz einspeisen. Bei 86 MWh/Monat erzeugter elektrischer Leistung lassen sich so durch den Stromverkauf aus „erneuerbarer Energie“ jährlich 98.496,- € erlösen.
Unseren Abwasserzweckverbänden wird auf diesem Weg einiges der über die Stromkosten bereits bezahlten EEG-Mehrkosten zurückfliesen. 
In der nebenstehenden Tabelle entsprechen die ersparten Heizkosten den Energiekosten unter Zugrundelegung der momentanen Gaspreise. Die Amortisierung einer Investition von ca. 0,5 Mio. € erfolgt so maximal in weniger als 6 Jahren.
Links:
- FH Giessen-Friedberg, Labor für Entsorgungstechnik
- “Werkstoff + Funktion” Grimmel Wassertechnik GmbH