Ökobilanz der Bioabfallverwertung –Schlussfolgerungen für das Recycling von Bioabfällen

ifeu – Institut für Energie- undUmweltforschung Heidelberg

Florian Knappe

BGK Humustag 29. November 2012 in Dresden

Florian KnappeRegine Vogt

Optimierung der Verwertung organischer Abfälle(FKZ 3709 33 340)

Unter Mitarbeit von:

Dr. Silke HökeDr. Silvia Lazar

Projektbeirat:

Unter Mitarbeit von:

Hr. Döhler (KTBL Darmstadt), Hr. Dr. Dominik (TU Berlin), Hr. Prof. Dr. Guggenberger (Universität Hannover), Hr. Dr. Kehres (BGK Köln), Hr. Prof. Dr. Köpke (Universität Bonn), Hr. Dr. Reinhold (Bioplan Potsdam), Hr. Prof. Dr. Wilke (TU Berlin)

Aufgabenstellung

- Bislang nicht quantifizierbare Wirkungen der Kompostausbringung (v.a. durch Humuszufuhr) auf ackerbaulich genutzte Böden für die Ökobilanz aufbereiten

- Vergleichende Bilanzierung auf Basis der neuen Erkenntnisse auch gegenüber einem Verbleib von Bioabfall in der Restmülltonne

Impulse � Prozesse � Wirkungen im Boden � Folgewirkungen auf Umweltmedien

Kohlenstoff - organische Substanz:Humusreproduktion durch Kompost Humusanreicherung anhand Wiederfindungsraten; Bedingung Unterversorgung => 2 Szenarien

Wirkung – Ökobilanz Szenario 1(Annahme: zu 80% Praxis in D)

Szenario 2(Annahme: zu 20% Praxis in D)

Humusreproduktion Berücksichtigung in Ökobilanz durch Äquivalenzprozesse:

- 50% Zwischenfruchtanbau

- 50% Strohnutzung

Das Humusreproduktionspotenzial der Komposte wird zu 50% durch einen „mittleren“ Zwischenfruchtanbau und zu 50% durch eine Strohnutzung abgebildet.

-

Wirkungsanalyse Boden => Anpassungen

HumusanreicherungBerücksichtigung in der Ökobilanz durch Anrechnung C-Senke im Treibhauseffekt

- Als C-Senke wird der Anteil des Corgim Kompost angerechnet der der Wiederfindungsrate entspricht:

47% Bioabfall-Fertigkompost , kGR

59% Grüngut-Fertigkompost

26% Bioabfall-Frischkompost

Nutzbare Feldkapazität Berücksichtigung in Ökobilanz durch Äquivalenzprozess:

- eingesparte Bewässerung

- Wasserbedarf reduziert sich um 30 m³/ha bzw. um 3 m³/t TS Kompost

Wirkungsanalyse Boden => Anpassungen

Wirkung – Ökobilanz Szenario 1(Annahme: zu 80% Praxis in D)

Szenario 2 (Annahme: zu 20% Praxis in D)

StickstoffAnpassung bisherige Berechnung:

- NH3-N-Verluste nur 1%

- Düngewirksamer N aus N-Bilanz neu berechnet

keine Humusanreicherung; Nmin Bestimmung unterstellt � N im Kompost abzgl. gasförmige Verluste wird voll als langfristig mineraldüngeräquivalent angerechnet (89% des N im Kompost statt bisher 20%)

Mineraldüngeräquivalenter Anteil N neu abhängig von Kompostart wegen unterschiedlichem Humusaufbau in Abh. Wiederfindungsrate

Sonstige Nährstoffe Wie bisher werden die im Kompost enthaltenen Mengen an P, K, Ca zu Sonstige NährstoffeWie bisher Anrechnung durch Äq-Prozess Mineraldünger;neu Korrektur Mg 10%

Wie bisher werden die im Kompost enthaltenen Mengen an P, K, Ca zu 100% als mineraldüngeräquivalent angerechnet

Mg aufgrund neuer Erkenntnisse nur noch zu 10%

Schadstoffeintrag in BodenWie bisher 100%ige Akkumulation;neu PAK als Indikator

Wie bisher 100% Anreicherung von Schwermetallen und organischen Schadstoffen

Zusätzlich zum bisherigen Indikator Cadmium wird neu PAK als Indikator für den Eintrag organischer Schadstoffe ausgewertet

Erosionsminderung durch Zufuhr mineralischer SubstanzIn Ökobilanz berücksichtigt durch Äquivalenzprozess

- Ausbringung Bodenaushub

Zufuhr mineralischer Bestandteile (anorganischer Anteil im Kompost abzgl. CaCO3)

� Gutschrift alternative Aufbringung von Bodenaushub

Was ändert sich an der ökologischen Bewertung der Verwendung von Komposten in der Landwirtschaft?

Szenarien zum Vergleich der Kompostverwendungswege

1. E-Gbau: Kompostanwendung zu 100% im Erwerbsgartenbau

2. Erdenw: Kompostanwendung zu 100% in Erdenwerken

3. Garten: Kompostanwendung zu 50% im Garten- und Landschaftsbau 3. Garten: Kompostanwendung zu 50% im Garten- und Landschaftsbau und 50% im Hobbygartenbau

4. LW alt: Bisherige Bilanzierung, Kompostanwendung zu 100% in der Landwirtschaft

5. LW Sz1: Neue Bilanzierung Kompostanwendung in der Landwirtschaft für Szenario 1, Humusreproduktion

6. LW Sz2: Neue Bilanzierung Kompostanwendung in der Landwirtschaft für Szenario 2, Humusanreicherung

=> In dieser Betrachtung erfolgt die Herstellung der Komposte immer aerob

Netto ohne C-Senke

Netto mit C-Senke

Belastungen

Kompost

Anlage

Gutschrift

Treibhauseffekt

111

0

100

200

300

400

-Äq

/t B

ioab

fall-

Fer

tig

kom

po

st

199 oh

ne C

-Sen

ke161 m

it C-S

enke

Beispiel Bioabfall-Fertigkompost

GS C-Senke

GS Mineralboden

GS Bewässerung

GS Zwischenfrüchte

GS Stroh

GS Mineraldünger

GS Rindenhumus

GS Torf

-225 -252

-172

-600

-500

-400

-300

-200

-100

E-Gbau

Erden

w

Garte

n

LW a

lt

LW S

z 1

LW S

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enke

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-Sen

ke-41 m

it C-S

enke

Was ändert sich an der ökologischen Bewertung der unterschiedlichen Verwertungsansätze?

Szenarien zum Vergleich der Verwertungsansätze

1. Biomix-Fertigk: Durchschnittliche Bioabfallkompostierung in Deutschland, Erzeugung von 100% Fertigkompost Deutschland, Erzeugung von 100% Fertigkompost

2. Biomix-Frischk: Durchschnittliche Bioabfallkompostierung in Deutschland, Erzeugung von 100% Frischkompost

3. Verg kGR: Durchschnittliche Bioabfallvergärung in D, Erzeugung von 100% kompostiertem Gärrest

4. Verg Gärrest: Durchschnittliche Bioabfallvergärung in D, Erzeugung von 100% Gärrest

5. Grüngut-Fertigk: Durchschnittliche Grünabfallkompostierung in D, Erzeugung von 100% Fertigkompost

14

Netto ohne C-Senke

Netto mit C-Senke

Belastungen

Kompost

Anlage

Gutschrift

GS C-Senke

Treibhauseffekt

0

50

100

150

200

-Äq

/t B

io-,

Grü

nab

fall

23 oh

ne C

-Sen

ke11 m

it C-S

enke

Vergleich der Verwertungsansätze

-45-28

-86-89

GS C-Senke

GS Wärme

GS Strom

GS Mineralboden

GS Bewässerung

GS Zwischenfrüchte

GS Stroh

GS Mineraldünger

GS Rindenhumus

GS Torf

-300

-250

-200

-150

-100

-50

Biom

ix-F

ertig

kBio

mix

-Fris

chk

Verg k

GR

Verg G

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-32 oh

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ke-39 m

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-90 oh

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-93 oh

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ke-106 m

it C-S

enke

-49 oh

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-Sen

ke-57 m

it C-S

enke

Vergleich der Verwertungsansätze

26

Netto

Belastungen

Kompost

Anlage

Gutschrift

GS Wärme

Eutrophierung, terrestrisch

59

83

50

100

150

200

-Äq

/t B

io-,

Grü

nab

fall

-53-35

-95-102

GS Strom

GS Mineralboden

GS Bewässerung

GS Zwischenfrüchte

GS Stroh

GS Mineraldünger

GS Rindenhumus

GS Torf

-7

-30 -23

-200

-150

-100

-50

0

Biom

ix-F

ertig

kBio

mix

-Fris

chk

Verg k

GRVerg

Gär

rest

Grüngut-F

ertigk

in g

PO

4-Ä

q/t

Bio

-,G

rün

abfa

ll

Ist die getrennte Sammlung von Bioabfällen aus ökologischer Sicht sinnvoll?

Entsorgungsoptionen für Bioabfall

• Komp D: Durchschnittliche Situation der Kompostierung in D

• Verg StdT: Vergärung in einer Anlage nach Stand der Technik

• MVA D: Mitverbrennung in einer MVA, • MVA D: Mitverbrennung in einer MVA, durchschnittliche Situation in Deutschland

• MBA aerob D: Mitbehandlung in einer aeroben MBA, durchschnittliche Situation in Deutschland

• MBA anaerob D: Mitbehandlung in einer anaeroben MBA, durchschnittliche Situation in Deutschland

• MBS : Mitbehandlung in einer MBS, durchschnittliche Situation in Deutschland

• MPS : Mitbehandlung in einer MPS, durchschnittliche Situation in Deutschland

Netto ohne C-Senke

Netto mit C-Senke

Belastungen

EBS-Verbrennung

Kompost

Anlage

Treibhauseffekt

0

100

200

-Äq

/t B

ioab

fall

-7 oh

ne C

-Sen

ke-16 m

it C-S

enke

Vergleich der Entsorgungsoptionen

Anlage

Gutschrift

GS C-Senke

GS Mitverbrennung

GS Wärme

GS Strom

GS Humuswirkung

GS Mineraldünger

GS Organik

-131-105

-141

-400

-300

-200

-100

Komp

DVer

g Std

T

MVA D

MBA a

erob

DM

BA ana

erob

D

MBS D

MPS D

in k

g C

O2-Ä

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Bio

abfa

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-7 oh

ne C

-Sen

ke-16 m

it C-S

enke

-185 oh

ne C

-Sen

ke-194 m

it C-S

enke

+73 o

hn

e C-S

enke

-139 mit C

-Sen

ke

-29 oh

ne C

-Sen

ke-246 m

it C-S

enke

Vergleich der Entsorgungsoptionen

Netto

Belastungen

EBS-Verbrennung

Kompost

Anlage

Eutrophierung, terrestrisch

3141

59

30

1

3750

100

150

-Äq

/t B

ioab

fall

Gutschrift

GS Mitverbrennung

GS Wärme

GS Strom

GS Humuswirkung

GS Mineraldünger

GS Organik

1

-16

-150

-100

-50

0

Komp D

Verg S

tdT

MVA D

MBA a

erob D

MBA a

naerob D

MBS D

MPS D

in g

PO

4-Ä

q/t

Bio

abfa

ll

• Für die Gewichtung nach ökologischer Bedeutung wird die bisherige UBA-Methode herangezogen, die durch Arbeiten des IFEU ergänzt wurde

• Neubewertet ist die ökologische Bedeutung der Inanspruchnahme

Vergleich der Entsorgungsoptionen

=> Normierung und Gewichtung der Einzelergebnisse

• Neubewertet ist die ökologische Bedeutung der Inanspruchnahme der mineralischen Ressource Rohphosphat (C statt bisher D)

• Die Berechnung des spezifischen Beitrages erfolgt auf Basis aktueller Gesamtfrachten und -verbräuche in DeutschlandEDW - Einwohnerdurchschnittswerte

A = sehr groß B = groß C = mittel D = gering

Nettoergebnisse normiert zu Einwohnerdurchschnittswerten (EDW)berechnet für 4 Mio. t max. zusätzlich getrennt erfassbaren Bioabfall

-1.000.000

-500.000

0

500.000

ED

W f

ür

4 M

io.

t B

ioab

fall

Komp D

Entsorgungsoptionen

-2.500.000

-2.000.000

-1.500.000

-1.000.000

Tre

ibha

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ohne

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Verg StdT

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MBA aerob D

MBA anaerob D

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10

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C-S

en

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Entsorgungsoptionen

Nettoergebnisse normiert zu Einwohnerdurchschnittswerten (EDW)berechnet für 4 Mio. t max. zusätzlich getrennt erfassbaren Bioabfall

50.000

100.000

150.000

ED

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4 M

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Komp D

Verg StdT

MVA D

MBA aerob D

MBA anaerob D

MBS D

MPS D

-100.000

-50.000

0

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m

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PM

10 R

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4 M

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fall

MPS D

Tre

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ne

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KE

A,

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ph

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Kre

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o

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ma

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xiz

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t)

PM

10

-Ris

iko

(Hu

ma

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mit

C-S

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Ca

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Fazit

� Die getrennte Sammlung und Verwertung der Bioabfälle ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die Nutzung in der Kaskade erfolgt = energetisch (Biogas) / stofflich

� Nachrüstung von Kompostierungsanlagen mit Vergärung ist sinnvoll und oft geübte Praxis

� Hohe Energieeffizienz (Nutzung Überschusswäre) ist auch bei Nachrüstung möglich=> hohe Wirkungsgrade in der Verwertung von Biogas=> hohe Standards in der Emissionsminderung

� Die Ergebnisse einer Ökobilanz über die verschiedenen Entsorgungsvarianten hängen immer stark von den spezifischen Verhältnissen vor Ort ab

Treibhauseffekt

-50

0

50

100

150

200

-Äq

/t B

ioab

fall

Eutrophierung, terrestrisch

59

50

100

150

200

-Äq

/t B

ioab

fall

Netto ohne C-Senke

Belastungen

Kompost

Anlage

Gutschrift

GS C-Senke

GS Wärme

GS Strom

-185

-90

-300

-250

-200

-150

-100

-50

Verg S

tdT

Verg D

in k

g C

O2-Ä

q/t

Bio

abfa

ll

1

-150

-100

-50

0

Verg S

tdT

Verg D

in g

PO

4-Ä

q/t

Bio

abfa

ll-182

-86 GS Strom

GS Mineralboden

GS Bewässerung

GS Zwischenfrüchte

GS Stroh

GS Mineraldünger

GS Rindenhumus

GS Torf

Optimierung des Systems der Bio- und

Grünabfallverwertung

Projektpartner

Ressource Abfall

Im Auftrag des Umweltministeriums Baden-Württemberg, 2012

Biogas-produktion

BHKW

hohe Ausbeutenhohe Emissionsstandards

ggf. Gasleitung

Optimierungsansätze

Komposterzeugung

hohe Emissionsstandards- Fertigkompost -

hohe Ausbeutenhohe Emissionsstandards

Hackschnitzel

= immer das Gesamtsystem im Fokus haben =

Optimierungsansätze

1. Hebung der Mengenpotenziale

2. Kaskadennutzung mit hohen Wirkungsgraden

3. Hochwertige Kompostverwertung3. Hochwertige Kompostverwertung

4. Sammlung von Bio- und Grünabfall

Erfassung von Bio- und Grünabfällen

Biotonne

Erster Optimierungsansatz: Hebung der Mengenpotenziale

Checkliste zur Einordnung der bestehenden Situation

= Prüfung notwendig =

Grünabfallsammlung Nur in Herbst und Frühjahr

An wenigen Tagen

Erster Optimierungsansatz: Hebung der Mengenpotenziale

Vorbild öffentliche Hand Grüngut wird nur im Einzelfall abgegeben

Kein vorrangiger Bezug von Kompostprodukten

Öffentlichkeitsarbeit Keine gezielten aktuellen Kampagnen und Maßnahmen für Bio- und Grünabfälle

Zweiter Optimierungsansatz: Kaskadennutzung

• Nutzung des Wärmeanteils

– Biogasbezug vereinbart ab September 2007

– Transport des Biogases von Hillerse nach

Braunschweig Ölper, wo die Wärme genutzt

werden kann (PTB)

Deutschlands erstes Biogas-Netz

Kaskadennutzung

• 20 km Biogas-Transportleitung

– optionaler Anschluss weiterer Biogasproduzenten,

der Kläranlage Steinhof und des Nahwärme-

Netzes Ölper

– Unterquerung der Autobahn A2

und des Mittellandkanals

– Technische Spezifizierung:

PE DN 250 da = 280 mm

Kaskadennutzung

Dritter Optimierungsansatz: Hochwertige Kompostverwertung

Hochwertige Kompostverwertung

Fazit

�Die Verwertung von Bioabfällen aus Haushalten verlangt ein engagiertes Vorgehen

� Eine Verwertung ist nicht per se sinnig und ökologisch vorteilhaft

� Es gilt die im Abfall enthaltenen Potenziale zu heben� Es gilt die im Abfall enthaltenen Potenziale zu heben� möglichst große Mengen dem System zuzuführen

- auch tlw. zu Lasten der Eigenkompostierung -� und auf Minderung der Emissionen im Verwertungssystem

zu achten

� Der Verzicht auf die getrennte Sammlung ist in der Regelökologisch nachteilig

� Auf die spezifischen Randbedingungen im Einzelfall ist zu achten

Nr. Gegenstand [€/a] [€/(E*a)] [%] [€/a] [€/(E*a)] [%] [€/a] [€/(E*a)] [%]

[1]Restabfallentsorgung zukünftig

-1.590.000 -1.590.000 -1.590.000

[2]Restabfallsammlung bisher

-3.016.000 10,91 -3.016.000 10,91 -3.016.000 10,91

[3]Restabfallsammlung, zukünftig

1.357.200 4,91 1.281.800 4,64 2.412.800 8,73

[4]Kapitaldienst, neue Behälter

207.207 0,75 207.207 0,75 207.207 0,75

[5]Bioabfallsammlung,

1.872.000 6,77 2.504.667 9,06 2.357.333 8,53

Variante Sommer-Service Plus

32,4%13,9%

BasisvarianteVergleich der Jahreskosten bei Einführung Biotonne

65,0%

Variante Service Total

Mit Einführung der Biotonne zu erwartende MehrkostenKalkulationsbeispiel Ldkr. Ravensburg

[5]Bioabfallsammlung, zukünftig

1.872.000 6,77 2.504.667 9,06 2.357.333 8,53

[6]=[3]+[4]+[5]Zwischensumme

Sammlung3.436.407 12,43 3.993.674 14,44 4.977.341 18,00

[7]Personalkosten Bioabfallberatung

60.000 60.000 60.000

[8]Bioabfallverwertung (Menge an Bioabfall aus Restmüll)

800.000 800.000 800.000

[9]

Zusatzmengen an vergärbarem Abfall in Biotonne (krautiger Anteil des Grünabfalls)

560.000 560.000 560.000

[10]=[1]+[2]+ [6]+[7]+[8]+[9]

250.407 0,89 < 3% 807.674 2,88 < 10% 1.731.341 6,18< 21

%Änderungen der Jahreskosten

Die bestehenden vertraglichen Randbedingungen sind zu beachten=> es gilt den richtigen Zeitpunkt abzupassen

- Wirtschaftlich zumutbar zu gestalten -

Vielen Dank fürs Zuhören

Kontakt:florian.knappe@ifeu.de