Das Abfall-zu-Energie-Projekt in Leeds, Großbritannien, verarbeitet jährlich 190.000 Tonnen

de.wedoany.com-Bericht: Ausgehend von der Verbrennung nicht recycelbarer Abfälle werden im Ofen Wasserzirkulationsrohre installiert, um ihn in einen Kessel ähnlich dem eines Kohlekraftwerks umzuwandeln. Wasser wird in Dampf umgewandelt, der einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Im Gegensatz zur herkömmlichen Müllverbrennung erfasst dieses Verfahren die Verbrennungswärme durch Wasserdampf und eliminiert schädliche Partikelemissionen – das ist das grundlegende Funktionsprinzip einer Abfall-zu-Energie-Anlage.

Die im Industriegebiet Cross Green gelegene Anlage zur Abfallverwertung und Energiegewinnung in Leeds kombiniert eine mechanische Vorbehandlungsstufe (hauptsächlich zur Metallabscheidung) mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) mit einer Leistung von etwa 11 Megawatt. Die Anlage kann jährlich rund 190.000 Tonnen Restabfall verarbeiten, die Vorbehandlungsstufe bis zu 214.000 Tonnen pro Jahr. Gemessen an der Größe liegt sie in Großbritannien auf Platz neun, ist aber eine der am kürzesten in Betrieb befindlichen Anlagen, da sie erst im April dieses Jahres zehn Jahre alt wurde.

Spanien nutzt nur 10 % seiner Siedlungsabfälle energetisch. Das Land verfügt über 11 Abfallbehandlungsanlagen mit Energiegewinnung, die im Jahr 2023 2,9 Millionen Tonnen Abfall thermisch behandelten – das entspricht 3 % der gesamten europäischen Behandlung dieser Art. 47 % der Siedlungsabfälle werden deponiert, was der Hauptgrund für den geringen Beitrag ist. Ab 2027, wenn biologisch stabilisierte Materialien aus der spanischen Statistik für recycelbare Abfälle ausgeschlossen werden, wird dieser Anteil auf 65 % steigen. Laut einem Frühwarnbericht des Europäischen Rechnungshofs ist Spanien weit von seinen Deponierungszielen entfernt. Daniel Tugues, nationaler Direktor von Veolia España, sagt: „Spanien benötigt 15 weitere Abfallbehandlungsanlagen, um die EU-Richtlinie zu erfüllen.“ Die EU-Richtlinie verlangt, dass die Deponierungsmenge bis 2035 auf 10 % der Siedlungsabfälle reduziert wird.

Die Finanzierung durch öffentlich-private Partnerschaften ist von entscheidender Bedeutung. Die Anlage wird von Veolia in direkter Zusammenarbeit mit dem Stadtrat von Leeds betrieben. Im Jahr 2012 unterzeichneten die Parteien einen Vertrag über eine Private Finance Initiative (PFI) mit einer 25-jährigen Konzession, der Design-Build-Finance-Operate (DBFO)-Verpflichtungen umfasst. Diese Verpflichtungen betreffen die Finanzierung, Planung, den Bau, Betrieb, die Wartung, Behandlung und Energiegewinnung aus Abfällen. Zum Vergleich: Die Veolia-Gruppe ist mit einem Anteil von 47 % auch an der UTE (temporäre Unternehmensvereinigung) für die ökologische Behandlung von Maresme in Mataró beteiligt, zusammen mit dem spanischen Bauunternehmen Sacyr und dem Familienunternehmen Suris. Diese UTE weist viele Ähnlichkeiten mit der PFI-Vereinbarung auf, hat jedoch nur eine 15-jährige Konzession und wurde mit dem Abfallverband Maresme (Consorci de Residus del Maresme) unterzeichnet, der aus 29 Gemeinderäten der Region besteht, während Leeds nur einen einzigen Stadtrat hat.

Das Problem liegt jedoch nicht in den Merkmalen der Konzession, sondern im allgemeinen Mangel an öffentlich-privaten Partnerschaftsinitiativen wie dem Verband von Maresme. Daniel Tugues weist darauf hin: „Es gibt bereits regionale Zusammenschlüsse, Verbände und Gemeinderäte als territoriale Einheiten, aber diese Einheiten verfügen nicht über die notwendige Finanzierungs- oder Kreditaufnahmekapazität, um die europäischen Ziele zu erreichen.“

Ein weiteres Problem ist die Kontinuität des Restabfallstroms. Daniel Tugues erklärt: „Das größte Problem ist die Beschaffung des Inputs (Abfall), nicht die Vermarktung des Outputs (Strom und Wärme).“ Recycling reduziert den Restabfallstrom, konkurriert aber auch direkt mit dem Abfall, der auf Deponien verbracht wird. Ohne Anreize zur Sicherung dieses notwendigen Abfallstroms kann die Rentabilität solcher Investitionen nicht gewährleistet werden. Großbritannien erhebt zwei Steuersätze auf Deponien: einen allgemeinen Satz von 126,15 £ pro Tonne und einen niedrigen Satz (für inerte und gering verschmutzte Materialien) von 4,05 £ pro Tonne. In Spanien betragen die Gesamtkosten für die Deponierung einer Tonne Abfall in den kommunalen Gebühren 5 €. Von 2000 bis 2025 ist der Deponiestrom in Großbritannien um 90 % zurückgegangen; dieser Abfall wird zu 60 thermischen Behandlungsstandorten und entsprechenden Recyclingprogrammen geleitet.

Verfügbarkeit ist das primäre Ziel, Energiegewinnung ist sekundär. Greg Caseley, Betriebsleiter der Veolia-Anlage in Sheffield, sagt: „Das primäre Ziel ist die Verfügbarkeit. Wir stellen die Anlage alle zwei Jahre für zwei Wochen zur Wartung still. Im Vergleich dazu wird die Anlage in Sheffield einmal im Jahr stillgelegt, da sie älter ist.“ Die PFI-Verträge in Großbritannien verlangen die Gründung einer Zweckgesellschaft (Special Purpose Vehicle, SPV), ähnlich der spanischen UTE, zur Projektfinanzierung. Die SPV erhält von der beauftragenden Stelle (hier dem Stadtrat von Leeds) eine jährliche Einheitszahlung (unitary charge), die ab Betriebsbeginn die Betriebs- und Finanzierungskosten deckt. Diese Zahlung wird jährlich an die Verfügbarkeitskriterien der Anlage und andere Betriebskriterien (z. B. Emissionsgrenzwerte) angepasst und gegebenenfalls gekürzt. Um diese Zahlungen zu maximieren, erreicht Veolia UK mit seinen Anlagen eine Gesamtverfügbarkeit von 94 %, während der nationale Durchschnitt bei 87 % liegt. Trotzdem spart der Stadtrat von Leeds jährlich 7 Millionen £ und über die gesamte Konzessionslaufzeit 270 Millionen £, hauptsächlich durch die eingesparte Deponiesteuer, da der Abfall nicht deponiert wird.

Die Stromerzeugung ist eine perfekte Ergänzung. Die energetische Verwertung von Abfällen ist ebenfalls eine Anforderung dieser Verträge. Sie steht vor einer beherrschbaren physikalischen Hürde: Die Energiedichte dieser Restabfälle ist sehr gering. Ihr Heizwert kann zwischen 7 und 12 Megajoule pro Kilogramm Abfall liegen, während Erdgas 50 MJ/kg und Steinkohle 24 bis 30 MJ/kg aufweist. Für die Erzeugung von 1 Megawattstunde werden fast 2 Tonnen Abfall benötigt, während 1 Tonne Kohle 2 bis 3 MWh erzeugt, d. h. nur 0,2 bis 0,3 Tonnen Kohle für 1 MWh erforderlich sind.

Die Wärmeerzeugung ist der effizienteste Output. Ein weiteres Hindernis für die Stromerzeugung ist die Nutzung der gewonnenen Wärme. Der Restabfall dient als Brennstoff zur Wärmeerzeugung; durch die Verbrennung wird das Abfallvolumen in der Anlage um bis zu 20 % reduziert. Diese in Form von Wasserdampf vorliegende Wärme wird in das Fernwärmenetz von Leeds eingespeist. In Bezug auf den thermischen Wirkungsgrad: Wenn im Kesselwärmetauscher 10 % der Energie verloren gehen, ist die beste Nutzung des 400 Grad Celsius heißen Dampfes die nahezu verlustfreie Weitergabe (Transportverluste 5 % bis 20 %) an öffentliche Gebäude, Unternehmen und Wohnhäuser. Diese hocheffiziente Wärmespeicherung erfüllt eine der Anforderungen des PFI-Vertrags, nämlich einen Gesamtwirkungsgrad (thermisch und elektrisch) von 0,65 zu erreichen.

Die Stromerzeugung kann Vorrang vor der Wärmenutzung haben. Im Winter hat der Verkauf der erzeugten Wärme Priorität, um den Gesamtwirkungsgrad zu maximieren. Im Sommer wird jedoch kaum Wärme verkauft; ein Teil des Dampfes wird auf dem Dach der Anlage gekühlt und dann als Wasser in den Kesselkreislauf zurückgeführt. Greg Caseley sagt: „Im Sommer, wenn wir mit dem überschüssigen Dampf Strom erzeugen, beträgt die elektrische Leistung 11 MW; im Winter sinkt sie auf 5 bis 6 MW. Die Anlage in Sheffield ist an weniger Fernwärme angeschlossen und erzeugt daher mehr Strom.“

In Spanien gibt es keinen signifikanten Wärmebedarf. Abgesehen von sehr begrenzten Fernwärmenetzen, wie denen in Barcelona, Madrid, Valladolid oder Pamplona, die hauptsächlich von Biomassekraftwerken versorgt werden, gibt es in Spanien keinen Bedarf an Fernwärme. Sofern kein industrieller Kunde bereit ist, die Wärme aus zukünftigen Energiegewinnungsprojekten zu kaufen, wird der Wärmeverkauf sehr begrenzt sein. Dies führt zu einem geringeren Gesamtenergie- und Stromwirkungsgrad, da ein Großteil der Wärme zur Stromerzeugung genutzt wird. Das Handbuch für BHKW-Geräte, die von Centrica (British Gas) verkauft und installiert werden, listet einige Faktoren auf, die gegen den Einsatz von KWK sprechen können, darunter ein sehr geringer oder saisonaler Wärmebedarf sowie Anlagen, die voraussichtlich kurzfristig ihren gesamten Wärmebedarf elektrifizieren werden. Spanien ist kein günstiger Markt für nicht subventionierte KWK.

Der elektrische Wirkungsgrad ist im Vergleich zu GuD-Kraftwerken geringer. Die kleinen BHKW-Einheiten der Anlage in Leeds haben einen elektrischen Wirkungsgrad von typischerweise 20 % bis 30 %, während GuD-Anlagen 55 % bis 60 % erreichen. Unter Einbeziehung des thermischen Wirkungsgrads ist der Gesamtwirkungsgrad der KWK jedoch deutlich höher. Eine weitere Einschränkung der energetischen Verwertung von Abfallbehandlungsanlagen ist die Optimierung der Stromeinnahmen. Die Anlage in Leeds erzeugt im Sommer den meisten Strom, wenn die durchschnittlichen Strompreise niedriger sind, es sei denn, es gibt eine Hitzewelle. Diese Betriebsweise lässt das BHKW, sobald es ans Netz angeschlossen ist, wie ein Grundlastkraftwerk laufen, wobei die Einnahmen durch einen langfristigen Festpreis-Stromabnahmevertrag (PPA) mit EDF Energy geschützt werden. Daniel Tugues sagt: „Der Eigentümer des Abfalls ist der Stadtrat“, und letztendlich entscheidet der Stadtrat über die Verwendung der erzeugten Wärme. Greg Caseley sagt: „Wir können Fernwärmekunden helfen, die Wärme effizienter zu nutzen.“ Die britische Gesetzgebung verlangt, dass bis 2029 ineffiziente Wärmekunden vom Netz getrennt werden; dieser Prozess könnte mehr Wärme für die Stromerzeugung freisetzen.

Die Bürger stehen im Mittelpunkt der Diskussion. Neben einer angemessenen Planung des Bedarfs an Abfallbehandlungsanlagen, um Spanien das Erreichen der Ziele für 2035 zu ermöglichen, muss ein entscheidendes Problem angegangen werden: die Kommunikation und Information der Bürger. Der Widerstand der Bürger könnte das Haupthindernis für die Entwicklung dieser Technologie sein, und dieser Widerstand beruht oft auf unzureichenden Informationen. Eines der Dinge, auf die Greg Caseley am stolzesten ist, ist das Besucherzentrum, das für Bildungsaktivitäten zum Thema Recycling und Kreislaufwirtschaft genutzt wird. Über 20.000 Menschen haben es bereits besucht, und jährlich kommen Schulklassen aus der Umgebung. Neben seiner industriellen Funktion ist die Anlage auch für ihre architektonische Gestaltung und Integration in die Umwelt bekannt, mit einer der größten begrünten Fassaden (Living Wall) Europas, entworfen von Jean-Robert Mazaaud von S'pace Architects. Auf dem 42 Meter hohen Bauwerk aus Glas und Brettschichtholz befindet sich ein Regenwassersammelsystem. In Leeds gibt es mehrere ähnliche Initiativen, wie das 13 Meter hohe Gebäude in der Albion Street 123 oder den Hauptsitz der britischen Tochtergesellschaft des französischen Glasverpackungsherstellers Verallia. Dieser architektonische Trend ist inspiriert von den Ideen des Buches „Biophilia“ des amerikanischen Biologen Edward O. Wilson.