Bachelorarbeit, 2020
60 Seiten, Note: 2
1 Einleitung
2 Rechtliche Grundlagen
3 Restbiomasseaufkommen
4 Technologische Bewertung des Restbiomassekonversionsverfahrens
4.1 Biochemische Restbiomassekonversionsverfahren
4.1.1 Kompostierung
4.1.2 Vergärung
4.2 Vergleich zwischen Vergärung und Kompostierung
4.3 Thermische Verfahren zur Klarschlammverwertung
4.3.1 Theoretische Grundlage
4.3.2 Stand der Technik in Deutschland
4.3.3 Ausblick auf Forschung und Entwicklung
4.3.4 Kosten der thermischen Klärschlammbehandlung
4.3.5 Ökobilanz der thermischen Restbiomassebehandlung
5 Technologischer und ökologischer Vergleich des Restbiomassekonversionsverfahrens
5.1 Technologischer Vergleich
5.2 Ökologischer Vergleich
6 Fazit
7 Literatur
Die vorliegende Bachelorarbeit zielt darauf ab, etablierte Verfahren zur Restbiomassekonvertierung wie Kompostierung, Vergärung sowie Mono- und Mitverbrennung auf Basis einer Literaturrecherche technologisch und ökologisch zu bewerten und miteinander zu vergleichen. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf der gründlichen Analyse thermischer Verfahren zur Klärschlammentsorgung, um Technologien zu identifizieren, die eine umweltschonende Verwertung ermöglichen.
4.3.2.1 Klärschlammbehandlung im Wirbelschichtofen
Klärschlämme, die aus der industriellen Produktion stammen, werden meist im Wirbelschichtofen verbrannt. Man unterscheidet zwei Verfahrensprinzipien:
stationäre Wirbelschicht: moderne stationäre Wirbelschichtanlage können bis zu 50.000 t Schlamm-TS/a Durchsatzleistung haben.
zirkulierende Wirbelschicht
Das allgemeine Verfahrensprinzip des Wirbelschichtofens liegt darin, dass eine Schüttung aus körnigem, inertem Material (z.B. Sand) in einem Reaktor mit Düsenboden durch Luft gegen die Schwerkraft so geströmt wird, dass das Brennmaterial in einen aufgewirbelten, schwebeähnlichen Zustand gebracht wird. Klärschlämme werden in der Regel zwischen 850° und 950° C verbrannt [16, S. 323]. Die Abgase werden zuerst von Feinstäuben durch eine Zyklone abgetrennt und danach in einer Rauchgasreinigungsanlage weiter behandelt. Die Schlacke, die am Boden des Reaktors landet, wird wiederverwertet. Verglichen mit der Rostfeuerung entstehen im Wirbelschichtofen weniger Rauchgase. Um die Schadstoffe im Rauchgas zu minimieren, werden Additive wie Kalk in die Wirbelschicht zugegeben. Die Abgaswärme kann in einem Kessel zur Dampferzeugung umgewandelt werden [3, S. 394].
1 Einleitung: Dieses Kapitel erläutert die Definition von Restbiomasse und die Notwendigkeit effizienter Konversionsverfahren zur Ressourcenschonung und Schadstoffbeseitigung.
2 Rechtliche Grundlagen: Es werden die wesentlichen Gesetze wie das KrWG und die Bioabfallverordnung dargestellt, die den Rahmen für die Entsorgung und Verwertung von Bioabfällen bilden.
3 Restbiomasseaufkommen: Dieses Kapitel klassifiziert biogene Abfälle in Primär- und Sekundärprodukte und gibt einen Überblick über das Potenzial in Deutschland.
4 Technologische Bewertung des Restbiomassekonversionsverfahrens: Es erfolgt eine detaillierte technische Analyse biochemischer Verfahren (Kompostierung, Vergärung) und thermischer Klärschlammverwertungsverfahren.
5 Technologischer und ökologischer Vergleich des Restbiomassekonversionsverfahrens: In diesem Kapitel werden die behandelten Verfahren anhand technologischer und ökologischer Kriterien gegenübergestellt und bewertet.
6 Fazit: Das Fazit fasst die Ergebnisse zusammen und bewertet die Monoverbrennung sowie neuartige thermische Verfahren als technologisch und ökologisch vorteilhaft für die Zukunft.
Restbiomasse, Konversionsverfahren, Kompostierung, Vergärung, Klärschlamm, Monoverbrennung, Mitverbrennung, Phosphorrückgewinnung, Ökobilanz, Treibhauseffekt, Pyrolyse, Vergasung, Schadstoffbeseitigung, Biokohle, Kreislaufwirtschaft.
Die Arbeit beschäftigt sich mit der technologischen und ökologischen Bewertung verschiedener Verfahren zur Umwandlung und Verwertung von Restbiomasse, insbesondere von Klärschlamm.
Zentrale Themen sind die biochemische Behandlung durch Kompostierung und Vergärung sowie thermische Verfahren wie Mono- und Mitverbrennung, Pyrolyse und Vergasung.
Das Ziel ist es, existierende Verfahren zu analysieren, deren ökologische Auswirkungen zu vergleichen und Technologien zu identifizieren, die Ressourcen schonen und Schadstoffe effizient beseitigen.
Die Arbeit basiert auf einer umfassenden Literaturrecherche und der Analyse bestehender Studien und technischer Daten zu den genannten Konversionsverfahren.
Im Hauptteil werden neben den rechtlichen Grundlagen und dem Aufkommen an Restbiomasse die technologischen Parameter, Emissionswerte und Kosten der verschiedenen Kompostierungs-, Vergärungs- und thermischen Verfahren detailliert beschrieben.
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie Restbiomasse, Klärschlammbehandlung, Phosphorrückgewinnung, ökologischer Vergleich und thermische Verfahren definiert.
Die Monoverbrennung wird als besonders vorteilhaft bewertet, da sie Schadstoffe effektiv zerstört und gleichzeitig Energie sowie potenziell Rohstoffe aus dem Prozess zurückgewinnen lässt.
Angesichts der Abhängigkeit von Phosphorimporten ist die Rückgewinnung aus Klärschlämmen ein zentrales Motiv für die Weiterentwicklung thermischer Verfahren, da diese Ressource andernfalls aus dem Kreislauf verloren ginge.
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