Energiegewinnung: Große Potentiale durch Kreislaufwirtschaft

Energiegewinnung in der Kreislaufwirtschaft unter den Prämissen des Green Deals ist eine allseits anerkannte Notwendigkeit. Auseinander gehen die Meinungen naturgemäß bei Detailfragen. Eine der wichtigsten davon zielt auf die Alternativen zu fossilen Energieträgern. Eine größtmögliche Unabhängigkeit von diesen ist dabei nicht nur unter Aspekten des Klima- und Ressourcenschutzes, sondern auch in Anbetracht einer geopolitisch bedingten Versorgungsunsicherheit (Ukraine-Krieg) von höchster Relevanz.

Es ist der Scheitelpunkt, an dem sich der Blick von der globalen Perspektive auch auf die kommunale Ebene, die Detailfragen an der Basis, richtet. Auf die dortigen Möglichkeiten einer Energiegewinnung aus der Kreislaufwirtschaft – und das heißt maßgeblich, auf die Optionen, die dafür die Abfallwirtschaft eröffnet. Welche Potentiale gibt es, wie lassen sie sich optimieren? Und: Welche Rolle spielen dabei konkret technologische Prozesse wie die Müllverbrennung oder die Energiegewinnung aus Bioabfällen?

Richtlinien für die energetische Verwertung von Abfällen

Es ist ein Gemeinplatz: Innerhalb der Kreislauf- nimmt die Abfallwirtschaft eine Schlüsselposition ein. Das gilt vor allem auch bei der Energiegewinnung. Das Spektrum reicht dabei von der Strom- und Wärmeerzeugung in Abfallverbrennungsanlagen über die Mitverbrennung von Klärschlamm oder aufbereiteten Ersatzbrennstoffen in Kraft- und Zementwerken bis hin zur Verbrennung von Altholz und der Vergärung von Gülle und Bioabfällen.

Dabei kommen folgende Behandlungsoptionen in Frage:

• thermische Behandlung in Müllverbrennungsanlagen (MVA)
• energetische Verwertung von Ersatzbrennstoffen (EBS) in EBS-Kraftwerken
• Mitverbrennung von Abfällen etwa in Zement- bzw. sonstigen Kraftwerken
• energetische Verwertung von Biogas durch Vergärung von biogenen Abfallbestandteilen in entsprechenden Biogasanlagen

Für die Einordnung der ökonomischen und ökologischen Effizienz der Anlagen existieren detaillierte gesetzliche Fixierungen. Für kommunale Entscheidungsträger ist dabei grundlegend erst einmal folgendes relevant zu wissen:

• Soweit der Rang der energetischen gegenüber der stofflichen Verwertung nicht per Rechtsverordnung (§ 8 Absatz 2 KrWG) abweichend fixiert ist, gilt als verbindlich die in § 6 KrWG festgelegte fünfstufige Abfallhierarchie. In dieser rangiert die energetische Verwertung an vierter Stelle, nach der stofflichen Verwertung.
• Gemäß § 6 Abs. 1 des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes (KrW-/AbfG) hat unter den Arten stofflicher und energetischer Verwertung immer diejenige Vorrang, die umweltverträglicher ist.
• Die energetische Verwertung ist somit nach § 6 Abs. 2 KrW-/AbfG nur zulässig, wenn:
  • der Heizwert bei über 11 Megajoule pro Kilogramm (MJ/kg) liegt
  • die Wirkung des Feuerungseffektes bei mindestens 75 Prozent liegt
  • die gerierte Wärme selbst genutzt oder an Dritte weitergeleitet wird 
  • Rückstände des Prozesses ohne weitere Behandlung abgelagert werden können.

Die Verbrennung von Restsiedlungsabfällen kann u. U. unter „energetische Verwertung“ fallen. Das KrW-/AbfG (§ 4 Abs. 4) richtet hier den Fokus auf den Hauptzweck des jeweiligen Prozesses, d. h., es unterscheidet zwischen „Verwertung“ und „Behandlung“ der Abfälle. Eine Unterscheidung, die sich wiederum aus dem Grad der Verunreinigung der Abfälle und nach der Höhe der bei ihrer Verbrennung entstehenden Emissionswerte bemisst. Achtung: Die Entscheidung (Verwertung vs. Behandlung) hat nach den im EuGH C-228/00 festgelegten EU-Richtlinien zu erfolgen. 

Energiegewinnung durch Müllverbrennung

Zum jetzigen Zeitpunkt kommen in Deutschland ca. 3,7 Prozent der Stromerzeugung aus der Abfallwirtschaft. 48 Millionen Mg Abfälle werden in Deutschland pro Jahr energetisch verwertet. Mit etwa 670 Verbrennungsanlagen gehört die thermische Abfallbehandlung somit nicht nur zur Entsorgungsbranche, sondern ist auch ein Energielieferant. Laut Bundesumweltamt liegt dabei der Heizwert, der allein den thermischen Anlagen zugeführt wird, bei 4,3 Prozent des deutschen Primärenergieverbrauchs. Wobei Müllverbrennungsanlagen mehr als ein Drittel der insgesamt aus Abfall erzeugten Nutzenergie gerieren.

Schadstofffilterung durch moderne Technik

In modernen Anlagen, wie etwa der MVA Weisweiler, können dabei pro Jahr um die 360.000 Tonnen Abfall verbrannt werden. Soll heißen: Sind sie angemessen aufgerüstet, stellen Müllverbrennungsanlagen eines der ökoeffizientesten Entsorgungsverfahren überhaupt dar.

„Angemessen aufgerüstet“ heißt dabei vor allem auch, dass die bei der Verbrennung anfallenden Schadstoffe durch entsprechend moderne Filtertechnik minimiert werden. Im konkreten Fall der MVA Weisweiler gelingt es, z. B. durch Rauchgasreinigung die in der BImSchV (Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes) festgelegten Grenzwerte nicht nur einzuhalten, sondern auch deutlich zu unterschreiten.

Wärme und Strom als „Koppelprodukte“

Ein wesentlicher ökonomischer wie ökoeffizienter Punkt bei der thermischen Abfallverwertung im Allgemeinen und der Müllverbrennung im Speziellen, ist die Entstehung von „Koppelprodukten“, die diese mit sich bringen kann. Von Koppelprodukten spricht man, wenn in technologischen Prozessen neben dem dezidiert angestrebten noch ein weiterer Mehrwerteffekt entsteht. Im Falle der Müllverbrennung etwa die Erzeugung von Wärme und Strom. Zurzeit verfügen gut 90 Prozent der Abfallverbrennungsanlagen über eine Kraft-Wärme-Kopplung. Die gesamte Feuerungswärmeleistung der Abfallverbrennungsanlagen beträgt 7,5 Gigawatt.

Maßgebend für die Bestimmung der Energieeffizienz von Abfallverbrennungsanlagen ist der sogenannte R1-Faktor (fixiert in Anhang II der AbfRRL). Ein Referenzwert, der sich aus dem Relationsverhältnis von energetischem Nutzen („produzierte und genutzte Energie nach Abzug importierter Hilfsenergien“) zum Aufwand („Energie des Abfalls und der zugeführten Brennstoffe“) ergibt. Wichtig ist hier, dass Müllverbrennungsanlagen wie auch sonstige thermische Abfallbehandlungsanlagen für die Genehmigung eines „Verwertungsstatus“ (siehe oben „Verwertung vs. Beseitigung“) einen R1-Wert von mindestens 0,65 nachweisen müssen. Derzeit verfügen bundesweit 59 Prozent der Anlagen über eine gute (R1 > 0,8) und 41 Prozent über eine weniger gute Energieeffizienz-Quote (R1 < 0,8).

Probleme und Herausforderungen der Müllverbrennung

Hieran wird deutlich, welche Herausforderungen mit der Abfallverbrennung/thermischen Entsorgung verknüpft sind. Eine Herausforderung, zu deren Bewältigung explizit auch kommunale (kommunalpolitische) Entscheidungen und Kompetenzen gefragt sind, betrifft dabei die meist dezentrale Lage von Abfallverbrennungsanlagen. Was einerseits dem Umstand geschuldet ist, dass die Anlagen verständlicherweise oft gezielt abseits stark bewohnter Gebiete errichtet sind. Was andererseits aber wiederum die für eine maximal effiziente Nutzung notwendig nahe Anbindungen an Energie-/Wärmeabnehmer im Umfeld der MVA verhindert. 

Darüber hinaus sind vor allem folgende Problempunkte zu beachten:

• Die Notwendigkeit einer optimalen Vorsortierung. Ist diese nur unzureichend, landen zu viele nicht dafür vorgesehene Abfälle in der Müllverbrennung.
• Die Entstehung von Filteraschen, Schlacken, Dioxinen, Schwermetallen und anderen giftigen Stoffen, die bei der thermischen Verwertung anfallen können.
• Eine generell noch ausbaufähige Handhabung bei der thermischen Verwertung gefährlicher Abfallstoffe. Hier weisen Branchenexperten schon seit längerem auf einen Kapazitäten-Engpass hin

Wärme und Strom aus Biogas

Die Verwandlung von Biomasse in Bioenergie (Biogas) geschieht in Biogasanlagen. In Deutschland gibt es davon rund 9.700. Womit mehr als die Hälfte aller europäischen Biogasanlagen heute schon in Deutschland stehen. Biomasse deckt dabei mit 22,3 Prozent knapp ein Fünftel der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ab. Von 33,9 Milliarden kWh im Jahr 2010 stieg der Anteil auf 50, 9 Milliarden kWh im Jahr 2020. Durch die Nutzung von Biomasse im Stromsektor konnten Treibhausemissionen in Höhe von etwa 30,4 Millionen Tonnen CO₂ eingespart werden.

Biogas kann russisches Gas ersetzen

Zahlen, die für sich sprechen. Und optimierbar sind. Bezüglich der Ereignisse in der Ukraine konstatierte jüngst Harmen Dekker, CEO des Europäischen Biogasverbandes (EBA): „Europa muss sich dringend breiter aufstellen und seine Abhängigkeit von russischem Gas verringern – und gleichzeitig seine Ambitionen im Hinblick auf die Klimaziele verstärken.“ Laut Dekker sei die Branche bereit, die von der EU vorgeschlagenen 35 Milliarden Kubikmeter Biogas bis 2030 zu liefern. Das entspricht mehr als 20 Prozent der derzeitigen Gaseinfuhren aus Russland. Bis 2050 kann sich das verdreifachen und auf weit über 100 Milliarden Kubikmeter anwachsen. Was dann 30 bis 50 Prozent des EU-Gasbedarfs ausmachen würde.

Als Voraussetzung zur Erreichung dieser Ziele hat der Fachverband Biogas e. V. drei kurzfristige Maßnahmen formuliert, die nicht zuletzt für kommunale Entscheidungsträger relevant sind:

• Abschaffung der Höchstbemessung, d. h. „Deckelung der Produktionskapazität“
• höhere mögliche Flexibilität beim Einsatz von Substraten
• Minimierung der bürokratischen Hürden bei der Erteilung von Genehmigungen

Energie aus Bioabfall

Die Energiegewinnung aus Bioabfällen erfolgt über verschiedene Vergärungsprozesse. Die Basis für die jeweils verwendeten Technologien ergibt sich aus dem Aggregatzustand der verwerteten Biomasse: 

• Strom aus gasförmiger Biomasse: Derzeit wird der größte Teil des in Deutschland produzierten Biogases direkt am Entstehungsort verstromt. Und das überwiegend in Blockheizkraftwerken (BHKW).
• Strom aus fester Biomasse: In mehr als 700 Holzheiz-Kraftwerken werden vorrangig Rest- und Abfallholz verwertet. Mit dem daraus gewonnenen Strom werden ca. 3,8 Millionen Haushalte versorgt. 
• Strom aus flüssiger Biomasse: Strom wird aus flüssigen Rohstoffen wie Pflanzenöl, Rapsöl, Sojaöl oder Palmöl gewonnen. Die daraus gewonnene Strommenge liegt bei 310 Milliarden kWh.

In einer detaillierten Studie des Umweltbundesamtes werden auch unter kritischen Gesichtspunkten die „Optionen für Biogas-Bestandsanlagen bis 2030“ durchaus positiv bewertet. Die Studie verweist dabei auf folgende Punkte:

• die Erreichung der energie-/klimapolitischen Ziele 
• den Beitrag zur Versorgungssicherheit
• die Möglichkeiten bedarfsgerechter Strombereitstellung
• die Deckung der Residuallast
• die Bereitstellung von Systemdienstleistungen
• die etwaige Nutzung von Biomethan als Kraftstoff

Hinzu kommt auch hier der Nutzwert der Kraft-Wärme-Kopplung, also die Erzeugung eines Koppelprodukt-Effektes.

Energie aus Biogas bringt landwirtschaftliche Nachteile

Nachteile der Energiegewinnung aus Biogas offenbaren sich vor allem unter landwirtschaftlichen Gesichtspunkten. Zu nennen wären hier: 

• negative Umweltauswirkungen durch oft monokulturelle Intensiv-Bodennutzung und damit einhergehend: 
• eine Flächenkonkurrenz zwischen Nahrungsmittel- und Energiepflanzenerzeugung; vor allem dann, wenn der Anbau letzterer durch EU- oder sonstige Förderungen, für landwirtschaftliche Betriebe weit rentabler wird. 

Wie auch bei Abfallverbrennungsanlagen, ist die Errichtung/der Ausbau von Biogas-Anlagen fest an die Einhaltung und Umsetzung behördlicher Vorgaben gekoppelt. Klar festzuhalten ist: Aus wirtschaftlicher Sicht lohnt sich der Betrieb einer Anlage umso mehr, je größer dieses ausgelegt ist. Aus ökologischer Sicht ist trotz oben aufgeführter Negativaspekte, die Gewinnung und der Einsatz von Biostoffen zugleich ein wichtiger Weg, die Verwendung von fossilen Energieträgern und somit CO₂ nachhaltig zu reduzieren. 

Perspektiven müssen offen bleiben

Wesentlich, gerade auch in kommunaler Hinsicht, ist natürlich, immer alle vor Ort herrschenden Gegebenheiten der Energiegewinnung im Blick zu behalten, sie mit und gegeneinander und immer unter den Prämissen von Energiewende und Green Deal abzuwägen. Wichtig ist: Die Perspektiven müssen offen bleiben. Zu fragen ist immer: Was hat unter ganz bestimmten, konkreten kommunalen Gegebenheiten Priorität? Wo liegen optimierbare Potenziale? Welche Ressourcen sind zu nutzen?

Um die Bandbreite noch an zwei kurzen Beispielen zu illustrieren:

Neben der Nutzung von MVA- und Biogasanlagen sind natürlich vor allem Wind-, Solar- und Wasserkraft wichtige Bausteine im Fundament der Energiewende. Das zeigt sich allein anhand der Wasserkraft: Rund 7.300 Wasserkraftwerke gibt es zurzeit in Deutschland, ihr Anteil am gesamtdeutschen Bruttostromverbrauch lag 2019 bei 3,5 Prozent. Bei der Stromproduktion aus erneuerbaren Energien entspricht das einem Anteil von 8,31 Prozent. Darüber hinaus wurden dank der Nutzung von Wasserkraft etwa 15 Millionen Tonnen CO₂ eingespart.

Andere Potenziale liegen beim ÖPNV. Hier geht es längst nicht mehr nur darum, wie erneuerbare Energien genutzt, sondern auch geriert werden können. Ein Augenmerk richtet sich dabei auf die Digitalisierung, genauer gesagt, auf die „Energieeffizienzerhöhung elektrischer Bahnen durch Digitalisierung“, wie sie an der Technischen Hochschule Ulm untersucht wurde.

Insgesamt gilt es auch hier, die Teilaspekte der Energiewende zu einem sinnvollen Ganzen zu verfügen. Kommunalen Entscheidern kommt dabei eine grundlegende Verantwortung zu.