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Deponiegas entsteht in Mulldeponien hauptsachlich durch den bakteriologischen und chemischen Abbau von organischen Inhaltsstoffen des Mulls Es besteht hauptsachlich aus Methan CH4 und Kohlenstoffdioxid CO2 Verdichterstation fur Deponiegas mit Fackel rechts Gasbrunnen mit Filterschichten Inhaltsverzeichnis 1 Entstehung 2 Chemische Zusammensetzung 3 Produzierte Gasmenge 4 Gefahren durch Deponiegas 4 1 Brand bzw Explosionsgefahr 4 2 Erstickungsgefahr 4 3 Toxisches Gefahrdungspotential 4 4 Klimaeffekte 4 5 Bodenhebung 4 6 Gefahren in Abhangigkeit von der Methanemission 5 Verwertung und Behandlung von Deponiegas 6 Verbrennung 7 Umweltschutz 8 Weblinks 9 EinzelnachweiseEntstehung BearbeitenDeponiegas entsteht durch biochemische Abbauprozesse von organischen Verbindungen und Materialien im Mullkorper Die Prozesse unterteilen sich in aerobe und anaerobe Abbauprozesse die zu Beginn in zeitlich aufeinanderfolgende Phasen eingeteilt werden konnen und die gegen Ende der Prozesse gleichzeitig ablaufen Aerobe Phase Bei diesen Reaktionen wird der eingelagerte Luftsauerstoff aufgebraucht und Wasser Stickstoff N2 Kohlenstoffdioxid CO2 und hohermolekulare Restprodukte gebildet Bei lockerer Mullschuttung oder einem Gemisch aus Bauschutt und Hausmull kann in den Randzonen eine standige Nachfuhr von Sauerstoff stattfinden so dass die aeroben Prozesse lange Zeit stabil ablaufen Anaerobe Nichtmethanphase In dieser als Saure Garung bezeichneten Phase werden Bakterien aktiv die ohne oder mit wenig Sauerstoff auskommen und vorwiegend Stickstoff Wasserstoff Kohlenstoffdioxid und niedere Fettsauren produzieren Der Kohlenstoffdioxidgehalt kann bis auf 80 Vol ansteigen Der pH Wert sinkt in dieser Phase bis auf 5 5 ab Anaerobe nicht stabile Methanphase Die Bedingungen pH Wert Temperatur in der Deponie stabilisieren sich Es werden methanbildende Mikroorganismen aktiv Anaerobe stabile Methanphase Unter anaeroben Bedingungen werden die organischen Bestandteile zu Methan CH4 und Kohlenstoffdioxid CO2 abgebaut Der pH Wert steigt bis auf 8 5 Das Ergebnis der biochemischen Abbauprozesse ist ein wassergesattigtes Gas das im Wesentlichen aus 50 70 Vol Methan und 30 50 Vol Kohlenstoffdioxid besteht Dieses Gasgemisch wird als das eigentliche Deponiegas bezeichnet Abklingende Methanphase Die Methanbildung erfolgt nur noch auf niedrigem Niveau und selbst bei nicht technisch entgasten Deponien beginnt der Eintritt von Luft in den Deponiekorper weil der Gasstrom uber der Oberflache zu gering ist um z B bei Luftdruckanderungen standig einen ausstromenden Gasstrom aufrechtzuerhalten Der Prozess verstarkt sich mit weiter abnehmender Gasproduktion zu einem standigen Lufteintritt durch Druckschwankungen und Diffusion Als Ergebnis dieser Reaktionen entstehen im Verlauf von 15 20 Jahren aus einer Tonne Hausmull ca 100 200 m Deponiegas mit einem Methananteil um 55 Vol 1 Dabei verandert sich im zeitlichen Verlauf die Zusammensetzung des Gases Bereits ein Jahr nach Einlagerung der Abfalle ist in der Regel im Inneren des Mullkorpers die stabile Methanphase erreicht Das Deponiegas setzt sich in der stabilen Methanphase im Wesentlichen aus 60 Vol CH4 und 40 Vol CO2 zusammen Das Verhaltnis der beiden Komponenten betragt dann 1 5 1 Mit zunehmendem Abbau der organischen Mullbestandteile verschiebt sich dieses Verhaltnis auf Werte deutlich grosser als 2 1 Die Anderung der Gaszusammensetzung in Abhangigkeit vom biochemischen Mullalter ermoglicht eine Aussage uber den Abbaugrad der gasbildenden Mullbestandteile und damit uber die Dauer und Menge der zukunftigen Deponiegasbildung Chemische Zusammensetzung BearbeitenDie chemische Zusammensetzung der Gase hangt stark von der Art der deponierten Materialien der Art der Schuttung und dem Alter der Deponie ab Alle nachfolgend angefuhrten Daten betreffen eine typische Hausmulldeponie 2 Zu Beginn in den ersten acht Wochen enthalt das Gas noch hohere Gehalte an Stickstoff und Sauerstoff aus der eingetragenen Luft Der Gehalt an Sauerstoff fallt sehr schnell von etwa 20 auf praktisch 0 innerhalb der ersten 2 bis 3 Wochen nach Schliessung und Abdichtung der Deponie Der anfangliche Stickstoffgehalt von 80 sinkt nach etwa acht Wochen auf 40 und sinkt weiter innerhalb der ersten zwei Jahre auf fast 0 Zu Beginn sind kaum Kohlenstoffdioxid und kein Methan enthalten Wahrend der Gehalt an Kohlenstoffdioxid sofort nach Abdichtung der Deponie innerhalb weniger Wochen stark ansteigt wird Methan erst mit Beginn der anaeroben Phase nach einigen Monaten gebildet und steigt dann schnell auf bis 60 an Die mittlere Zusammensetzung des Gases ist nach etwa zwei Jahren fur einen Zeitraum von 20 bis 25 Jahren und mehr relativ stabil und enthalt im Wesentlichen grob 50 Vol Methan CH4 40 Vol Kohlenstoffdioxid CO2 0 4 Vol Stickstoff N2 5 7 Vol Wasser H2O 20 ppm Schwefelwasserstoff H2S 30 ppm Thiole Merkaptane R SH Neben diesen Hauptbestandteilen ist ab dem zweiten Monat mit Beginn der aeroben Phase fur etwa zwei Jahre Wasserstoff bis max 20 enthalten Weiterhin sind Spuren von vielen organischen zum Teil auch toxischen Verbindungen nachweisbar Produzierte Gasmenge BearbeitenDie Menge an produziertem Gas ist abhangig von der Materialart Einlagerungsmenge Einlagerungszeit Wasserhaushalt in der Deponie Klima Aussentemperatur Luftdruck Windrichtung und Geschwindigkeit Deponieart Schuttung z B Halden Gruben Hangdeponie Die Halbwertszeit von abbaubarem kohlenstoffhaltigem Material liegt bei etwa sechs Jahren nach der Einlagerung bei Klarschlammen bei etwa drei Jahren Die produzierte Gasmenge geht wenn nicht besonders gunstige Voraussetzungen optimaler Wasser und Temperatur Haushalt vorliegen nach sechs Jahren rapide zuruck Dann steht nur noch die Sicherheit fur Mensch Tier und Einrichtungen im Vordergrund Nach ca 20 Jahren wird das Gefahrdungspotential erheblich geringer Danach steht nur noch der Klima Kleintier und Pflanzenschutz im Vordergrund Deponien stehen in der Rangliste der klimabeeintrachtigendsten Methanproduzenten weltweit an sechster Stelle Bei erhohter Gasproduktion kann eine Aktiventgasung erfolgen soweit keine Gefahrdung durch Brand oder Explosionsgefahr besteht Die Abschatzung einer Okobilanz auf der Basis von klimagefahrdeten Emittenten frei abstromendes Methan und Kohlenstoffdioxid bei Betrieb und Unterhaltung der Anlage kann hierzu als Ansatz dienen Die Menge an Deponiegas die in Deutschland entsteht kann mit etwa 2 5 Milliarden Nm pro Jahr oder etwa 285 000 Nm pro Stunde abgeschatzt werden Davon sind etwa 1 5 Milliarden Nm a Methan und etwa 1 0 Milliarden Nm a Kohlenstoffdioxid 170 000 Nm h CH4 und 115 000 Nm h CO2 Der thermische Energieinhalt dieser Methanmenge betragt etwa 15 000 GWh pro Jahr entsprechend etwa 1 3 Millionen Tonnen Ol oder 1 700 MW Dauerleistung Beide Gase CH4 und CO2 zusammengerechnet bewirken einen Treibhauseffekt von etwa 16 Milliarden Nm a CO2 Aquivalent Gefahren durch Deponiegas BearbeitenBrand bzw Explosionsgefahr Bearbeiten nbsp Explosionsdreieck des Gasgemisches Methan Luft Sauerstoffanteil Inertgas Stickstoff oder CO2 nbsp Deponiegas WarnschilderMethan als Hauptbestandteil von Deponiegas kann mit Luftsauerstoff ein zundfahiges Gasgemisch bilden Dazu muss in der Mischung Methan in Konzentrationen zwischen 4 4 und 16 5 Vol und ein Sauerstoffgehalt von mindestens 12 Vol vorhanden sein Die Explosionseigenschaften von Deponiegas konnen mittels der sicherheitstechnischen Kenndaten von Methan beschrieben werden Die nicht brennbaren Bestandteile im Deponiegas vor allem CO2 haben andererseits einen inertisierenden Einfluss und mindern die Explosionsgefahr Rauchen offenes Licht und Feuer darf in nicht geschutzten und uberwachten Raumen auf der Deponie nicht gestattet werden In Gebauden Raumen Schachten oder sonstigen Anlagen auf der Deponie in denen eine Gasentwicklung moglich ist ist strikt darauf zu achten dass Rauchen offenes Licht und Feuer oder sonstige Handlungen die eine Explosion oder Feuer auslosen konnen unterlassen werden Die Einhaltung Unfallverhutungsvorschriften GUV R 127 vormals GUV 17 4 3 und entsprechende Betriebsanweisungen sind unbedingt zu beachten Am 1 Dezember 1990 kam es zu einem Brand im Deponiegas Kraftwerk auf der Kreisabfalldeponie im hessischen Beselich Landkreis Limburg Weilburg Diese 9 5 Millionen DM teure Anlage der Main Kraftwerke AG MKW wurde am 3 Juli 1989 als Pilotprojekt mit einer Nettoleistung von 1200 kW und mit einer geplanten jahrlichen Nettoeinspeisung von 6 6 Millionen kWh in Betrieb genommen und war eine der ersten dieser Art in Deutschland Der Brand wurde durch die ortliche Freiwillige Feuerwehr Beselich Obertiefenbach nach kurzer Zeit geloscht Die Schadensumme belief sich allerdings auf 1 9 Millionen DM 4 Erstickungsgefahr Bearbeiten Kohlenstoffdioxid in Konzentrationen gt 9 Vol fuhrt innerhalb weniger Minuten zum Ersticken Erstickungsgefahr besteht vor allem in tiefen Gruben bzw Schachten in die Deponiegas einstromt Weitere Erstickungsgefahr entsteht dort durch Sauerstoffmangel in der mit Deponiegas vermischten Luft Toxisches Gefahrdungspotential Bearbeiten Im Deponiegas ist eine Vielzahl an Spurenstoffen enthalten die bereits in geringen Konzentrationen gesundheitsschadlich wirken konnen Dabei handelt es sich vor allem um LHKW BTEX und Schwefelverbindungen Die starke Verdunnung des Deponiegases gt 10 000 fach bei Austritt uber der Deponieoberflache fuhrt zu einer Reduzierung der Schadstoffkonzentrationen in der Luft der Umgebung Stellvertretend fur viele der oben genannten Schadstoffe hier Angaben zur Gefahrlichkeit von H2S und C2H3Cl Vinylchlorid Chlorethen Klimaeffekte Bearbeiten Methan tragt nach Kohlenstoffdioxid am zweitstarksten zum anthropogenen Treibhauseffekt bei Die Klimawirkung eines Kilogramms Methan ist auf einen Zeitraum von 100 Jahren betrachtet 21 mal so stark wie die eines Kilogramms Kohlenstoffdioxid 5 Deponien gehoren weltweit gemeinsam mit der Energieerzeugung der Viehzucht und dem Reisanbau zu den grossten vom Menschen verursachten Methanquellen In der Erfassung und Verstromung von Deponiegas wird daher ein erhebliches Potential gesehen um mittels der Abfallwirtschaft Klimaveranderungen entgegenzuwirken 6 Es ist jedoch auch zu bedenken dass Kohlenwasserstoffe wie Methan in einer sauerstoffhaltigen Atmosphare langsam insbesondere durch Hydroxyl Radikale oxidiert werden Ein einmal in die Atmosphare gelangtes Methan Molekul hat dort eine durchschnittliche Verweilzeit von zwolf Jahren 7 Dieser Effekt ist aber bereits bei der Berechnung des relativen Treibhauspotentials von 21 fur Methan berucksichtigt Bodenhebung Bearbeiten Bei Deponien die nicht aktiv entluftet werden siehe unten kann sich bei hoherer Gasproduktion die Abdeckung merklich heben Falls keine Gegenmassnahmen ergriffen werden fuhrt dies schliesslich zum Aufreissen der Abdeckung und dem abrupten Abstromen grosser Gasmengen was sich fur Lebewesen in der naheren Umgebung todlich auswirken kann Auch konnen bereits vor dem endgultigen Durchbruch grossere Mengen Gas durch Risse und Spalten austreten und die unmittelbare Umgebung gefahrden Der Vorgang an sich erfolgt relativ langsam in der Regel bildet sich uber Jahre hinweg allmahlich ein kleiner Hugel Dies war bis in die 1980er Jahre gelegentlich bei kleineren Deponien beobachtbar bei denen man die Gasproduktion unterschatzt hatte Gefahren in Abhangigkeit von der Methanemission Bearbeiten Emissionen unterhalb 100 ppm Zurzeit bestehen noch keine verbindlichen Werte fur zulassige Emissionen Langzeituntersuchungen an mehreren Deponien an denen die Emissionswerte beobachtet wurden zeigten dass auf Flachen mit Mittelwerten unterhalb 100 ppm Methan praktisch keine Vegetationsschaden auftreten Geruche H2S sind nicht wahrnehmbar Flachige Emissionen um 100 ppm durften weder fur Insekten oder andere Kleinlebewesen noch fur Pflanzen eine Gefahrenquelle darstellen Emissionen von 100 bis 500 ppm konnen auf bestimmte Vegetation und Bodenlebewesen schadigend wirken Dabei konnen tiefwurzelnde Pflanzen infolge des Mangels an Bodenluft Sauerstoff absterben Emissionen von 500 bis 2000 ppm konnen eine Gefahrenquelle darstellen Der Bodenluft Sauerstoff wird durch die ausstromenden Gase verdrangt Vegetation mit hohem Luftsauerstoffanspruch kann ausfallen Gase verlassen verdunnt die Deponieoberflache Der gasbegleitende Geruch kann wahrgenommen werden Emissionen von mehr als 2000 ppm Das Deponiegas stellt eine Gefahrenquelle dar Der Sauerstoff wird durch die ausstromenden Gase aus dem Boden verdrangt Die Vegetation fallt aus zum Teil brennbare Gase verlassen weniger verdunnt die Deponieoberflache Bei bestimmten Wetterlagen z B Inversionslage konnen in Bodennahe Gasansammlungen entstehen Dadurch nimmt die Brandgefahr bei Zundung von aussen zu Emissionen von mehr als 5000 ppm Explosionsfahige Gemische konnen sich in Gruben Spalten Kluften Kellern oder anderen tiefer gelegenen Raumlichkeiten bilden und beim Betreten oder Arbeiten in diesen Bereichen eine Gefahr bedeuten Verwertung und Behandlung von Deponiegas BearbeitenFolgende Formen der Verwertung und Behandlung von Deponiegas werden angewandt Aufbereitung des Deponiegases mit der Membrantechnik Hierbei wird das Rohgas getrennt zu einem Produktgas mit gt 90 Methan und lt 4 Kohlenstoffdioxid und einem Permeat mit lt 15 Methan und gt 80 Kohlenstoffdioxid 8 Das Produktgas wird als Energietrager verwendet Das Permeat wird normalerweise abgefackelt Dabei wird auch weitgehend der gesamte Schwefelwasserstoff mitbeseitigt Verbrennung in Fackeln Schwach und Gutgasentsorgung 3 45 Vol Methan gt 25 m h Mindestanforderung aus Sicherheits und Umweltgrunden gt 3 Vol bei Vorerwarmung von Luft und Deponiegas gt 6 Vol bei Vorerwarmung von Deponiegas Verbrennung in Motoren Heizung Ofen Gutgasentsorgung Verwertung gt 45 Vol Methan gt 100 m h Eine Gutgasverwertung ist bei Entsorgung uber Motoren ab 120 kW elektrischer Leistung mit Warmenutzung rechenbar Verwertung mit Mikrogasturbinen gt 30 Vol Methan teuer in der Investition aber wartungsarm und flexibel katalytische und nichtkatalytische Verbrennungen Gefahrenabwehr Ex Gefahr Schwachgas lt 25 Vol Methan lt 25 m h hat nur Sinn wenn die Gasqualitat noch im Ex Bereich besteht und die Gasmenge gering ist Methanoxidation uber Biofilter Biofenster etc Gefahrenabwehr Ex Gefahr Schwachgas lt 25 Vol Methan lt 25 m h kostengunstige Investition und Betriebskosten Wirkung umstritten Aerobe Umsetzung von Biomasse Einsetzbar bei Altdeponien mit abklingender Methanproduktion Kostenaufwendige Verfahren fur Erstellung und Betrieb der Anlagen In Einzelfallen eventuell sinnvoll Diese Verfahren sind noch vollstandig in der Erprobungsphase Stand 2013 Nur sehr beschrankt einsetzbar z B aufgrund der Schutthohe Eine Umsetzung von nahezu 100 ist nicht gewahrleistet eine spatere Methanproduktion ist daher wieder moglich Sehr aufwandige und teure Verfahren die sich bei Nutzungsanderung jedoch rechnen konnten Bisherige Veroffentlichungen sind noch nicht uberzeugend Verbrennung Bearbeiten nbsp Deponiegasfackel mit Verdichter und SteuerungBei der Verbrennung von Deponiegas wird das Methan unter optimalen Bedingungen zu 1 3 in CO2 und zu 2 3 in H2O umgewandelt Dabei erfolgt also eine Reduzierung des Treibhauseffektes unter der Annahme von 60 Methan und 40 Kohlenstoffdioxid von 6 4 Nm CO2 Aquivalent pro Nm Deponiegas auf 0 6 Nm Nm und der Ozon Zerstorungseffekt wird gar auf Null reduziert Aufgrund von Untersuchungen uber die Spurenstoffe des Deponiegases ist nach heutigem Kenntnisstand davon auszugehen dass neben den anorganischen Spurengasen wie Schwefelwasserstoff H2S der in einer Konzentration 20 bis 500 mg Nm typisch ist Ammoniak NH3 Wasserstoff H2 und Stickoxiden NOx etwa 500 verschiedene organische Kohlenwasserstoffe darunter auch Halogenkohlenwasserstoffe im Deponiegas vorhanden sind Die Mehrzahl der bislang identifizierten Spurenstoffe kann als giftig krebserzeugend oder im weitesten Sinne gesundheitsschadlich bezeichnet werden Die Summe der organischen Kohlenwasserstoffverbindungen bewegt sich typischerweise zwischen 500 und 1 500 mg Nm und die Summe der Halogenkohlenwasserstoffe zwischen 10 und 250 mg Nm Ausnahmen mit extrem hoheren Konzentrationen konnen lokal und temporar auftreten Bei einer angenommenen mittleren Konzentration von 800 mg Nm organische Kohlenwasserstoffe und 50 mg Nm Halogenkohlenwasserstoffe ergeben sich mit den o g Mengen an Deponiegas folgende Stoffstrome die aus Deponien der BRD pro Jahr freigesetzt werden etwa 3 300 Tonnen organische Kohlenwasserstoffe und davon etwa 200 Tonnen Halogenkohlenwasserstoffe Auch fur diese Stoffe gilt dass eine thermische Zerstorung bei der Verbrennung eine deutliche Verminderung der Umweltbelastung bedeutet wodurch allerdings neue unerwunschte Verbindungen siehe unten entstehen konnen Umweltschutz BearbeitenZusammenfassend ist festzustellen dass aus Umweltschutzgrunden eine unkontrollierte Entgasung von Deponien in die Atmosphare nicht erfolgen sollte und dass mindestens eine thermische Behandlung des Gases zur Minimierung der negativen Auswirkungen notwendig ist Hierbei ist abzuwagen ob der Aufwand an elektrischer Energie Energieaufwand fur Wartungen Energieaufwand bei der Materialherstellung in einer Bilanz gemessen an der CO2 Emission eine Einsparung ergibt Zusatzlich ist der Kostenaufwand mit zu bedenken Dabei ist allerdings zu beachten dass auch bei der Verbrennung neue unerwunschte Verbindungen entstehen konnen Hier seien nur Kohlenmonoxid CO Stickoxide NOx Salz und Fluorwasserstoffsaure HCl und HF genannt Diese Stoffe konnen allerdings durch geeignete Verbrennungsverfahren Verfahren der Rauchgasreinigung oder der Gasvorreinigung minimiert oder gar verhindert werden Als Alternative zur Verbrennung sind passive sog Methanoxidationsfenster sinnvoll einsetzbar Langzeituntersuchungen an Verbrennungsanlagen von Deponiegas haben gezeigt dass eine Dioxinbildung im Rauchgas nicht nachgewiesen werden konnte Deponien stehen weltweit an sechster Stelle der Methanproduzenten An erster Stelle stehen Rinder ca 400 l d durch Wiederkauen und Reisfelder Faulgas Durch die Nutzung der Energie durch Verbrennung von Deponiegas lassen sich sonstige Emissionsquellen vermindern und es konnen zusatzlich in der Summe alle gasformigen Emissionen einer Hausmulldeponie nahezu neutralisiert werden Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Deponiegas Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Fachinformationen uber Deponiegas des SGS Instituts FreseniusEinzelnachweise Bearbeiten Roland A Simonet Energiegewinnung aus Abfalldeponien In Gas Wasser Abwasser Jg 65 Nr 4 1985 S 185 Roland A Simonet Energiegewinnung aus Abfalldeponien In Gas Wasser Abwasser Jg 65 Nr 4 1985 S 185 188 GUV Regel 127 Deponien PDF 0 5 MB Nicht mehr online verfugbar Bundesverband der Unfallkassen Februar 2001 archiviert vom Original am 2 Februar 2016 abgerufen am 22 August 2015 Franz Josef Sehr Brand im Deponiegas Kraftwerk Beselich In Florian Hessen 9 1991 Munkelt Verlag 1991 ISSN 0936 5370 S 26 28 Piers Forster Venkatachalam Ramaswamy Paulo Artaxo Terje Berntsen Richard Betts David W Fahey James Haywood Judith Lean David C Lowe Gunnar Myhre John Nganga Ronald Prinn Graciela Raga Michael Schulz Robert Van Dorland Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing In Susan Solomon Dahe Qin Martin Manning Zhenlin Chen Melinda Marquis Kristen B Averyt Melinda Tignor Henry L Miller Hrsg Climate Change 2007 The Physical Science Basis Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Cambridge University Press Cambridge New York 2007 Chapter 2 Table 2 14 ipcc ch PDF 8 0 MB Alison Smith Keith Brown Steve Ogilvie Kathryn Rushton Judith Baites Waste Management Options and Climate Change Final report to the European Commission DG Environment Juli 2001 europa eu PDF 1000 kB Piers Forster Venkatachalam Ramaswamy Paulo Artaxo Terje Berntsen Richard Betts David W Fahey James Haywood Judith Lean David C 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