Deponiegas

Wussten Sie, dass etwa 300 bis 400 Millionen Tonnen Methan jährlich durch anaerobe Prozesse weltweit erzeugt werden? Diese erstaunliche Menge zeigt, wie bedeutend Deponiegas als Energiequelle und Umweltschutzfaktor ist. In Mülldeponien wird Deponiegas durch den Abbau organischer Materialien von Bakterien erzeugt. Es enthält hauptsächlich Methan (CH₄) und Kohlenstoffdioxid (CO₂) und bildet sich durch biochemische Prozesse, die sowohl aerobe als auch anaerobe Abbauphasen durchlaufen.

Mit einem Heizwert von etwa 5 kWh/m³ und einer elektrischen Leistung von 802 kW sind Deponiegaskraftwerke in der Lage, erhebliche Mengen an Energie zu erzeugen. Der Prozess, der zur Produktion von Deponiegas führt, erstreckt sich über etwa 20 Jahre und liefert rund 100 bis 200 m³ verwertbarer Gase pro Tonne abgelagerten Hausmülls.

Die Nutzung von Deponiegas trägt nicht nur zur Energiegewinnung bei, sondern ist auch ein wesentlicher Beitrag zum Umweltschutz. Methangas, das unkontrolliert entweichen würde, hat eine 25-mal stärkere Klimawirkung als CO₂. Durch die Nutzung von Deponiegas kann dieses Potenzial erheblich gemindert werden.

Entstehung von Deponiegas

Deponiegas entsteht primär durch biochemische Abbauprozesse in verschiedenen Phasen. In der Anfangsphase, den sogenannten Aerobe Abbauprozesse wird der Sauerstoff im Müll verbraucht und es entstehen CO₂, N₂ sowie Wasser. Bildlich lässt sich die Entstehung von Deponiegas anhand der folgenden Phasen verdeutlichen:

1. Aerobe Phase (Phase I): In dieser Phase, kurz nach der Ablagerung, sind Aerobe Abbauprozesse vorherrschend. Dabei wird Sauerstoff im Müll abgebaut und es entstehen hauptsächlich CO₂, N₂ und Wasser.
2. Anaerobe Phase:
   1. Saure Gärung (Phase II): Die saure Gärung beginnt, wenn der Sauerstoff verbraucht ist. Mikroorganismen setzen sich durch und produzieren CO₂ sowie niedere Fettsäuren.
   2. Stabile Methanphase (Phase IV und V): Methanbildende Mikroorganismen, auch bekannt als methanogene Bakterien, fördern die Methanbildung. In Phase IV erreichen wir ein Verhältnis von CH₄ zu CO₂ von etwa 1,5 (59% CH₄, 41% CO₂). Während der langfristigen Phase V steigt der Methangehalt auf über 60% an, während CO₂-Signifikant abnimmt.
3. Späte Phasen:
   1. Phase VI: Methananteile reduzieren sich auf 10% bis 40%, CO₂-Anteile hingegen liegen zwischen 5% und 30%.
   2. Phase VII: Methan fällt unter 10%, während CO₂ auf 10% bis 15% sinkt.
   3. Phase VIII und IX: Zusammensetzung ähnelt zunehmend der Luft: CO₂ unter 4%, O₂ zwischen 18-20%, N₂ etwa 78%.

Ein bedeutender Aspekt bezüglich der Entstehung und Entwicklung von Deponiegas ist die Feuchtigkeit des abgelagerten Abfalls. Typischerweise liegt der Wassergehalt beim Ablagern zwischen 25% und 45% des Gewichts. Methanogenese, ein Teil der anaeroben Phase, wird durch spezifische Bedingungen wie Nährstoffverhältnisse und Redoxpotential bestimmt.

Statistiken zeigen, dass in den späten 1970er Jahren über 65.000 Deponien existierten, viele von ihnen ohne Überwachung. Ein entscheidender Wendepunkt bei der Regulierung und Überwachung von Deponiegas sind die seit Juni 2020 geltenden Vorschriften zur Erfassung, Behandlung und Nutzung von Deponiegas gemäß den BQS 10-1-Standards, die ab März 2026 von den zuständigen Behörden überwacht werden müssen. Diese Regularien zielen darauf ab, die Methanemissionen zu kontrollieren und die Umweltbelastung langfristig zu minimieren.

Die chemische Zusammensetzung von Deponiegas

Die chemische Zusammensetzung von Deponiegas ist entscheidend für das Verständnis seiner Wirkungen und Potenziale. Hauptbestandteile von Deponiegas sind Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Der *Methangehalt* kann in der stabilen Methanphase zwischen 50 und 70 Vol.-% betragen, während der Kohlenstoffdioxidgehalt in derselben Phase zwischen 30 und 50 Vol.-% liegt. Diese beiden Gase sind für rund 90 Prozent des Deponiegases verantwortlich.

Die Zusammensetzung von Deponiegas verändert sich im Laufe der Zeit:

1. In der Anfangsphase der Gasbildung kann der Kohlenstoffdioxidgehalt bis auf 80 Vol.-% ansteigen, während der Methangehalt noch relativ niedrig bleibt.
2. Nach etwa 15-20 Jahren bildet sich aus einer Tonne Hausmüll etwa 100-200 m³ Deponiegas mit einem *Methangehalt* von etwa 55 Vol.-%.
3. Die typische Zusammensetzung des Gases nach einem Jahr weist ein Verhältnis von 60 Vol.-% Methan und 40 Vol.-% Kohlenstoffdioxid auf.
4. Innerhalb der ersten zwei Jahre sinkt der Sauerstoffgehalt von etwa 20% auf nahezu 0%, und der Stickstoffgehalt reduziert sich von 80% auf fast 0%.

Außerdem enthält Deponiegas weitere Bestandteile:

• 0-4 Vol.-% Stickstoff (N2)
• 5-7 Vol.-% Wasser (H2O)
• 20 ppm Schwefelwasserstoff (H2S)
• 30 ppm Thiole (Merkaptane)

Die folgende Tabelle gibt einen detaillierten Überblick über die Zusammensetzung von Deponiegas nach zwei Jahren:

Produzierte Menge Deponiegas in Deutschland

Die Menge des produzierten Deponiegases wird durch verschiedene Einflussfaktoren bestimmt, darunter die Art und Menge des deponierten Materials sowie die Umweltbedingungen. In Deutschland entstehen schätzungsweise 2,5 Milliarden Nm³ Deponiegas jährlich, das hauptsächlich aus Methan und Kohlendioxid besteht.

Eine detaillierte Analyse zeigt, dass etwa 1,5 Milliarden Nm³ pro Jahr Methan (CH₄) und etwa 1,0 Milliarden Nm³ pro Jahr Kohlendioxid (CO₂) sind. Der Methananteil entspricht etwa 170.000 Nm³ pro Stunde, während der Kohlendioxidgehalt ca. 115.000 Nm³ pro Stunde beträgt. Diese Gase tragen gemeinsam zu einem Treibhauseffekt von etwa 16 Milliarden Nm³ pro Jahr CO₂-Äquivalent bei.

Der thermische Energieinhalt der produzierten Methanmenge beträgt etwa 15.000 GWh pro Jahr, was ungefähr 1,3 Millionen Tonnen Öl entspricht oder 1.700 MW Dauerleistung. Diese beeindruckenden Werte verdeutlichen die bedeutende Rolle von Deponiegas in der Energiegewinnung und den Umwelt- und Klimaschutzmaßnahmen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Deponiegasproduktion ist die Erfassungsrate, die laut Schätzungen zwischen 50-60% liegt. Daraus ergibt sich, dass mindestens 50-60% des Deponiegases nicht erfasst werden und in die Atmosphäre entweichen.

Die Reduktion vermeidbarer Methanemissionen könnte in Deutschland auf etwa 1 Million Tonnen pro Jahr gesenkt werden, was einer Einsparung von etwa 21 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalenten entspricht. Diese Maßnahme trägt maßgeblich zur Erreichung der Klimaschutzziele bei und ist ein wichtiger Schritt im globalen Kampf gegen den Klimawandel.

Nutzung von Deponiegas zur Energiegewinnung

Die Nutzung von Deponiegas zur Energiegewinnung erfolgt hauptsächlich durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und den Einsatz in Blockheizkraftwerken (BHKW). Diese Technologie ermöglicht es, sowohl Wärme als auch Strom aus Deponiegas zu erzeugen, was die Effizienz der Energiegewinnung signifikant steigert.

Ein wichtiger Vorteil der KWK liegt in der hohen Effizienz: bis zu 90% der im Deponiegas enthaltenen Energie können genutzt werden. Blockheizkraftwerke, die mit Deponiegas betrieben werden, sind zudem in der Lage, auch bei niedrigem Heizwert effizient zu arbeiten. Dieses Verfahren wird oft durch die Mischung von Deponiegas mit Erdgas optimiert. Dies verlängert die Lebensdauer der Anlagen und erhöht die Betriebssicherheit.

Ein herausragendes Beispiel für diese Technologie ist das Jenbacher Projekt auf der Mavrorachi Deponie in Griechenland mit einer elektrischen Leistung von 3,52 MW. INNIO setzt hierbei auf mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Nutzung von Deponiegas weltweit. Die Anlagen sind mit moderner Abgasnachbehandlung ausgestattet, die nationalen Normen entspricht und so zusätzliche Umweltvorteile bietet.

Zusätzlich zur Erzeugung von Strom und Wärme bietet die kontrollierte Nutzung von Deponiegas erhebliche Umweltvorteile. Methan, ein Hauptbestandteil von Deponiegas, ist ein starkes Treibhausgas. Die Vermeidung unkontrollierter Methanemissionen und dessen Umwandlung in Energie durch Kraft-Wärme-Kopplung tragen somit maßgeblich zur Reduzierung des Treibhauseffekts bei.

Umwelt- und Klimaschutz durch Deponiegas

Die kontrollierte Nutzung von Deponiegas spielt eine bedeutende Rolle bei der Reduzierung von Treibhausgasen. Durch die Erfassung und Verwertung von Methan, das bis zu 25-mal schädlicher ist als CO2, werden positive Effekte auf das Klima und den Umweltschutz erzielt. Deponien, die nach 2005 entstanden sind, verursachen keine klimarelevanten Emissionen mehr, was auf strenge Maßnahmen und innovative Technik zurückzuführen ist.

Ein erfolgreiches Beispiel ist die AGR, die seit 2012 bedeutende Maßnahmen umgesetzt hat, um den Methananteil im Deponiekörper zu reduzieren und somit zur Reduzierung von Treibhausgasen beizutragen. Im Rahmen der Nationalen Klimaschutz-Initiative (NKI) werden Projekte auf fünf Deponien gefördert, um die Gaserfassung zu optimieren. Diese Deponien sind:

• Zentraldeponie Emscherbruch (ZDE)
• Zentraldeponie Rheinberg (ZDR)
• Zentraldeponie Castrop-Rauxel (ZDC)
• Zentraldeponie Hattingen (ZD Hattingen)
• Sonderabfalldeponie Hünxe (SAD)

Die geförderten Projekte reduzieren die Treibhausgasemissionen um insgesamt 140.000 Tonnen. Dabei werden rund 320 m³/h Deponiegas mit einem Methangehalt über 35 Prozent aus den Deponiekörpern gefördert. Die neuen Systeme, einschließlich der Installation neuer Gasbrunnen und Leitungen, leisten einen bemerkenswerten Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasen und zum Klimaschutz. Bis Ende August 2018 sollen alle Gasbrunnen saniert werden, um diese Effizienz weiter zu steigern.

Insbesondere die Zentraldeponie Emscherbruch hat eine Vorreiterrolle übernommen und wird vom NKI mit rund vier Millionen Euro bezuschusst. Dank der engagierten Maßnahmen und Projekte hat sich die Deponiegasproduktion in den letzten zehn Jahren um etwa 80 Prozent verringert, was einen signifikanten Beitrag zum Umweltschutz und zur Nachhaltigkeit darstellt.

Gefahren und Sicherheit bei der Nutzung von Deponiegas

Die Nutzung von Deponiegas birgt erhebliche Risiken, insbesondere durch die Brand- und Explosionsgefahr, die durch die hohe Methankonzentration verursacht wird. Ein weiteres Risiko stellt die Erstickungsgefahr dar, die durch die Verdrängung von Sauerstoff durch Kohlendioxid entsteht. Diese Gefahren bestehen nicht nur während der aktiven Nutzung der Deponien, sondern auch Jahrzehnte danach, wenn Deponiegas weiterhin entsteht.

Zudem enthalten Deponiegase oft toxische Komponenten wie Schwefelverbindungen, die zusätzliche gesundheitliche Risiken mit sich bringen. Um diesen Gefahren entgegenzuwirken, sind spezifische Sicherheitsmaßnahmen unerlässlich. Laut der DGUV Regel 114-005, die im Februar 2001 herausgegeben wurde, gibt es umfassende Empfehlungen und Vorschriften zur Vermeidung von Arbeitsunfällen, Berufskrankheiten und arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren.

Besondere Sicherheitsmaßnahmen, wie sie in §6.21 der DGUV Regel festgelegt sind, betreffen die Ablagerung asbesthaltiger Abfälle in Deponien. Diese richten sich nach spezifischen technischen Regeln, die vorrangig zu beachten sind. Im Folgenden sind einige der wichtigsten Sicherheitsvorschriften und Maßnahmen aufgeführt:

• Verwendung persönlicher Schutzausrüstungen
• Installation von Gaswarneinrichtungen
• Explosionsschutzmaßnahmen

Unzureichende Gaserfassung und -behandlung ist ein häufiges Problem, besonders bei älteren Deponien. Daher sind regelmäßige Überprüfungen und die Einhaltung der technischen Regeln entscheidend für die Sicherheit. In Österreich wurde festgestellt, dass es an einer flächendeckenden Erfassung aller Altablagerungen mangelt, die eine Gefährdung durch Deponiegas darstellen können.

Rechtliche Rahmenbedingungen und Vorschriften

Die Gesetzgebung in Bezug auf Deponiegas in Deutschland ist umfassend und folgt strikten umweltpolitischen Vorschriften. Am 16. Juli 2009 liefen die Übergangsfristen der europäischen Deponierichtlinie (1999/31/EG) aus, doch schon 2005 erfüllte Deutschland weitgehend die Anforderungen. Diese Richtlinie regelt die umweltverträgliche Ablagerung von Abfällen an Deponien und definiert spezifische Grenzwerte für Schadstoffe je Deponieklasse gemäß der Entscheidung des Rates der Europäischen Union im Jahr 2002 (2003/33/EG).

Die technischen Anforderungen und Betriebsstandards wurden in Deutschland seit den frühen 1990er-Jahren, unter anderem durch Vorschriften wie TA Abfall und TA Siedlungsabfall, festgesetzt. Abfallablagerungsverordnung und Deponieverordnung traten 2001 und 2002 in Kraft, mit weiteren Verordnungen zur Verwertung von Abfällen auf Deponien, beispielsweise 2005. Seit dem 01.06.2005 dürfen nur Abfälle mit geringem biologisch abbaubarem Anteil deponiert werden, um die Deponiegasbildung zu minimieren.

Bei der Anlieferung der Abfälle wird überprüft, ob die Schadstoffgrenzwerte für jede Deponieklasse eingehalten werden. Biologisch abbaubare Abfälle erzeugen Deponiegas, das zu etwa 50% aus Methan besteht, was ein hohes Treibhauspotential besitzt. Um den ökologischen Einfluss zu reduzieren, verlangt die EU-Deponierichtlinie eine Verringerung der Ablagerung biologisch abbaubarer Abfälle in drei Stufen bis 2016/2020.

Gemäß Anhang 5 Nummer 7 der Deponieverordnung muss Deponiegas gefasst, behandelt und energetisch verwertet werden. Diese Anforderungen wurden zuletzt im Bundeseinheitlichen Qualitätsstandard (BQS) 10-1 im Jahr 2022 weiter spezifiziert. Darüber hinaus sind Deponien nach ihrer Stilllegung verpflichtet, spezielle Oberflächenabdichtungen zu installieren, um Kontaminationen und den Eintritt von Niederschlagswasser zu verhindern. Diese und weitere Vorschriften stellen sicher, dass die Umweltauswirkungen von Deponiegas durch adäquate Erfassung und Behandlung minimiert werden.

Technische Umsetzung und Deponiegasanlagen

Die technische Umsetzung der Deponiegastechnologie erfordert moderne Erfassungssysteme und effiziente Verfahren zur Erfassung und Behandlung des Gases. Diese Technologien entsprechen dem neuesten Stand der Technik und umfassen unterschiedliche Sicherheits- und Instandhaltungsmaßnahmen, um einen sicheren Betrieb der Anlagen zu gewährleisten.

Ein Beispiel für eine erfolgreiche Umsetzung ist die ehemalige Hausmülldeponie Haslbach. Hier wurden zwischen 1968 und 1992 etwa 1,8 Millionen m³ Haushalts- und Gewerbemüll abgelagert. Nach der Schließung im Jahr 1992 wurden rund 20 Millionen Euro in Nachsorgemaßnahmen investiert, einschließlich Oberflächenabdichtung, vertikaler Abdichtung und Entwässerung.

Die Anlage liegt im Wasserschutzgebiet der Trinkwasserversorgung Sallern und hat durch regelmäßige Grundwasseruntersuchungen nachweislich keine Auswirkungen auf die Grundwasserqualität gezeigt. Um die Effizienz der Gaserfassung zu erhöhen, nutzt die LAMBDA Gesellschaft für Gastechnik mbH das Deponiegas in einem Gas-Otto-Motor, der jährlich etwa 400.000 kWh Strom erzeugt, genug, um 60 Vier-Personen-Haushalte klimaneutral zu versorgen.

Die Sammlung und Behandlung des Methans, das 28-mal klimaschädlicher als Kohlendioxid ist, substituiert fossile Brennstoffe und vermeidet jährlich etwa 2.600 Tonnen CO₂-Äquivalente. Diese Technologie ist nicht nur umweltfreundlich, sondern auch wirtschaftlich, wie die folgende Tabelle zeigt:

Die Erfassung und Behandlung des Gases erfolgt durch kontinuierliche Überwachung und Anpassung der Anlage, um die Energieproduktion zu optimieren und die Klimabelastung zu minimieren. Langfristige Instandhaltungs- und Sicherheitsmaßnahmen sind ebenfalls von zentraler Bedeutung, um die Langlebigkeit und Effizienz der Deponiegasanlagen sicherzustellen.

Fazit

Die Nutzung von Deponiegas bietet erhebliche Vorteile für die nachhaltige Energiegewinnung und den Umweltschutz. Die Erzeugung und Nutzung von Deponiegas trägt nicht nur dazu bei, die Methanemissionen zu reduzieren, sondern liefert auch einen wertvollen Beitrag zur Energieversorgung. Die Anforderungen gemäß BQS 10-1, die bis März 2026 umgesetzt werden müssen, stellen sicher, dass Emissionen weiter minimiert werden, bevor das Gas genutzt wird.

Die Arbeit der LAGA Ad-hoc AG Deponietechnik, insbesondere die Arbeitsgruppe „Deponiegas“, hat wichtige Leitlinien und Standards erarbeitet, die seit dem 1. März 2022 gültig sind. Diese Maßnahmen sind ein bedeutender Schritt in Richtung einer nachhaltigen Energiegewinnung. Innovative Projekte wie in Lübben, die mit 80% gefördert wurden, zeigen das Potenzial dieser Technologie zur Unterstützung der Energiewende und des Klimaschutzes.

Zukünftige Innovationen und strenge Richtlinien können die Rolle von Deponiegas in der Energiegewinnung weiter stärken. Durch kontinuierliche Schulungen, wie sie alle vier Jahre vorgeschrieben sind, und die Anpassung von Speichertechnologien können Methanemissionen effektiver reduziert werden. Beispiele wie die Deponie Wannsee, die selbst nach 41 Jahren noch bedeutende Mengen an Methan absaugt, verdeutlichen das langfristige Potenzial dieser Maßnahmen. Insgesamt zeigt sich, dass die Nutzung von Deponiegas einen wichtigen Beitrag zur Bewältigung des Klimawandels leisten kann.