Verbundprojekt "Abfallmanagement als Beitrag zur Energiewende"

Abfall ist sowohl eine stoffliche als auch eine energetische Ressource, die einen Beitrag zur Energiestrategie leisten kann: einerseits durch direkte Energierückgewinnung (sog. Waste-to-Energy-Systeme) und andererseits durch indirekte Energieeinsparungen (durch die Wiederverwertung von Materialien und eine entsprechende Reduktion des Energiebedarfs zur Produktion neuer Güter). Eine Optimierung des Abfallmanagements erfordert Wissen über Massen-, Energie- und Finanzflüsse sowie gesellschaftlich akzeptierte Übergangsstrategien.

Das Hauptziel des Verbundprojekts bestand darin, den Beitrag des Schweizer Abfallmanagements zur Energiewende zu optimieren. Dazu sollten direkte und indirekte Energieeinsparungen berücksichtigt und sozial akzeptierte Strategien entwickelt werden. Die Optimierung sollte sowohl die ökologische als auch die wirtschaftliche Dimension einschliessen.

Detaillierte Analysen zum jährlichen Energiepotenzial des Abfallmanagements in der Schweiz zeigten ein grosses Potenzial sowohl für die festen Siedlungsabfälle mit 64 PJ Heizwert als auch für den Industrieabfall aus dem chemischen und pharmazeutischen Sektor mit 4 PJ. Mit dem Ziel einer robusten Optimierung wurden Grundszenarien entwickelt, basierend auf den bestehenden Energieszenarien und ergänzt durch «Waste Storylines», die verschiedene Entwicklungen für die Abfallmengen und -zusammensetzung beschreiben. Die Storylines wurden vom Forschungsteam gemeinsam mit Experten aus der Industrie und von den Behörden definiert. Die Siedlungs- und Industrieabfallsysteme wurden anschliessend unter Berücksichtigung einer Reihe von Randbedingungen innerhalb der Grundszenarien optimiert. In allen Szenarien kann der Beitrag der Siedlungsabfälle zur Energiewende durch eine maximierte Wiederverwertung fast aller Abfallfraktionen erhöht werden. In gewissen Szenarien könnte der indirekte Energiebeitrag der Siedlungsabfälle gegenüber 2012 sogar verdoppelt werden. Die indirekten Energieeinsparungen stiegen mit der Qualität des gesammelten Materials und ermöglichten die Substitution von besonders problematischen primären Materialien. Dieses Ergebnis betont die Bedeutung einer sauberen Trennung an der Quelle und weiter entwickelter Recyclingprozesse. Die Optimierung berücksichtigte die verschiedenen finanziellen Auswirkungen, die sich daraus ergeben, dass Wiederverwertungen auch Kosten verursachen können, die durch höhere Einnahmen für zurückgewonnene Energie und Materialien sowie Gebühren oder Steuern gedeckt werden müssen. Höhere Energie- und Materialerträge können je nach künftigen Marktpreisen die Recyclingkosten kompensieren und damit eine wirtschaftlich tragfähige Recycling-Industrie ermöglichen. Bei der energetischen Optimierung des Industrieabfallmanagements in der Schweiz zeigte sich die Möglichkeit einer verstärkten Nutzung von Lösungsmitteln und Mutterlaugen als alternative Brennstoffe (+ 8 %). Bei einer lokalen thermischen Nutzung von Abfällen entfällt auch der Transport gefährlicher Chemikalien. Es zeigte sich, dass der potenzielle Beitrag von Waste-to-Energy-Systemen zur Energiewende wesentlich von der künftigen Menge und Zusammensetzung des Abfalls abhängen wird.

Bedeutung für die Forschung

Die Methodologie zur Entwicklung der Grundszenarien kann auf andere geografische Regionen oder Materialflüsse angewendet werden. Ausserdem kann der kombinierte Rahmen mit Materialflussanalyse, Lebenszyklusbewertung, Kostenoptimierung und mathematischer Optimierung mit einem Grundszenario und der Modellierung verschiedener Randbedingungen als Prototyp für die umfassende Analyse und Optimierung anderer Ressourcen- und Abfallmanagementsysteme dienen.

Bedeutung für die Praxis

Mit diesem Verbundprojekt wurden Strategien zur Optimierung des Beitrags des Abfallmanagements zur Energiewende entwickelt, zum Beispiel mit mehr Recycling und einer thermischen Verwertung von flüssigen Industrieabfällen. Ausserdem wurden die Kosten und Erträge bestehender und neuer Strategien geschätzt. Die Analyse aller Akteure im System liefert Orientierungshilfen für die Entwicklung von Umsetzungsmechanismen sowie für Entscheidungsträger und Industrieexperten.

Sustainable waste and resource management to support the energy turnaround (wastEturn)

Zu diesem Verbund gehören folgende vier Forschungsprojekte

Optimising the energy recovery and the sustainability of Swiss municipal solid waste management

• Prof. Stefanie Hellweg, Institut für Umweltingenieurwissenschaften, ETH Zürich

Optimisation of industrial waste-to-energy (WtE) and resource recovery systems

• Prof. Konrad Hungerbühler, Institut für Chemie- und Bioingenieurwissenschaften, ETH Zürich; Dr. Stavros Papadokonstantakis, Dr. Elisabet Capon

Economic Assessment of Industrial and Municipal Waste Treatment Options and Waste-to-Energy (WtE) Systems

• Prof. Christoph Hugi, Institut für Ecopreneurship, Fachhochschule Nordwestschweiz, Muttenz

Initiating Transitions of Swiss Municipal Solid Waste Management (InTraWaste)

• Prof. Michael Stauffacher, Department of Environmental Systems Science, ETH Zürich