Dry and mighty

Yves Marc Schade, stela Laxhuber, erläutert die Rolle von Niedertemperatur-Bandtrocknern bei der verstärkten Nutzung alternativer Brennstoffe.

Als Technologieführer für Niedertemperatur-Bandtrockner bringt stela Laxhuber Drying Technology regelmäßig sein Ingenieurteam zusammen, um die verschiedenen relevanten Bereiche abzudecken. In den letzten Jahren ist die Trocknung von Ersatzbrennstoffen (AF) und Fraktionen hochkalorischer Abfälle (RDF) insbesondere in der Zementindustrie ein zunehmend wichtiges Thema geworden.
Im Rahmen eines der Schulungstage des Unternehmens Anfang des Jahres lud stela einen ausgewiesenen Experten der Branche, Dip-Ing. Wolfgang Schwörer, ein, der Einblicke aus seiner langjährigen Erfahrung in Zementwerken gab. Die daraus resultierenden Synergien, insbesondere bei der Auslegung und Anwendung der Bandtrocknertechnologie im industriellen Umfeld, können von den Betreibern genutzt werden.
Zunächst muss die Frage gestellt werden, welche Arten von AF derzeit in der Zementindustrie verwendet werden. Verschiedene Arten von AF werden verwendet, um traditionelle fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdgas und Öl zu ersetzen. Diese AF stammen aus unterschiedlichen Quellen und können in verschiedene Kategorien unterteilt werden, wie z. B.:

Die Umweltvorteile
Die Umweltvorteile der Verwendung von AF bei der Zementherstellung wurden ausführlich diskutiert.
Aus Abfall gewonnene Brennstoffe sind ein Ersatz für fossile Brennstoffe und helfen daher, Ressourcen aus begrenzten fossilen Quellen zu schonen. Ersatzbrennstoffe enthalten manchmal erhebliche Anteile an Biomasse und anderen CO2-neutralen Brennstoffen. Da die Menge an CO2, die bei der Verbrennung freigesetzt wird, der Menge entspricht, die die Pflanzen während ihres Wachstums aufnehmen, gelten sie als CO2-neutral. Dies reduziert die relevanten Kohlendioxidemissionen erheblich. Viele andere AF stammen aus Abfällen, die sonst auf Mülldeponien entsorgt würden. Durch die Verwendung dieser Art von AF bei der Zementherstellung wird das Abfallvolumen reduziert, die Umweltbelastung von Mülldeponien verringert und ihre Lebensdauer verlängert. Durch die Substitution fossiler Brennstoffe werden die begrenzten fossilen Ressourcen ersetzt, was zur Ressourcenerhaltung beiträgt. Die Verwendung von Abfällen als Brennstoff unterstützt das Konzept der Kreislaufwirtschaft, indem Materialien wiederverwendet und recycelt werden, anstatt sie zu entsorgen. Dies fördert die nachhaltige Nutzung von Ressourcen und minimiert Abfall.

Die Herausforderungen
Die Umstellung auf AF im Zementprozess bringt verschiedene Herausforderungen und Risiken mit sich, die technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Natur sein können. Bestehende Zementwerke müssen möglicherweise mit geeigneten Lager-, Dosier- und Transportgeräten aufgerüstet werden, um AF effizient nutzen zu können. Die Verbrennungseigenschaften von AF unterscheiden sich von denen fossiler Brennstoffe. Dies kann Anpassungen der Verbrennungstechnologien und -prozesse erfordern.
Die Qualität von AF kann stark variieren, was die Konsistenz und Stabilität der Zementproduktion beeinträchtigen kann, und die Trocknung von AF spielt dabei eine Schlüsselrolle.
Hier kommt daher die Trocknungstechnologie von stela ins Spiel, die modular aufgebaut ist und Abwärme nutzt, um die Verbrennungseigenschaften des Materials zu homogenisieren. Einige AF können zu höheren Emissionen bestimmter Schadstoffe führen, was zusätzliche Emissionskontrollmaßnahmen erforderlich machen kann. Darüber hinaus gelangen bei der Verbrennung von AF Brennstoffasche oder andere Rückstände in den Ofenprozess. Diese Aschekomponenten müssen bei der Betriebsweise und der chemischen Steuerung des Klinkerprozesses berücksichtigt werden. Darüber hinaus können die Preise und Qualitäten von Ersatzbrennstoffen volatil sein, insbesondere wenn sie von anderen Industrien nachgefragt werden oder saisonalen Schwankungen unterliegen. Der Wettbewerb um bestimmte Abfallstoffe oder Biomasse kann zu Engpässen und Preiserhöhungen führen.
Um die gewünschte Zementqualität zu erreichen, müssen Anpassungen am Produktionsprozess und den Brennstoffen vorgenommen werden, während die Produktionsparameter sorgfältig überwacht und kontrolliert werden. Die Trocknung von Ersatzbrennstoffen spielt dabei erneut eine zentrale Rolle und unterstreicht die Bedeutung einer effizienten und zuverlässigen Trocknungstechnologie. Ersatzbrennstoffe sind günstiger als traditionelle fossile Brennstoffe wie Kohle oder Erdgas. Abfallstoffe, die sonst entsorgt werden müssten, werden oft kostengünstiger, kostenlos oder, je nach Nachfrage und Qualität, sogar gegen Aufpreis zur Verfügung gestellt.
Ersatzbrennstoffe stammen zwar oft aus internationalen Märkten, werden aber nach ihrer ursprünglichen stofflichen Nutzung und nach der Aufbereitung lokal verfügbar und unterliegen daher im Idealfall keinen hohen Abhängigkeiten vom internationalen Brennstoffmarkt. Die Umstellung bestehender Zementwerke auf Ersatzbrennstoffe erfordert Investitionen in flexible und modulare Anlagentechnik bzw. -technologien. Auch Wartungs- und Betriebskosten müssen berücksichtigt werden, da die Anlagentechnik komplexer ist und häufiger gewartet werden muss. Mit einer über 100-jährigen Geschichte und fast 500 Installationen weltweit in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen kann Stela zu den entscheidenden Prozess-Benchmarks beitragen.

Die Bedeutung alternativer Kraftstoffe

Die Einführung von Ersatzbrennstoffen in der Zementproduktion hat in den letzten 10 Jahren weltweit zu unterschiedlichen Erfahrungen geführt. Einige Länder und Hersteller haben bemerkenswerte Erfolge erzielt und relevante Erfahrungen im erfolgreichen Alltagsbetrieb gesammelt.
Deutschland ist führend beim Einsatz von Ersatzbrennstoffen in der Zementindustrie. Viele Zementwerke verwenden bereits einen hohen Anteil an Ersatzbrennstoffen (EBS) wie Altreifen, Kunststoffabfälle und Biomasse. Diese Umstellung hat zu einer erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen und einer geringeren Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen geführt. Laut dem nationalen Branchenverband VDZ in seinem jüngsten Bericht liegt der Anteil der Ersatzbrennstoffe in Deutschland über 70 % über dem Durchschnitt.1 Erfolgreiche Werke erreichen im Jahresdurchschnitt Substitutionsraten von bis zu über 95 %.
Der Einsatz von Ersatzbrennstoffen muss immer mit dem Ziel betrachtet werden, Klima-, politische und Unternehmensziele zu erreichen. Insbesondere die Zementindustrie wird eine wichtige Rolle bei der Führung des nachhaltigen Übergangs spielen, da sie das Potenzial hat, Ressourcen zu schonen, das Konzept der Kreislaufwirtschaft umzusetzen und die CO2-Emissionen zu reduzieren.
Diese Möglichkeiten bei gleichzeitiger Optimierung der Brennstoffkosten und Reduzierung internationaler Abhängigkeiten machen den Einsatz von Ersatzbrennstoffen (in entwickelten Märkten) zur logischen Schlussfolgerung. Die dabei vorzunehmenden Anpassungen sowohl in der Anlagentechnik als auch in der Betriebsweise sind nicht zu unterschätzende Aufgaben, die jedoch erfolgreich und profitabel gemeistert werden können. Insbesondere der Erfolg der deutschen Zementindustrie ist ein Beweis dafür.

Für den erfolgreichen Einsatz von Ersatzbrennstoffen sind Verfügbarkeit und Einheitlichkeit der eingesetzten Materialien unabdingbar. Da Ersatzbrennstoffe oft sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, muss die eingesetzte Technologie flexibel auf diese Schwankungen reagieren können. Ein Parameter, der oft großen Schwankungen unterliegt, ist die Materialfeuchte. Da die Feuchtigkeit direkten Einfluss auf thermodynamische Prozesse und den Heizwert hat, hat sie direkte Auswirkungen auf den Betrieb des Ofens. Daher ist es sehr wichtig, dass die Materialfeuchte so gering und gleichmäßig wie möglich ist. Auch hier spielt die Trocknung der AF eine zentrale Rolle, was die Bedeutung einer ausreichenden, effizienten und zuverlässigen Trocknungstechnologie zeigt. Oftmals ist es nicht möglich, die Qualitäten des verfügbaren Materials aktiv zu beeinflussen, da diese vom Vorlieferanten fertig angeliefert werden. Eine sehr erfolgreiche Möglichkeit der Einflussnahme ist die Trocknung des Materials direkt im Werk. Der Zementprozess mit seinen vielen Möglichkeiten zur Nutzung vorhandener Abwärme eignet sich hierfür hervorragend. Die Qualität des verfügbaren Brennstoffs kann ohne zusätzlichen Primärenergieeinsatz erheblich verbessert werden, mit dem Ziel, die gesamte Ersatzbrennstoffquote deutlich zu erhöhen. Je nach Rahmenbedingungen können auch bisher nicht nutzbare Brennstoffströme aufbereitet und im Zementprozess eingesetzt werden. Voraussetzung hierfür ist die erfolgreiche Implementierung geeigneter Trocknungssysteme in eine bestehende Anlage in die bestehenden Prozesse. Neben der Dimensionierung der Anlage werden auch das vorhandene Abwärmepotenzial und Restriktionen bewertet und der genaue Anlagenaufbau inklusive Materialzufuhr und -abfuhr definiert. Das über 50-köpfige Engineering-Team von Stelas und die Kompetenz in der industriellen Fertigung maßgeschneiderter modularer Trocknungssysteme mit über 200 motivierten und erfahrenen Mitarbeitern sind hierfür ein Beleg.

Fallstudie: Lettland
Ein Beispiel für den erfolgreichen Einsatz eines Trocknungssystems ist ein von Schwenk Latvia, Broceni, umgesetztes Projekt. Bei diesem Projekt gelang es, die Materialfeuchte durch Nutzung der Abwärme auf ein optimales Niveau zu senken. Neben der Technologie von Stela wurde das Projekt durch die umfassenden Beratungsleistungen von Herrn Schwörer unterstützt, um eine umfassende Analyse der bestehenden Prozesse, die Identifikation von Optimierungspotenzialen und die Unterstützung bei der Implementierung der Trocknungssysteme sicherzustellen und so maximale Effizienz und Nachhaltigkeit zu gewährleisten.

Referenzen 1.
‘Zementindustrie im Überblick 2023/2024’, Verein Deutscher Zementwerke e.V., Hrsg., Stand Oktober 2023. Berlin, 2023, p. 19.

Über den Autor
M.Sc./Dipl.-Ing.(Fh) Yves Marc Schade ist Absolvent der Fachhochschule Rosenheim (2000) und der Technischen Universität München (2005) und hat einen Master of Science in Sustainable Resource Management erworben. Er verfügt über 20 Jahre Erfahrung mit industriellen Trocknungssystemen, spezialisiert auf Biomasse und erneuerbare Energien, und arbeitet seit 15 Jahren bei stela Laxhuber Drying Technology, wo er sich mit industriellen Anwendungen von Niedertemperatur-Trocknungssystemen beschäftigt.

Quelle: World Cement, Ausgabe September 2024