Thermische Nutzung von Kunststoffabfällen in Kleinanlagen unter Verwendung des Pyrolyse- und Vergasungsprozesses

The disposal of mixed waste in landfills, dump sites and open burning without material and energy recovery leads to resource loss, causes health problems, pollution and littering. Increasing energy demand for industrial and domestic application with rising costs due to scarcity motivates a constant search for alternative clean energy sources. Recovering energy from waste presents various incentives e.g. creating jobs, alleviating poverty, combating and mitigating climate change, protecting the environment and reducing dependence on traditional fuels sources. Hence, plastics end up in landfills, surface waters and ocean bed with serious negative impact on terrestrial and aquatic biodiversity. Plastic waste with high calorific value (36-46MJ/kg) occupies the greatest portion of landfill space. Hence, using an appropriate technology to transform waste plastic to a hot gaseous mixture which is burned in-situ produces enormous amount of energy without pollution. Based on this hypothesis, the study objectives accomplished were to: 1.Characterise, quantify and classify waste fractions and plastic components common in MSW by manual sorting 2.Evaluate options for sustainable plastic waste management especially for developing countries 3.Design, construct, test and optimize an appropriate technology that applies pyrolysis and gasification processes to convert non-PVC plastic waste to energy 4.Assess the efficiency of the technology based on the functioning, the engineering, mass and energy analysis including socioeconomic and environmental impacts An integrated methodology involving review of current literature, field and laboratory experiments on mixed waste and plastic waste analysis was used. In addition, the pyrolysis-gasification technology (PGT) was conceptualised, designed, constructed, tested and optimised at BTU Cottbus, Germany; Lagos, Nigeria and Dschang, Cameroon. Field studies involving natural observation, interviews, personal discussions and visits to waste management organisations and disposal sites were conducted in various cities in the three case study countries. A resource-oriented manual sorting using the resource-recovery scavenging approach (RESA) simulating integration of scavenger’s activities in waste sorting was conducted at BTU and Lagos. Major results obtained include: •Characterization, quantification and classification of a dry sample of commingled MSW at Cottbus gave major waste fractions in order of decreasing abundance as 23.15% of residue waste, 19.75% of paper and cardboards, 17.80% of plastics, 14.63% of textiles and diapers, 10.06% of food waste and 9.55% of glass. An overall 33.21% of waste sample is compostable for manure, 52.2% usable as feedstock in the PG technology and 99.81% of total sample having a material or energy recovery potential. In Lagos, Nigeria main fractions were 29% of plastics, 36% of residue waste, 17% of soil/sand, 7% of paper with overall 41% usable as feedstock in PG technology, 39% compostable, 3% of recyclable (metal and glass). Sand can be recovered from the soil/sand fraction for construction. Excluding the sand/soil mixture, 83% of the total waste sample has potential for material and energy value. •An appropriate technology that applies principles of pyrolysis and gasification to convert non-PVC plastic waste to energy was designed, constructed, tested and optimized with respect to: (i) Successful functioning with conversion of averagely 98.51% of input constituting of 82.78-98.21% of charcoal and 96.72-99.27% of plastic to heat energy (ii) Evaluation of socioeconomic and environmental impacts based on pyrolysis and exhaust gas and ash residue analysis showed absence of VOCs, heavy metals and pollutant organic and inorganic compounds; (iii) Safety and risk assessment to indoor pollution is very low; (iv) Assessment of the WTA and WTP indicated that 94% of respondents in Lagos, Nigeria and Porto Novo, Benin were willing to accept and pay for this technology. Using the PG technology improves local communities’ ability to achieve clean, efficient and safe cooking and heating energy with potential for combine heat power generation.Die Entsorgung von gemischten Abfällen in Deponien, Ablagerungsplätzen und das offene Verbrennen ohne jegliche stoffliche und energetische Verwertung führt zu Ressourcenverlusten, Gesundheitsproblemen, Umweltverschmutzung und Vermüllung. Wachsender Energiebedarf für industrielle und häusliche Anwendung mit steigenden Kosten aufgrund ihrer Knappheit regt die ständige Suche nach alternativen, sauberen Energiequellen an. Energierückgewinnung aus Abfall stellt verschiedene Anreize wie z.B. die Schaffung von Arbeitsplätzen, Bekämpfung der Armut, Bekämpfung und Eindämmung des Klimawandels, den Schutz der Umwelt und die Verringerung der Abhängigkeit von traditionellen Brennstoffquellen. Infolgedessen enden Kunststoffe auf Deponien, in Oberflächengewässern und Meeresböden, mit gravierenden negativen Auswirkungen auf die terrestrische und aquatische Biodiversität. Kunststoffabfälle mit hohen Heizwerten (36-46MJ/kg) nehmen den größten Teil des Deponieraumes ein. Die Bildung dieser Schadstoffe geht nicht zwangsweise von den Polymeren aus sondern ist eine Ursache des begrenzten Verbrennungsprozesses. Hierfür wurde eine geeignete Technologie entwickelt, die die Kunststoffabfälle in ein heißes Gasgemisch umwandelt und diese anstehend nochmals verbrannt werden und eine enorme Energie freisetzen ohne jegliche Luftverschmutzung. Basierend auf der obigen Hypothese wurden folgende Studienziele anwiesiert: 1.Charakterisieren, quantifizieren und klassifizieren der Abfallfraktionen und Kunststoffkomponenten in vermischten MSW durch manuelle Sortierung 2.Bewertung der Optionen für eine nachhaltige Kunststoff/Abfallwirtschaft insbesondere für Entwicklungsländer 3.Design, Konstruktion, Test und Optimierung einer geeigneten Technologie, die die Pyrolyse und den Vergasungprozess beinhaltet um nicht-PVC-Kunststoffabfall in Energie umzuwandeln 4.Beurteilung der Effizienz der Technologie basierend auf den Betrieb, Konstruktion, Menge und Energieanalyse mit sozioökonomischen und ökologischen Bedeutung Eine integrierte Methodik mit Überprüfung der aktuellen Literatur, Feld- und Laborexperimente mit Analysen der gemischten Abfall- und Kunststoffabfälle wurde verwendet. Darüber hinaus wurde die Pyrolyse-Vergasung Technologie (PGT) an der BTU Cottbus, Deutschland, Lagos in Nigeria und Dschang in Kamerun konzipiert, konstruiert, gebaut, getestet und optimiert. Feldstudien mit natürlichen Beobachtung, Interviews, persönliche Gespräche und Besuche bei Entorgungsorganisationen/unternehmen und Deponien wurden in verschiedenen Städten in Nigeria, Republik Benin und Kamerun durchgeführt. Eine ressourcenorientierte manuelle Sortierung unter Verwendung des Ressource-Recovery-Scavenging-Ansatz (RESA) simuliert die Integration von Müllsammler-Aktivitäten in die Mülltrennung und wurde an der BTU und Lagos durchgeführt. Wesentliche Ergebnisse sind: •Charakterisierung, Quantifizierung und Qualifizierung einer trockenen Probe vermischten MSW in Cottbus ergaben große Abfallfraktionen ,in absteigender Reihenfolge, als 23,15% Restmüll, 19,75% Papier und Karton, 17,80% Kunststoffen, 14,63% Textilien und Windeln , 10,06% Speiseresten und 9,55% aus Glas mit insgesamt 33.21% kompostierbar zur Gewinnung von Dünger, 52,2% nutzbar als Einsatzmaterial in der PG-Technologie und 99,81% der gesamten Probe mit einem Material- oder Energierückgewinnungspotenzial. In Lagos, Nigeria ergaben sich Hauptfraktionen von 29% Kunststoffe, 36% Restmüll, 17% Boden / Sand, 7% Papier mit insgesamt 41% nutzbar als Einsatzmaterial in PG-Technologie, 39% kompostierbar, 3% recycelbar (Metall und Glas), während Sand aus dem Boden / Sand-Fraktion für den Bau wiederhergestellt werden können. Ohne das Sand / Erde Gemisch, haben 83% der gesamten Probe des Abfallaufkommens Potenzial zur stofflichen und energetischen Wiederverwertung. •Eine entsprechende Technologie, die Prinzipien der Pyrolyse und Vergasung nicht-PVC-Kunststoffabfalls in Energie umzuwandeln wurden so konzipiert, gebaut, getestet und optimiert im Hinblick auf: (i)Erfolgreiches Funktionieren mit der Umwandlung von durchschnittlich 98,51% des inputs wobei 82,78-98,21% der Holzkohle und 96,72-99,27% der Kunststoffs in Energie umgewandelt wurden (ii)Bewertung sozioökonomischer und ökologischer Auswirkungen bei der Pyrolyse, Abgas- und Ascherückstandanalyse zeigte keine VOCs, Schwermetalle und Schadstoffen organischer und anorganischer Verbindungen, (iii)die Sicherheit und Risikobewertung der Luftverschmutzung in Innenräumen ist sehr niedrig (iv)Bei der Beurteilung der WTA und WTP gaben 94% der Befragten in Lagos, Nigeria und Porto Novo, Benin an, dass sie bereit sind die Technologie zu akzeptieren und auch für diese etwas zu bezahlen. Mit der PG-Technologie verbessern lokale Gemeinden ihre "Fähigkeit“, sich saubere, effiziente und sichere Energie zum Kochen und Heizen leisten zu können, mit dem Potenzial für die Kombination aus Hitze Strom zu erzeugen