Co-processing of Poultry Biowaste in MSW-to-Energy Kilns: Technical and Financial Feasibility of Wet Flue-Gas Desulfurization Sorbent Isolation in Varanasi, India

Kraftwerke und Anlagen zur energetischen Abfallverwertung stehen vor einer ständigen, zweifachen Herausforderung: Sie müssen Brennstoffe verbrennen, um Elektrizität zu erzeugen, während sie gleichzeitig das giftige Schwefeldioxidgas aus ihrem Abgas reinigen müssen, bevor es in die Atmosphäre entweicht. Um dieses Gas zu reinigen, verlassen sich diese Anlagen traditionell auf Nasswäscher – massive Türme, die eine Suspension aus Wasser und zermahlenem Kalkstein versprühen, um die Säure zu absorbieren. Doch der Kalkstein selbst stellt ein Problem dar. Er muss aus der Erde in zerstörerischen Tagebauen abgebaut werden, ein Prozess, der die Landschaft verwüstet, Lebensräume zerstört und erhebliche Kohlenstoffemissionen während des Transports freisetzt. Gleichzeitig produzieren die rasant wachsenden Städte in Indien Berge von organischen Abfällen, darunter Tonnen von Hühnereierschalen, die normalerweise auf Deponien landen, wo sie verrotten, stinken und den Boden verunreinigen. Die Frage, die sich die Forscher stellten, war, ob diese zwei getrennten Probleme durch eine einzige einfache Lösung gelöst werden könnten: Könnten die Abfalleierschalen den abgebauten Kalkstein ersetzen?

Ein Forscher unter der Leitung von V S Narasimha Sai Sangapu von NTPC Limited untersuchte diese Möglichkeit speziell für den Distrikt Varanasi in Indien. Sie konzentrierten sich auf die NTPC Waste-to-Energy-Anlage und das nahegelegene Vindhyachal-Entschwefelungswerk. Ihre Studie bestätigt, dass Eierschalen chemisch fast identisch mit hochwertigem Kalkstein sind und zu etwa fünfundneunzig Prozent aus Calciumcarbonat bestehen. Die direkte Verwendung ist jedoch unmöglich, da Roh-Eierschalen mit einer zähen, wasserabweisenden Membran überzogen sind. Würde man sie direkt in das wasserbasierte Wäscher-System geben, würde diese Membran verhindern, dass sich die Schalen richtig vermischen, was einen dicken, klebrigen Schlamm erzeugt, der Rohre verstopft und Pumpen zerstört. Der Forscher fand heraus, dass eine einfache thermische Behandlung dieses Problem löst. Durch das Erhitzen der Eierschalen auf fünfhundert Grad Celsius verbrennt die organische Membran vollständig und hinterlässt ein sprödes, wasserliebendes Pulver, das sich exakt wie Standardkalkstein verhält.

Die Studie skizziert ein vollständiges Kreislaufsystem, um dies in einem realen Umfeld umsetzlich zu machen. Zuerst schätzte der Forscher, dass der Distrikt Varanasi, begünstigt durch seine große lokale Bevölkerung und Millionen von jährlichen Touristen, täglich zwischen drei Komma drei und fünf Komma eins metrische Tonnen rohen Eierschalenabfall erzeugt. Dieser Abfall wird aus gewerblichen Küchen und von Straßenverkäufern gesammelt. Anstatt die Schalen auf einer Deponie zu entsorgen, werden die Schalen zusammen mit festem Siedlungsabfall in den Reaktoren der Anlage mitgeröstet. Dieser Erhitzungsprozess entfernt nicht nur die problematische Membran, sondern karbonisiert auch die organische Substanz, wodurch sie in eine als grüne Kohle bekannte Brennstoffquelle verwandelt wird.

Der Forscher entwarf daraufhin ein mechanisches System, um die beiden resultierenden Materialien zu trennen. Wenn die heiße Mischung den Reaktor verlässt, passiert sie eine Reihe von Walzen und vibrierenden Sieben. Da die gerösteten Eierschalen spröde geworden sind und die Kohle dicht und zäh bleibt, kann die Mechanik die Schalen problemlos zu feinem Staub zermahlen, während die Kohlestücke intakt bleiben. Ein abschließendes Luftstromsystem bläst den leichten Eierschalenstaub in eine Sammelkammer für die Wäscher, während die schwerere Kohle zu den Brennstoff-Silos der Anlage geleitet wird. Diese Trennung ist entscheidend; sie stellt sicher, dass der zur Stromerzeugung verwendete Brennstoff sauber ist, während der Staub rein genug ist, um als chemisches Reinigungsmittel verwendet zu werden.

Wenn dieser geröstete Eierschalenstaub in den Nasswäscher eingebracht wird, reagiert er mit dem Schwefeldioxid im Abgas. Die chemische Reaktion neutralisiert die Säure und erzeugt ein festes Nebenprodukt namens Gips – ein hochreines Material, das für die Verwendung im Bauwesen und in der Landwirtschaft verkauft werden kann. Die Studie berechnet, dass dieses System täglich zwischen eins Komma acht sechs und zwei Komma acht acht metrische Tonnen Schwefeldioxidemissionen erfassen und über sechs metrische Tonnen marktfähigen Gips produzieren kann.

Die Finanzanalyse legt nahe, dass dies nicht nur eine umweltfreundliche Idee, sondern auch ein profitables Geschäftsmodell ist. Der Forscher berechnete, dass die Verwendung von verarbeiteten Eierschalen deutlich kostengünstiger ist als der Kauf und Transport von abgebautem Kalkstein, insbesondere wenn man Subventionen für die Abfallvermeidung auf Deponien und die Einnahmen aus dem Verkauf von Gips berücksichtigt. Über einen Zeitraum von fünfzehn Jahren wird prognostiziert, dass das Projekt seine ursprünglichen Ausrüstungskosten in etwas mehr als drei Jahren amortisiert. Die Studie deutet auf eine starke Kapitalrendite hin; das Projekt bleibt auch dann rentabel, wenn die Sammlung der Eierschalen weniger effizient als erwartet ausfällt. Das Modell zeigt, dass das System Schwankungen der Brennstoffpreise und Lieferprobleme standhalten kann, sofern mindestens die Hälfte des verfügbaren Eierschalenabfalls gesammelt wird.

Über die Zahlen hinaus hebt die Studie die breiteren ökologischen Auswirkungen hervor. Durch die Verwendung von Eierschalen vermeidet die Anlage die Notwendigkeit, jährlich bis zu eintausenddreihundertfünfzig Tonnen natürlichen Kalkstein abzubauen, wodurch lokale Ökosysteme bewahrt und der CO2-Fußabdruck, der mit dem Bergbau und Transport verbunden ist, reduziert wird. Es eliminiert zudem die Umweltrisiken durch verrottende Eierschalen auf Deponien, wie etwa die Freisetzung übelriechender Gase und die Verunreinigung des Bodens. Die Forschung kommt zu dem Schluss, dass dieser Ansatz einen praktikablen, finanziell soliden Weg bietet, um ein gängiges Abfallprodukt in eine kritische industrielle Ressource zu verwandeln und so eine Kreislaufwirtschaft zu schaffen, in der der Abfall der Stadt hilft, die Industrie mit Energie zu versorgen und zu reinigen.