Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei einer kombinierten Kompostierungs- und Verg\u00e4rungsanlage sind eine gro\u00dfe Anzahl von Komponenten der mechanischen, biologischen und thermischen Verfahrenstechnik miteinander verkn\u00fcpft. Wegen der hohen Komplexit\u00e4t sind empirische Methoden f\u00fcr die theoretische Untersuchung eines gesamten Anlagenstandortes ungeeignet. Die wissenschaftliche Bearbeitung umweltrelevanter Fragestellungen wird deshalb erschwert. Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Quantifizierung umwelt- und kostenrelevanter Synergieeffekte f\u00fcr unterschiedliche Systemkonfigurationen in Abh\u00e4ngigkeit von ver\u00e4nderlichen Randbedingungen. Die Zusammenh\u00e4nge werden mit Hilfe der Methode der mathematischen Modellbildung und Simulation beschrieben. Es wird beispielhaft ein kombiniertes Kompostierungs- und Verg\u00e4rungsverfahren betrachtet.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer Lehrstuhl f\u00fcr Energie- und Umweltverfahrenstechnik erstellt in der ersten Phase des Projekts mathematische Teilmodelle der Komponenten einer kombinierten Kompostierungs- und Verg\u00e4rungsanlage in ihren Hauptfunktionen. Dabei kommen Algorithmen zur Anwendung, die zun\u00e4chst die ITU GmbH und im sp\u00e4teren Projektverlauf das Fachgebiet f\u00fcr Abfallwirtschaft der Universit\u00e4t Essen zur Verf\u00fcgung stellt und nach Umsetzung der Teilmodelle in Simulationsprogramme am Rechner auf Plausibilit\u00e4t pr\u00fcft. In der zweiten Projektphase werden die Teilmodelle verfeinert, erweitert und zu einem Gesamtmodell zusammengef\u00fchrt. Die Modelle werden anhand von Messdaten ausgef\u00fchrter Anlagen validiert. Massen- und Energiebilanzen sowie Kosten beispielhafter Anlagen werden dynamisch am Rechner simuliert. Dabei wird unter anderem die Substitution fossiler Energietr\u00e4ger durch Verwendung des entstehenden Biogases bei Beachtung wirtschaftlicher Restriktionen untersucht. Der technisch-wissenschaftliche Fortschritt des Vorhabens besteht in der erarbeiteten, auf andere Verfahren \u00fcbertragbaren Methodik sowie den erzielten Aussagen \u00fcber die beispielhaft betrachtete Anlagenkombination.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Anhand der Simulationsergebnisse f\u00fcr mehrere beispielhafte Anlagenverbunde wird gezeigt, dass die Synergieeffekte durch die Kombination von Kompostierung und Verg\u00e4rung und die umweltrelevanten Wirkungen des Anlagenverbunds in starkem Ma\u00dfe von den Betriebs- und Auslegungsparametern einer Anlage abh\u00e4ngen. Grunds\u00e4tzlich zeigt sich, dass eine differenzierte Betrachtung jeder einzelnen Anlage unter ihren speziellen Randbedingungen erforderlich ist und Verallgemeinerungen nicht zul\u00e4ssig sind. Ein rechnergest\u00fctztes dynamisches Simulationsmodell hat sich als n\u00fctzliches Werkzeug zur Beantwortung umweltrelevanter Fragestellungen bew\u00e4hrt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse des Projekts wurden im Rahmen einer von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt unterst\u00fctzen Vortragsveranstaltung vorgestellt und in den Tagungsunterlagen ver\u00f6ffentlicht (Mertens et al. (2001)).
\nDer Ergebnisteil dieses Berichts ist zugleich als Dissertation erschienen (Mertens (2001)).<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Projekt besch\u00e4ftigt sich mit der erstmaligen Anwendung der Methode der mathematischen Modellbildung und Simulation auf einen Anlagenverbund einer kombinierten Kompostierungs- und Verg\u00e4rungsanlage zur Behandlung getrennt gesammelter Bioabf\u00e4lle. Die Anwendung der Methode wurde damit f\u00fcr das hinsichtlich der Modellbildung bisher als Neuland zu bezeichnende Gebiet der biologischen Abfallbehandlung erstmals anhand eines praktischen Fallbeispiels umfassend demonstriert und dokumentiert.
\nEs wurde erstmals am Beispiel einer komplexen biologischen Abfallbehandlungsanlage gezeigt, wie die Prozesse bei der aeroben und anaeroben Bioabfallbehandlung nach dem Stand der Forschung mathematisch beschrieben werden k\u00f6nnen, welcher Detaillierungsgrad sinnvoll ist und welche Ergebnisse mit einem solchen Simulationsmodell erzielt werden k\u00f6nnen.
\nDabei war es auch ein Ziel zu zeigen, welche Schwierigkeiten dabei \u00fcberwunden werden m\u00fcssen und wie hoch der zeitliche und kostenm\u00e4\u00dfige Aufwand zu L\u00f6sung der Aufgabe ist. Als besondere Schwierigkeit erwies sich die Bereitstellung von Messdaten gro\u00dftechnischer Anlagen zum Zweck der Modellvalidierung. Es hat sich gezeigt, dass die an biologischen Abfallbehandlungsanlagen erfassten Messgr\u00f6\u00dfen qualitativ und quantitativ h\u00e4ufig nicht zur Erstellung von Stoff- und Energiebilanzen ausreichen und f\u00fcr die Modellvalidierung nur in Ausnahmef\u00e4llen geeignet sind. Es ist vielmehr davon auszugehen, dass eine messtechnische Bilanzierung erst nach entsprechender Erweiterung des Messaufbaus und im Rahmen einer wissenschaftlichen Begleitung m\u00f6glich ist.
\nEs wurde ein rechnergest\u00fctztes Simulationsmodell erstellt, mit dem die geplanten theoretischen Systembetrachtungen durchgef\u00fchrt werden konnten.
\nDie bei der Projektbearbeitung gesammelten und in diesem Bericht dokumentierten Ergebnisse und Erfahrungen k\u00f6nnen bei der \u00dcbertragung der grunds\u00e4tzliche bew\u00e4hrten Vorgehensweise auf andere Verfahren zur biologischen Abfallbehandlung hilfreich sein.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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