Ghana: Hybrid-Abfallkraftwerk in Kumasi und Biogaspotenzial aus Lebensmittelabfällen

In Gyankobaa bei Kumasi wurde im Mai 2022 das erste Abfallkraftwerk Ghanas in Betrieb genommen: eine Hybridanlage mit 400 kW Leistung, die Photovoltaik (200 kW), Biogas (100 kW) und die Pyrolyse von Kunststoffabfällen (100 kW) verbindet. Daneben bewerten Forscher, wie viel Energie allein aus Lebensmittelabfällen in den größten Städten des Landes gewonnen werden kann.

Was über das Projekt in Gyankobaa bekannt ist

Pumps Africa (3. Mai 2022) und Bioenergy News (4. Mai 2022) beschreiben die Inbetriebnahme des ersten Abfallkraftwerks Ghanas in Gyankobaa in der Gemeinde Atwima Nwabiagya South in der Region Ashanti; Bioenergy News nennt es das erste dieser Art in Westafrika. Das Projekt dauerte 48 Monate. Das deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung schloss einen Vertrag im Wert von 6,5 Mio. USD mit vier deutschen und einer ghanaischen Einrichtung (laut Bioenergy News wird das Projekt von vier deutschen Einrichtungen unter Leitung der Universität Rostock und sechs ghanaischen unter Leitung von WASCAL durchgeführt). Die Anlage, genannt Hybrid-PV-Biogas-Pyrolysis-Plant, soll 12 t Abfall pro Tag zu Biokompost und Energie verarbeiten und zugleich als Ausbildungszentrum für 17 Masterstudierende und vier Doktoranden dienen. Die Leistungsaufteilung (200 + 100 + 100 kW) zeigt, dass Biogas hier eines von drei Elementen ist und nicht der Kern des Systems. Die Quellen nennen keine Einzelheiten zu den Substraten der Biogasanlage oder Betriebsdaten, daher führen wir keine Jahresproduktion an.

Warum eine Hybridanlage

Die Kombination dreier Quellen hat mehrere Begründungen:

• Komplementarität: PV liefert Energie am Tag, Biogas kann rund um die Uhr laufen, und die Pyrolyse erlaubt die Verarbeitung von Kunststoff, der sich nicht zur Vergärung eignet.
• Nutzung verschiedener Abfallströme (organische und Kunststoffe) an einem Ort.
• Technologiedemonstration: Die Anlage dient als Trainingsgelände.

Nachteil ist die Komplexität: Jede der drei Technologien erfordert andere Kompetenzen bei Bedienung und Wartung. Die Pyrolyse von Kunststoffen beschreiben wir im Beitrag Energie aus Abfall: Vergärung, Verbrennung, Pyrolyse.

Potenzial der Städte: Untersuchung von 2021

Ein in der Zeitschrift Energy (Band 226, 2021) veröffentlichter Artikel schätzt das Potenzial der Stromerzeugung aus Biogas aus Lebensmittelabfällen auf 80,43–300,49 GWh pro Jahr in Accra und 60,63–209,31 GWh pro Jahr in Kumasi (Prognose für die Jahre 2020–2039; anfallende Abfallmenge in Accra 899 Tsd.–3,36 Mio. t pro Jahr, in Kumasi 915 Tsd.–3,16 Mio. t). Die Autoren bewerteten das Projekt als wirtschaftlich rentabel: Der Kapitalwert betrug ca. 217,8 Mio. USD in Accra und 156,1 Mio. USD in Kumasi. Die Energiebereiche sind breit, weil sie von den angenommenen Szenarien abhängen. Es sind theoretische Werte, kein Investitionsplan. Ihre Bedeutung besteht darin, die Größenordnung aufzuzeigen: 80–300 GWh pro Jahr entsprechen einer mittleren elektrischen Leistung von ca. 9 bis ca. 34 MW für Accra (eigene Umrechnung, bei Betrieb über das ganze Jahr), aber nur dann, wenn eine getrennte Sammlung von Lebensmittelabfällen funktioniert.

Was nötig ist, damit aus dem Potenzial Anlagen werden

1. Getrennte Sammlung und Sortierung von Lebensmittelabfällen getrennt von Kunststoff und Glas; in einem gemischten Strom ist die Vergärung ineffizient und riskant.
2. Annahmegebühr (Gate Fee) oder ein Energietarif, der die Kosten deckt.
3. Abnahme des Gärrests durch Landwirte und Qualitätsregeln dafür.
4. Stabiler Netzanschluss oder ein direkter Energieabnehmer.

Schlussfolgerungen

Das Beispiel Ghana ist eine Pilotanlage, die von einem deutschen Forschungsprogramm finanziert wird, und kein kommerzielles Kraftwerk; erst Daten aus ihrem Betrieb werden zeigen, ob sich das Modell in größerem Maßstab wiederholen lässt. Für die Beurteilung des Erfolgs sollte man nicht nur die Nennleistung beobachten, sondern die tatsächlichen Betriebsstunden, die verarbeitete Abfallmenge und die Betriebskosten.

Rechenbeispiel: wie viel Abfall 100 kW Biogas benötigen

Zur Veranschaulichung des Maßstabs: Eine Anlage mit einer elektrischen Leistung von 100 kW, die kontinuierlich arbeitet, benötigt bei einem elektrischen Wirkungsgrad des Motors von ca. 38 % eine chemische Gasleistung von ca. 263 kW, also ca. 6,3 MWh pro Tag. Biogas mit einem Methangehalt von ca. 60 % hat einen Heizwert von ca. 6 kWh/m³, daher werden ca. 1.000 m³ Biogas pro Tag benötigt. Bei einer Ausbeute von z. B. 100–150 m³ Biogas je Tonne Lebensmittelabfälle bedeutet das ca. 7–10 t Abfall pro Tag. Es sind Richtwerte (die Annahmen hängen von Substrat und Wirkungsgrad ab) und keine Parameter der beschriebenen Anlage. Die Rechnung zeigt, dass selbst ein kleines Biogasmodul eine regelmäßige Anlieferung von Abfall in einer Menge erfordert, die das städtische System organisieren muss.

Risiken für den Erfolg

• Verunreinigungen im Abfall: Kunststoff, Glas und Metalle, die in den Fermenter gelangen, verursachen Ausfälle von Pumpen und Rührwerken; Lebensmittelabfälle sollten getrennt gesammelt oder sorgfältig sortiert werden.
• Saisonale Schwankung: Menge und Zusammensetzung der Abfälle ändern sich im Lauf des Jahres.
• Komplexität der Instandhaltung: Drei Technologien bedeuten drei Serviceteams; bei kleinen Anlagen ist das eine erhebliche Belastung.
• Finanzierung des Betriebs: Ein Investitionszuschuss deckt nicht die Kosten für Personal und Wartung in den folgenden Jahren.

Hinweis zu den Quellen

Die Beschreibung des Kraftwerks in Gyankobaa stammt aus Presse- und Fachberichten vom Mai 2022; wir haben weder technische Dokumentation noch Betriebsdaten gefunden. Etwaige Unterschiede zwischen Ankündigungen und tatsächlichem Zustand sind in den Mitteilungen der Projektträger (Universität Rostock, WASCAL) zu prüfen.