Biogas aus Klärschlamm in Japan: wie viel Gas genutzt wird und was das Programm B-DASH gebracht hat

Japanische Kläranlagen vergären Klärschlamm seit Langem, doch ein erheblicher Teil des entstandenen Biogases wurde nicht energetisch genutzt. Laut der Zusammenstellung von Japan for Sustainability (JFS, 2008) wurden im Haushaltsjahr 2004 in den Abwassersystemen Japans ca. 290 Mio. m³ Biogas erzeugt. Von dieser Menge wurden 30% zur Beheizung der Fermenter verbraucht, 20% zur Stromerzeugung, 22% für sonstige Zwecke, und 28% wurden nicht genutzt.

Was die Daten aus den 2000er Jahren sagen

Biogas aus Klärschlamm dient in Japan seit 1984 der Stromerzeugung. Im Haushaltsjahr 2004 wurde auf diese Weise eine installierte Gesamtleistung von ca. 21.000 kW erreicht, was ca. 1% des Stromverbrauchs der Abwasseranlagen im Land entsprach. Die gesamte Abwasserwirtschaft verbrauchte damals ca. 7 Mrd. kWh pro Jahr (ca. 0,7% des landesweiten Verbrauchs). In der Anlage Morigasaki in Tokio wird der Schlamm eingedickt und thermophil vergoren (ca. 50°C), und das Methan speist seit April 2004 Generatoren mit einer Leistung von 3200 kW, die etwa die Hälfte des Strombedarfs der Anlage decken und die Stromkosten um ca. 600 Mio. Yen pro Jahr senken.

Klärschlamm als Biomasse

JFS gibt an, dass im Haushaltsjahr 2004 ca. 75 Mio. t Klärschlamm anfielen (vor der Entwässerung, 97% Wasser) und die Recyclingquote von Klärschlamm als Biomasse von 38% im Haushaltsjahr 1996 auf 70% im Jahr 2005 stieg. Das Recycling umfasst nicht nur Energie, sondern auch Düngemittel, Bodenverbesserer und Baustoffe. Es wurde geschätzt, dass die aus den organischen Stoffen im Klärschlamm zurückgewonnene Energie im Haushaltsjahr 2005 ca. 1,04 Mio. kl Erdöläquivalent entsprach und der Heizwert fester Brennstoffe aus Klärschlamm dem von minderwertiger Kohle nahekommt. In Fukuoka wird in der Anlage Mikasagawa seit Ende des Haushaltsjahres 2000 der Brennstoff BDF hergestellt (Mischschlamm mit Altspeiseöl, unter vermindertem Druck getrocknet; im Haushaltsjahr 2007 ca. 2300 t), und das Unternehmen J-Power bestätigte in Versuchen, dass der maximale Anteil von BDF bei der Mitverbrennung mit Kohle 1% beträgt. Beispielsweise verarbeitet die Anlage Sunamachi in Tokio seit November 2007 Klärschlamm zu festem Brennstoff (bis zu 300 t entwässerten Schlamms pro Tag), der im Kraftwerk Nakoso mit Kohle mitverbrannt wird.

Biomethan in Kōbe

Die Stadt Kōbe bereitete das Biogas der Kläranlage Higashinada mit dem Druckwasserwäscheverfahren auf eine Qualität von ca. 98% Methan auf (zuvor wurden ca. 30% des Gases in der Fackel verbrannt). Biogas mit einer Zusammensetzung von ca. 60% Methan und 40% CO₂ sowie geringen Mengen an Siloxanen und Schwefelwasserstoff wurde in den Kraftstoff „Kobe Biogas“ umgewandelt. Die Anlage, deren Vollbetrieb im April 2008 aufgenommen wurde, produziert 2000 m³ pro Tag, was ausreicht, um 40 Stadtbusse mit einer Fahrleistung von je 50 km pro Tag zu versorgen; dadurch lassen sich die Emissionen um ca. 1200 t CO₂ pro Jahr senken.

B-DASH: Demonstrationen statt allgemeiner Förderung

Das Programm B-DASH (Breakthrough by Dynamic Approach in Sewage High Technology) wurde vom MLIT im Haushaltsjahr 2011 gestartet, und das Institut NILIM ist seine ausführende Stelle. Laut NILIM wurden im Haushaltsjahr 2011 zwei Technologien zur Biogasrückgewinnung ausgewählt: (1) ein Energiemanagementsystem mit intensiver Fest-Flüssig-Trennung, das in einer hybriden Brennstoffzelle aus dem Biogas von Rohschlamm Strom erzeugt; (2) ein System zur Erzeugung erneuerbarer Energie für Kraftstoffe, bei dem die Biogasausbeute aus lokalen Quellen (z. B. Lebensmittelabfällen) erhöht, ein Fermenter aus Stahl beheizt und das Biogas in einer Paketanlage aufbereitet wird. NILIM erstellte Leitlinien zur Einführung dieser Technologien für Kommunen und Betreiber; sie wurden am 2. August 2013 im Tokyo Big Sight vorgestellt.

Schlussfolgerungen für Polen

Die japanischen Erfahrungen zeigen: (1) Selbst in einem technologisch hoch entwickelten Land ging ein erheblicher Teil des Biogases aus Klärschlamm (2004: 30%) in die Beheizung des Fermenters, und 28% wurden nicht genutzt – das ist ein Potenzial zur Effizienzsteigerung; (2) Demonstrationsprogramme wie B-DASH erleichtern die Verbreitung von Aufbereitungs- und Kraft-Wärme-Kopplungs-Technologien; (3) Daten zur tatsächlichen Biogasnutzung müssen regelmäßig erhoben werden – andernfalls stützt sich die Diskussion über das Potenzial auf Schätzungen von vor Jahren. Die im Beitrag angeführten Daten stammen aus dem Haushaltsjahr 2004 und beschreiben daher nicht den heutigen Stand.