Müllverbrennung

Grundprinzip und Bedeutung

Müllverbrennung, auch Abfallverbrennung oder thermische Abfallbehandlung beziehungsweise -verwertung genannt, ist die Verbrennung der atmosphärisch brennbaren Anteile von Abfall. Ziele sind die Verringerung des Abfallvolumens, die Nutzung der enthaltenen Energie und die Verdichtung der verbleibenden Restmenge zur weiteren Verwertung oder Deponierung. In der Schweiz werden die Anlagen Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA) genannt.

Müllverbrennungsanlagen (MVA) behandeln vor allem Restmüll. Nicht brennbare Abfälle wie Bauschutt, Glas und Kleinschrott sowie getrennt gesammelte Stoffe wie Papier, Verpackungen, Elektronikschrott und Kleidung gelangen normalerweise nicht in die Verbrennung. Sonderabfälle werden wegen ihres Gefahrenpotenzials in speziell dafür ausgelegten Sondermüllverbrennungsanlagen behandelt.

Nach der Anlieferung wird der Restmüll häufig konditioniert. Das bedeutet, dass Abfälle aus verschiedenen Quellen vermischt und bei Bedarf Ersatzbrennstoffe, etwa nicht recycelbare Kunststofffolien oder geschredderte Holzteile, zugesetzt werden, um einen gleichmäßigeren Brennwert zu erreichen. Der Müll wird zunächst in einem Müllbunker zwischengelagert und homogenisiert.

Weltweit werden jährlich etwa 255 Millionen Tonnen Abfall in ungefähr 2.200 Anlagen verbrannt. Der Wassergehalt des Abfalls beträgt in Deutschland wegen der nahezu flächendeckenden Bioabfallsammlung höchstens 30 %, üblich sind 25 %. In Teilen Asiens liegt er deutlich höher. In Deutschland hat sich die Menge der verbrannten Abfälle seit 2000 vervierfacht. 2011 wurden 19,7 Millionen Tonnen thermisch verwertet; davon dienten zwei Drittel der Energieerzeugung.

Aufbau und technische Verfahren

Eine herkömmliche Anlage besteht aus mehreren Bereichen:

• Eine Brückenwaage ermittelt das Abfallgewicht durch Wiegungen bei Ein- und Ausgang.
• In der Müllentladehalle wird der Abfall abgekippt. Sperrmüll kann vorher zerkleinert werden.
• Der Müllbunker dient der Zwischenlagerung und Homogenisierung.
• Ein Greifkran befördert den Müll in den Aufgabetrichter der Feuerung.
• In der Feuerung verbrennt der Abfall. Ein Entschlacker führt die entstehende Schlacke in den Schlackebunker.
• Ein Dampferzeuger nutzt die heißen Rauchgase zur Dampferzeugung. Der Dampf kann über Turbine und Generator Strom erzeugen oder als Fernwärme beziehungsweise Prozesswärme dienen.
• Die Rauchgasreinigung umfasst Entstickung, Staubabscheidung sowie chemische, adsorptive und/oder katalytische Reinigung. Eingesetzt werden unter anderem SCR oder SNCR, Oberflächen- und Elektrofilter sowie Kalkverbindungen und Aktivkohle.
• Schornstein, Flugaschen- und Abwasserbehandlung sowie Neben- und Hilfssysteme vervollständigen die Anlage.

Die häufigste Technik ist die Rostfeuerung. Dabei ist keine Aufbereitung des angelieferten Restmülls erforderlich. Der Müll wird dosiert auf einen Rost gegeben und durchläuft dort Trocknung, Entgasung, Verbrennung und Restausbrand. Bei Temperaturen über 100 °C verdampft zunächst Wasser. Zwischen 250 und 900 °C findet die Entgasung statt. Die anschließende Verbrennung läuft zunächst unterstöchiometrisch, also mit unvollständiger Verbrennung, bei 800–1150 °C ab. Primärluft unterhalb des Rostes steuert den Ausbrand bei möglichst geringer Stickoxidbildung; Sekundärluft oberhalb des Rostes ermöglicht die Nachverbrennung von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen.

Nach der letzten Verbrennungsluftzufuhr müssen die Rauchgase nach der 17. BImSchV mindestens 850 °C für mindestens zwei Sekunden erreichen. Dadurch sollen Dioxine und andere toxische Verbindungen zerstört werden. Die Rauchgase geben ihre Wärme anschließend an den Dampfkessel ab. Bei der späteren Abkühlung können aus Restpartikeln jedoch erneut Schadstoffe entstehen, weshalb eine aufwendige Filtertechnik erforderlich ist. Stützbrenner werden nur selten beim Anfahren oder bei sehr niedrigem Müllheizwert eingesetzt.

Die Wirbelschichtfeuerung wird üblicherweise bei Klärschlamm und zunehmend bei Ersatzbrennstoffen verwendet. Haus- und Gewerbemüll muss dafür vorsortiert und zerkleinert werden; die Stückgröße ist auf etwa 250 mm begrenzt, teilweise auch größer. Metalle und Steine müssen weitgehend entfernt werden. In einem Wirbelbett aus Brennstoff, Asche und Sand sorgt von unten eingeblasene Luft für eine gute Durchmischung. Bei 800–900 °C verbrennt der Brennstoff gleichmäßig; dadurch entstehen relativ wenig Stickoxide und weniger Kohlenmonoxid. Es gibt stationäre und zirkulierende Wirbelschichten.

Pyrolyse bezeichnet technisch die Schritte Trocknung bis Entgasung. Bei Pyrolyse- und Vergasungsanlagen werden die entstehenden Gase anderen technischen Prozessen zugeführt; ein Restausbrand erfolgt dort nicht immer. Deshalb handelt es sich genau genommen nicht in jedem Fall um Müllverbrennungsanlagen. Großtechnisch spielen diese Verfahren bislang nur eine untergeordnete Rolle.

Sonderabfälle werden in Drehrohröfen verbrannt. Der schräg liegende, langsam rotierende Zylinder ist bis zu 12 m lang und hat einen Durchmesser von vier bis fünf Metern. Eine feuerfeste Auskleidung ermöglicht 1000–1300 °C. Bei gefährlichen halogenorganischen Abfällen ist eine Mindesttemperatur von 1100 °C einzuhalten. Feststoffe, Schlämme und Fässer bis 200 Liter können verbrannt werden. Die Beheizung erfolgt idealerweise mit Lösemittelabfällen mit mindestens 20 MJ/kg.

Energiegewinnung und Rückstände

Nicht vorbehandelter Siedlungsabfall hat in Deutschland einen unteren Heizwert von 9–11 MJ/kg. Eine klassische Anlage kann daraus unter Berücksichtigung der Wirkungsgrade ungefähr 1,3 MJ beziehungsweise 0,36 kWh elektrische Energie pro Kilogramm feuchtem Abfall erzeugen. Die Energie kann als Strom oder thermisch, zum Beispiel als Fernwärme, genutzt werden.

Eine selbstgängige Verbrennung ohne Zusatzfeuerung ist trotz der Entnahme stofflich wiederverwertbarer Bestandteile möglich. Als Grenze für die energetische Verwertung von Abfallstoffen wird im Artikel 11 MJ/kg genannt. Eine Mechanisch-Biologische Vorbehandlung (MBV) kann heizwertarme, feuchte organische Abfälle sowie Inertstoffe abtrennen. Dadurch steigt der Heizwert der verbleibenden Restabfälle.

Die gesamte im Müll enthaltene Energie lässt sich niemals nutzen. Gründe sind der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, Wärmeverluste in Feuerung und Kessel sowie der Eigenbedarf der Anlage. Daher wird nur ein Teil der Energie zurückgewonnen, die ursprünglich in den Rohstoffen der Produkte steckte.

Etwa 30 % der verbrannten Abfallmenge bleiben als feste Rückstände zurück. Dazu gehören Schlacken, Aschen, Kessel- und Filterstäube sowie Rückstände aus Rauchgas- und Abwasserreinigung. Schlacke bildet den größten Anteil. In Deutschland entstanden 2002 etwa 3,4 Millionen Tonnen Schlacke; nach der Aufbereitung blieben 2,9 Millionen Tonnen übrig. Schlacke wird deponiert, zum Auffüllen stillgelegter Bergwerke oder als Baustoff für Dämme und Straßen verwendet. Dabei werden Eisenschrott und Nichteisenmetalle aussortiert und Gips gewonnen.

Filterstäube und getrocknete Rückstände der chemischen Rauchgasreinigung werden in Deutschland fast ausschließlich in Salzbergwerken eingelagert. Verbrennungsschlacken werden teilweise deponiert, häufiger aber als Füllmaterial in Salzstöcken oder im Straßenbau eingesetzt und zuvor einem Eluat-Test auf bestimmte Schadstoffe unterzogen. In Österreich fielen 2003 aus der Verbrennung von Siedlungsabfällen rund 190.000 t/Jahr Grobasche und 88.000 t/Jahr Flugasche an. Für 2010 wurden etwa 314.000 t/Jahr Grobasche und 170.000 t/Jahr Flugasche erwartet. In der Schweiz wird Schlacke unter Tage gelagert; Filterstäube, Schlämme und Aschen werden nach Deutschland exportiert.

Ökologische und rechtliche Aspekte

Die Zusammensetzung von Rauchgas und Asche schwankt, weil nicht jederzeit bekannt ist, welche Abfallstoffe in welchen Mengen verbrannt werden. Neben Kohlendioxid und Wasser entstehen unter anderem Kohlenmonoxid, Schwefeloxide, Stickoxide, Salzsäure, Flusssäure, Quecksilber und schwermetallhaltige Stäube. In sehr geringen Konzentrationen können polychlorierte Dibenzodioxine und Dibenzofurane entstehen.

Die genaue Zahl und Vielfalt der entstehenden und freigesetzten Schadstoffe ist nicht bekannt. Grenzwerte bestehen nur für 40 bekannte luftgetragene Schadstoffe. Die Bewertung einzelner Verbindungen im Spurenbereich ist wegen der Vielzahl vorhandener Stoffe schwierig. Zur Dioxinmessung wurde ein möglicher systematischer Fehler diskutiert; dem wurde entgegnet, dass Rauchgasproben einschließlich der Partikel untersucht werden. Das Bundesumweltministerium teilte 2005 mit, dass der Anteil der Müllverbrennungsanlagen an den Dioxinemissionen von einem Drittel im Jahr 1990 auf weniger als 1 % im Jahr 2000 gesunken sei; diese Einschätzung wurde kritisiert.

Die thermische Behandlung verringert die für Deponien erforderliche Fläche und das Volumen. In Deutschland ist seit dem 1. Juni 2005 die Ablagerung unbehandelter Abfälle verboten. Hausmüll darf erst nach der Verbrennung als Asche oder Schlacke deponiert werden. Die EU-Richtlinie 1999/31/EC begrenzt den Anteil biologisch abbaubarer Komponenten in Deponien auf 3 %. Thermisch behandelte Rückstände mit weniger als 3 % Kohlenstoff lassen sich meist problemlos deponieren.

Nach der EU-Abfallrahmenrichtlinie entscheidet die Energieeffizienz darüber, ob ein Verfahren als energetische Verwertung oder als Beseitigung gilt. Die Abfallhierarchie gibt der Verwertung Vorrang vor der Beseitigung. In Deutschland gelten das Bundes-Immissionsschutzgesetz und die darauf beruhenden Verordnungen. Die 17. BImSchV verschärfte 1990 die Emissionsanforderungen und schreibt besondere Anforderungen an Feuerung und Grenzwerte vor. Emissionen müssen kontinuierlich überwacht, Messergebnisse online an Behörden übermittelt und jährlich veröffentlicht werden. Die Gleichbehandlung von Abfallverbrennungs- und Mitverbrennungsanlagen sowie deren Vor- und Nachteile werden kontrovers diskutiert.

Regionale Entwicklung und Alternativen

Die erste deutsche Müllverbrennungsanlage wurde ab 1893 am Hamburger Bullerdeich errichtet, 1894 begann der Probebetrieb und 1896 der reguläre Betrieb. Im Artikel wird außerdem 1895 als Jahresangabe in einer Bildunterschrift genannt. Die erste Münchner Anlage entstand um die Jahrhundertwende, die erste Berliner Anlage 1921. Bis 1998 wurden in Deutschland 53 Anlagen errichtet, bis 2003 waren es 61. Eine Planung sah damals insgesamt 76 Anlagen vor; eine Liste des Umweltbundesamtes nannte im April 2016 68 deutsche MVAs, die überwiegend Siedlungsabfälle verbrannten. Nach dem Verbot unbehandelter Deponierung entstanden auch Anlagen für gemischte Gewerbeabfälle. Später führten sinkende Entsorgungspreise zu sichtbaren Überkapazitäten. Eine Prognos-Studie von 2009 im Auftrag des NABU warnte vor Gefahren für das stoffliche Recycling und nannte einen Importüberschuss von zwei Millionen Tonnen Abfall.

In der Schweiz gibt es 29 Kehrichtverbrennungsanlagen. Seit 2000 darf Siedlungsabfall dort nicht mehr deponiert werden, sondern muss verbrannt werden. Jährlich fallen 5,5 Millionen Tonnen an, entsprechend 709 kg pro Person; die Hälfte wird recycelt. In Giubiasco im Kanton Tessin wurde eine zuvor fehlende Anlage 2009 in Betrieb genommen. In Wien gibt es 2025 vier große Anlagen: Flötzersteig (1964), Spittelau (1971), Pfaffenau (2008) und Simmeringer Haide (1980), eine Klärschlamm- und Sondermüllverbrennungsanlage. Die Wiener Werke erzeugen jährlich etwa 116 GWh Strom und 1.220 GWh Fernwärme und verbrennen 550.000 t Hausmüll, 180.000 t Klärschlamm und 90.000 t Sondermüll. Dabei entstehen 190.000 t Asche, Schlacke, Schrott und Filterkuchen. In Südtirol ist die Anlage in Bozen die einzige Müllverbrennungsanlage; eine größere Anlage wurde im Juli 2013 in Betrieb genommen und erzeugt Energie und Fernwärme für bis zu 20.000 Haushalte.

Vorrangige Alternativen sind Abfallvermeidung und getrennte Sammlung, damit Abfälle wiederverwendet oder recycelt werden können. Sortenreine Abfälle ermöglichen neue Produkte. Bei gemischten Kunststoffen kommt es häufig zu Downcycling oder zu Materialrecycling nach technischer Aufbereitung. Nicht recyclingfähige Abfälle sollten möglichst bereits bei der Produktion vermieden werden. Weitere zugelassene Alternativen sind kalte Abfallbehandlungstechnologien. Die Konvention von London (1972), OSPAR und das Bamako-Übereinkommen verbieten Müllverbrennung auf hoher See und in Küstengewässern.