Einsatz von Multiblend JET A-1 in der Praxis - Kurzstudie zu Möglichkeiten und Grenzen der thermo-chemischen Nutzung von Abfall zur ...

DEMO-SPK wird finanziert durch
 Forschungs- und Demonstrationsvorhaben
 zum Einsatz von erneuerbarem Kerosin am
 Flughafen Leipzig / Halle (DEMO-SPK)

 www.mks-dialog.de

Einsatz von Multiblend JET A-1
in der Praxis
Kurzstudie zu Möglichkeiten und Grenzen der
thermo-chemischen Nutzung von Abfall zur
Kerosinherstellung
Autoren
Anat Schanung (TUHH), Nils Bullerdiek (TUHH), Ulf Neuling (TUHH), Martin Kaltschmitt (TUHH), Florian
Keller (TUBAF), Alexander Laugwitz (TUBAF), Bernd Meyer (TUBAF), Ludwig Georg Seidl (TUBAF), Patricio
Edmundo Mamani Soliz (TUBAF), Franziska Müller-Langer (DBFZ)

Projektpartner und Kontaktmöglichkeiten

 DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum Dr.-Ing. Franziska Müller-Langer
 gemeinnützige GmbH +49 341 24 34-423
 Torgauer Straße 116 franziska.mueller-langer@dbfz.de
 04347 Leipzig

 Technische Universität Prof. Dr.-Ing. Bernd Meyer
 Bergakademie Freiberg +49 3731 39-4511
 Institut für Energieverfahrenstechnik bernd.meyer@iec.tu-freiberg.de
 und Chemieingenieurwesen
 Fuchsmühlenweg 9, Haus 1
 09599 Freiberg

 Technische Universität Hamburg Dr.-Ing. Ulf Neuling
 Institut für Umwelttechnik und +49 40 42 878-4391
 Energiewirtschaft ulf.neuling@tuhh.de
 Eißendorfer Straße 40 (N)
 21073 Hamburg

Auftraggeber
Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur

Zitation
Schanung A., Bullerdiek N., Neuling U., Kaltschmitt M., Keller F., Laugwitz A., Meyer B., Seidl G.L., Soliz P.E.M.,
Müller-Langer F. (2020): Einsatz von Multiblend-JET-A-1 in der Praxis. Kurzstudie zu Möglichkeiten und Gren-
zen der thermo-chemischen Nutzung von Abfall zur Kerosinherstellung. DBFZ Deutsches Biomasseforschungs-
zentrum gemeinnützige GmbH, Leipzig.

Stand: 06 / 2020

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis
Kurzzusammenfassung _____________________________________________________________________________ 1

1 Hintergrund und Motivation _____________________________________________________________________ 4

2 Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung _______________________________________ 5
 Abfallfraktionen als verwertbarer Stoffstrom __________________________________________________ 5
 Definition der Abfallfaktionen im deutschen Entsorgungssystem __________________________ 5
 Bisherige und absehbare Entwicklung des Anfalls von Abfallfraktionen _____________________ 7
 Bisherige und absehbare Entwicklung der Entsorgung und Abfallverwertung _______________ 10
 Analyse sich möglicherweise ändernden Abfallverwertungswege und daraus resultierender
 Substitutionseffekte_____________________________________________________________ 12
 Eigenschaften und Potenziale ausgewählter Abfallfraktionen/-Stoffströme für die Kerosinherstellung ___ 14

3 Erforderliche Rahmenbedingungen für abfallbasiertes Kerosin _________________________________________ 18
 Vermarktbarkeit und Einsatzfähigkeit von Kraftstoffen aus Abfall _________________________________ 18
 Anrechnung von Kraftstoffen aus Abfall im Kontext des Emissionshandels __________________________ 19
 Derzeitigen Erfassung von Klimagasen aus der Abfallverwertung _________________________ 19
 Anrechnung erneuerbarer Flugkraftstoffe im EU ETS __________________________________ 20
 Einordnung Abfallbasierter Kraftstoffe im Rahmen RED II _______________________________ 21
 Exkurs | SAF-Anrechnung CORSIA __________________________________________________ 22
 Ableitung von Handlungsbedarfen zum Einsatz von Kerosin aus Abfall _____________________________ 24
4 Technische Machbarkeit für abfallbasiertes Kerosin__________________________________________________ 25
 Kurzdarstellung Stand der Technik __________________________________________________________ 25
 Systemperspektive – Kohlenstoffkreisläufe __________________________________________ 25
 Prozessperspektive – Waste-to-X-Prozesse __________________________________________ 25
 Thermo-chemische Wandlung ____________________________________________________ 26
 Stand Synthesegaserzeugung _____________________________________________________ 28
 Gasreinigung/-Konditionierung ____________________________________________________ 33
 Synthesen _____________________________________________________________________ 34
 Synergien durch Sektorkopplung __________________________________________________ 37
 Vorschlag geeigneter Gesamtketten und Analyse der technischen Effizienz _________________________ 38
 Referenztechnologien und Prozesskettenmodellierung des WynFuels-Konzepts ____________ 38
 Ergebnisse der Prozesskettenmodellierung des WynFuels-Konzepts ______________________ 40
 Vergleich mit Referenzkonzepten __________________________________________________ 45
 Bewertung der technischen Machbarkeit ____________________________________________________ 45

5 Abschätzung erwarteter THG-Minderungen und Kerosingestehungskosten _______________________________ 47
 Abschätzung erwarteter THG-Minderungspotenziale ___________________________________________ 47
 Abschätzung Gestehungskosten für Kerosin aus Abfall __________________________________________ 51
 Gesamteinschätzung THG und Kosten _______________________________________________________ 56
 Exkurs | Theoretisches CO2-Reduktionspotenzial im Verkehr ____________________________________ 57

6 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen ___________________________________________________ 59

7 Referenzverzeichnis ___________________________________________________________________________ 62

IV

Abbildungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis
Abb. 1 Bisherige Entwicklung der Abfallfraktionen [Umweltbundesamt, 2018; Umweltbundesamt, 2019a] _____ 8

Abb. 2 Entwicklung der Importe und Exporte für Restmüll und Altholz (* grenzüberschreitende Verbringung
 von zustimmungspflichtigen Abfällen , keine Unterteilung in Haus- / Gewerbe- / Industrieabfälle,
 nach Grundlage der europäischen Verordnung (EG) 1013/2006 über die Verbringung von Abfällen)
 [Umweltbundesamt, 2020] ________________________________________________________________ 9

Abb. 3 Abfallaufkommen für 2015 und prognostizierte Entwicklung bis 2030 in Mio. Mg (*Werte für 2014)
 [Umweltbundesamt, 2018] _______________________________________________________________ 10

Abb.4 Bisherige Verwertungsquote verschiedener Abfallfraktionen [Umweltbundesamt, 2019a] ____________ 11

Abb.5 Jahresgang des häuslichen Restmüllaufkommens [Stadtreinigung Hamburg] _______________________ 16

Abb. 6 Beispielhafte Erfassung der Emissionen entlang des Lebenszyklus eines Abfallstoffs (Darstellung
 TUHH) ________________________________________________________________________________ 20

Abb. 7 Kohlenstoffkreisläufe (Tillmann 2018) ______________________________________________________ 25

Abb. 8 Systematik Stoffwandlung (eigene Darstellung TUBAF) ________________________________________ 26

Abb. 9 Übersicht Kraftstoff-Syntheserouten (Darstellung von IEC-TUBAF) _______________________________ 34

Abb. 10 Vereinfachtes Fließbildeiner beispielhaften abfallbasierten Kerosinsynthese über die Methanolroute
 (TUBAF) ______________________________________________________________________________ 39

Abb. 11 Übersicht potenzieller THG-Emissionen unterschiedlicher abfallbasierter Kraftstoffe (Alkohole =
 Butanol, Ethanol und Methanol; Kohlenwasserstoffe = Benzin, Diesel, Kerosin oder ähnliche; DME =
 Dimethylether; MSW = Municipal Solid Waste; nach [Stichnothe & Azapagic, 2009; Zhang et al., 2010;
 Schmitt et al., 2012; Ebner et al., 2014; Aracil et al., 2017; Guerrero & Muñoz, 2018; Suresh et al.,
 2018; Meng et al., 2019; Meng & McKechnie, 2019; Papadaskalopoulou et al., 2019; Keller et al.,
 2020]) ________________________________________________________________________________ 47

Abb. 12 Darstellung der spezifischen Treibhausgas-Emissionen der untersuchten Prozesse in gCO2eq/MJKerosin
 für die Szenarien Netz (grauer Wasserstoff + Netzstrom) sowie Grün (grüner Wasserstoff +
 Windstrom) ___________________________________________________________________________ 50

Abb. 13 THG-Emissionen unterschiedlicher erneuerbarer Flugkraftstoffe im Vergleich zu Referenzwert fossiler
 Kraftstoffe der RED sowie der Mindestreduktion für nicht-biogenen Ursprungs (SAF: Sustainable
 Aviation Fuel, HEFA: Hydroprocessed Esters and Fatty Acids, PtL: Power-to-Liquids, Bio-GtL: Biogas-
 to-Liquids, BtL: Biomass-to-Liquids, AtJ:Alcohol-to-Jet , DSHC: Direct Sugars to Hydrocarbons, nach:
 [Schmidt et al; Jovanović, 2012; Staples et al., 2014; Jong et al., 2015; Dietrich et al., 2017; Jong et al.,
 2017; Bullerdiek et al., 2019; Neuling, U., Kaltschmitt, M., 2019; Pavlenko et al., 2019; Winther
 Mortensen et al., 2019]) _________________________________________________________________ 51

Abb. 14 Übersicht potenzieller Herstellungskosten unterschiedlicher abfallbasierter Kraftstoffe normalisiert
 auf das Jahr 2019 (Alkohole = Butanol, Ethanol und Methanol; Kohlenwasserstoffe = Benzin, Diesel,
 Kerosin oder ähnliche; DME = Dimethylether; MSW = Municipal Solid Waste; nach [Zhang et al.,
 2010; Iaquaniello et al., 2017; Safarian & Unnthorsson, 2018; Suresh et al., 2018, 2018; Pavlenko et
 al., 2019; Sens, L., Neuling, U., Kaltschmitt, M., 2019; Ashani et al., 2020; Brown et al., 2020; Intan
 Shafinas Muhammad & Rosentrater, 2020]) _________________________________________________ 52

Abb. 15 Aufteilung der Herstellungskosten in die einzelnen Kostenbestandteile Investitionsausgaben (CAPEX),
 Betriebskosten (OPEX) und Einnahmen für unterschiedliche Herstellungspfade (FTS: Fischer-Tropsch
 Synthese, AtJ: Alcohol-to-Jet, MeOH: Methanol-Synthese; nach a: [Suresh, 2016], b: [Brown et al.,
 2020], c: [Chiarasumran], d: [Fivga & Dimitriou, 2018]) ________________________________________ 53

 V

Abbildungsverzeichnis

Abb. 16 Herstellungskosten der flüssigen Kraftstoffe für die drei untersuchten Einsatzstoffe für die
 Prozessvariante mit Hydrocracker in €/L inkl. der spezifischen Anteile der Investitionsausgaben
 (CAPEX), Betriebsausgaben (OPEX) sowie Entsorgungserlöse ____________________________________ 55

Abb. 18 Herstellungskosten unterschiedlicher erneuerbarer Flugkraftstoffe normalisiert auf das Jahr 2019
 sowie die durchschnittliche Preisspanne für fossiles Jet A-1 (SAF: Sustainable Aviation Fuel, HEFA:
 Hydroprocessed Esters and Fatty Acids, PtL: Power-to-Liquids, Bio-GtL: Biogas-to-Liquids, BtL:
 Biomass-to-Liquids, AtJ:Alcohol-to-Jet , DSHC: Direct Sugars to Hydrocarbons, nach: : [Jovanović,
 2012; Jong et al., 2015; Sustainable Aviation Fuels Guide, Montréal (2017), 2017; Dietrich et al., 2017;
 Brynolf et al., 2018; Deutsch & Mayer, 2018; Hobohm et al., 2018; Bullerdiek et al., 2019; Neuling, U.,
 Kaltschmitt, M., 2019; Pavlenko et al., 2019; Winther Mortensen et al., 2019]) _____________________ 56

VI

Tabellenverzeichnis

Tabellenverzeichnis
Tabelle 1 Definition der unterschiedlichen Abfallfraktionen nach [Altholzverordnung – AltholzV; Europages;
 Gesellschaft für die Organisation der Entsorgung von Sonderabfällen mbH: Abfallkatalog für das
 landwirtschaftliche Gewerbe; HRG Heisterner Holz Recycling GmbH; Schmid, H.-G.: Holzrecycling &
 Biomasse Schmid GmbH; Stadt Hamburg; Stadt Hamburg; Stadtreinigung Hamburg;
 Umweltbundesamt; Umweltbundesamt; Verbraucherzentrale; Stratmann, 2018] ____________________ 5

Tabelle 2 Mengenpotenziale der drei analysierten Abfallfraktionen sowie den daraus theoretisch herstellbaren
 Kerosins im Vergleich zum Kerosinabsatz in Deutschland (DE Domestic: nur Inlandsflüge, DE Full
 Scope: Gesamtabsatz) ___________________________________________________________________ 15

Tabelle 3 Gegenüberstellung der Brennstofftechnischen Eigenschaften für Altholz, Ersatzbrennstoff (EBS) aus
 Restmüll sowie der Sortierreste von Leichtverpackungen (wf = wasserfrei) ________________________ 17

Tabelle 4 Qualitativer Vergleich thermo-chemischer Wandlungsprozesse (eigene Bewertung TUBAF) ___________ 27

Tabelle 5 Verfahrensübersicht Vergasungstechnologien zur Synthesegaserzeugung [GBB Gersham, Brickner &
 Bratton, Inc; Hrbek; Quicker et al; Whitty et al; Williams & Zhan; Bain, 2011; Bush, 2016; Waldheim,
 2018] ________________________________________________________________________________ 30

Tabelle 6 Verfahrensübersicht der Oligomerisierung von Olefinen [Lavrenov et al., 2016] ____________________ 35

Tabelle 7 Kurzübersicht laufende und frühere kommerzielle Vorhaben zur Vergasung von Abfällen mit
 Kraftstoffsynthese [Hrbek;Hrbek;Hrbek]. ____________________________________________________ 37

Tabelle 8 Referenztechnologien und Einordnung [Mawhood et al; Neuling & Kaltschmitt, 2018] _______________ 38

Tabelle 9 Ergebnisse der Prozesskettenmodellierung – OHNE Hydrocracking _______________________________ 41

Tabelle 10 Ergebnisse der Prozesskettenmodellierung – MIT Hydrocracking ________________________________ 42

Tabelle 11 Technologievergleich Kerosinherstellung ____________________________________________________ 43

Tabelle 12 Treibhausgas-Inventar der absoluten Emissionen der in Kapitel 4.2 untersuchten Prozesse in g CO2eq/h
 (umfasst nur die Kraftstoffsynthese, d. h. die Konversion) ______________________________________ 49

Tabelle 13 Spezifische Treibhausgas-Emissionen der untersuchten Prozesse mit Hydrocracker in gCO2eq/MJKerosin ___ 49

Tabelle 14 Rahmenannahmen zur Abschätzung der Herstellungskosten der untersuchten Prozessvarianten und
 Rohstoffe _____________________________________________________________________________ 54

 VII

Kurzzusammenfassung

Kurzzusammenfassung
Das Forschungs- und Demonstrationsvorhaben zum Einsatz von erneuerbarem Kerosin am Flughafen
Leipzig / Halle (kurz DEMO-SPK) wurde als Modellvorhaben der Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie (MKS) ini-
tiiert und durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) finanziert. Ungeachtet
der erfolgreichen Untersuchungen im Vorhaben DEMO-SPK bleibt die Tatsache, dass es für eine breite
Marktimplementierung von erneuerbaren Kerosinen des massiven Ausbaus an Produktionskapazitäten sowie
der Erweiterung von infrastrukturellen Gegebenheiten (z. B. zur Herstellung von Multiblend JET A-1) bedarf.
Nur dann wird es möglich sein, die identifizierten und am Beispiel DEMO-SPK verifizierten positiven Effekte in
Bezug auf Minderungspotenziale von Schadstoffemissionen und Treibhausgasen zu ermöglichen.
Im Kontext des notwendigen Ausbaus an Produktionskapazitäten für Kerosin wird zunehmend auch die Ver-
wertung von Abfall als Ausgangsstoff für die Produktion von Kraftstoffen diskutiert und ist seit vielen Jahren
Gegenstand der Forschung, Entwicklung und Demonstration. Bislang sind keine Produktionsanlagen im kom-
merziellen Maßstab verfügbar. Grund dafür sind nicht nur technische Herausforderungen, sondern auch viel-
fältige weitere Randbedingungen, die bisher eine Produktion zu wettbewerbsfähigen Kosten bzw. Treibhaus-
gasminderungskosten verhindern.
Die hier durchgeführte Kurzstudie zu den Möglichkeiten und Grenzen der thermo-chemischen Nutzung von
Abfall zur Herstellung von Kerosin für die Luftfahrt mit zunächst indikativem Charakter kommt zu folgenden
Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen.
Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung:

  Bisher wird ein Großteil des in Deutschland anfallenden Abfalls stofflich oder energetisch verwertet und
 steht somit nicht oder nur bedingt für eine Kraftstoffproduktion zur Verfügung. Allerdings schließt dies
 nur die bisher gesammelten und statisch erfassten Abfallmengen ein, darüber hinaus gibt es noch wei-
 tere, bisher nicht mobilisierte Abfallmengen, die in Zukunft potenziell zur Verfügung stehen könnten.
  Mit der Umstellung des Energiesystems auf erneuerbare Energien verändern sich auch die Rahmenbe-
 dingungen für die Abfallverwertung und letztendlich auch die Zusammensetzung der künftig anfallenden
 und zu behandelnden Abfälle. Zusätzlich ist zu erwarten, dass auf Grund der steigenden stofflichen Nut-
 zung im Sinne einer Kreislaufwirtschaft langfristig nur noch stofflich nicht verwertbare Abfallfraktionen
 für eine energetische Nutzung verbleiben. Dies wird aller Voraussicht nach ebenfalls Veränderungen der
 Abfallverwertungswege mit sich bringen.
  Für die Kraftstoffherstellung erscheinen insbesondere die Abfallfraktionen Altholz, Ersatzbrennstoffe
 (EBS) und die Sortierreste der Leichtverpackung vielversprechend. Würde theoretisch das gesamte Ab-
 fallaufkommen dieser Fraktionen zur Kerosinherstellung genutzt und entsprechend der geltenden ASTM-
 Norm bis zu 50% (v/v) mit fossilem JET A-1 gemischt, könnten je nach Abfallfraktion ca. 7 bis 20% des
 Bedarfs des gesamten derzeitigen deutschen Flugverkehrs substituiert werden. Für alle drei Abfallfrakti-
 onen ergibt sich ein kumuliertes Substitutionspotenzial von ca. 44%, das jedoch nur verfügbar ist, wenn
 die gesamte Abfallmenge zur Kerosinproduktion eingesetzt werden würde. Analog zu den anderen er-
 neuerbaren Kerosinoptionen bedarf es auch für die abfallbasierten Routen eines entsprechenden Anrei-
 zes, diese Abfallfraktionen zur Kraftstoffherstellung einzusetzen, da dies aller Voraussicht nach nicht
 durch rein wirtschaftliche oder markt-basierte Prozesse erfolgen wird.

 1

Kurzzusammenfassung

Erforderliche Rahmenbedingungen für abfallbasiertes Kerosin:

  Damit abfallbasiertes Kerosin anrechenbar ist, muss es – wie andere erneuerbare Kraftstoffe auch – per
 Zertifikat nachzuweisenden Nachhaltigkeitskriterien genügen. Durch die noch zu konkretisierende An-
 rechnungsmethodik für abfallbasierte Kraftstoffe (recycled carbon fuels, RCF) in der RED II besteht der-
 zeit eine große Unsicherheit für eine sachgerechte Bewertung. Hier bedarf es einer Definition von RCF
 und die dazugehörigen Nachhaltigkeitsanforderungen (z. B. hinsichtlich der einsetzbaren Abfallfraktio-
 nen) sowie Berechnungsvorschriften (z. B. Anrechnung fossiler Anteile in Mischfraktionen); selbige sollen
 seitens der EC bis 01/2021 vorliegen. Außerdem müssen die daraus resultierenden Anforderungen sowie
 die neuen Anforderungen der RED II in nationale Regelungen überführt werden, wobei auch besondere
 Anreize für den Einsatz abfallbasierter Kraftstoffe implementiert werden können (z. B. Anrechenbarkeit
 RCFs auf nationale Quotenerfüllung).

  Um die Nutzung abfallbasierter Flugkraftstoffe und SAF insgesamt zu fördern bzw. sicherzustellen, sollte
 eine verbindliche SAF-Quote für den Luftverkehr etabliert werden. Hierbei ist eine gesamteuropäische
 Lösung zu bevorzugen. Alternativ dazu könnte eine derartige Quote, dem Beispiel anderer europäischer
 Länder folgend (z. B. 0,5% Beimischung in Norwegen ab 2020, Erhöhung auf 30% bis 2030), zunächst auf
 nationaler Ebene (für alle Flüge oder nur nationale Flüge) umgesetzt werden.
Technische Machbarkeit für abfallbasiertes Kerosin:

  Die technische Machbarkeit für Verfahren, die die thermo-chemische Vergasung und Synthese zur Her-
 stellung von Kerosin beinhalten, wird als hoch eingeschätzt mit Verweis auf die Kraftstoffherstellung aus
 fossilen Einsatzstoffen (insbes. Erdgas und Kohle). Für den Einsatz von Abfall gibt es bisher keine in der
 Gesamtheit pilotierten bzw. im kommerziellen Umfang demonstrierten Vorhaben. Bisher sind lediglich
 die Teilschritte (Abfallaufbereitung, Abfallvergasung, Rohgasreinigung, Methanolsynthese, Kraftstoffsyn-
 these) im Demonstrations- oder kommerziellen Maßstab verfügbar.
  Vertiefte Untersuchungen geeigneter Gesamtketten für die Herstellung von abfallbasiertem Kerosin wur-
 den beispielhaft für das WynFuels-Konzept der TUBAF durchgeführt. Unterstellt wurde eine Anlagen-
 größe von 600 000 t/a Altholz, Ersatzbrennstoffe und Sortierreste, die jeweils über die bislang nicht
 ASTM-zertifizierte Methanolroute zu Kerosin (ca. 160 000 t/a aus Sortierresten, ca. 130 000 t/a aus Alt-
 holz und ca. 100 000 t/a aus Ersatzbrennstoffen) verarbeitet werden.
  Herstellungsrouten (synthesegasbasierte Kraftstofferzeugung) mit hoher erwartbarer Gesamtverfügbar-
 keit sind zu bevorzugen, da die Verfügbarkeit einen großen Einfluss auf die Produktgestehungskosten
 hat. Methanolbasierte Routen bieten durch die Entkopplung der robusten Methanolsynthese von der
 sensiblen Kraftstoffsynthese über das speicherbare Zwischenprodukt Methanol einen Vorteil gegenüber
 nicht-entkoppelten Routen, z.B. Fischer-Tropsch-Routen. Neben der Entkopplung bietet das CO2-redu-
 zierte Zwischenprodukt „grünes“ Methanol als Plattformchemikalie auch die Möglichkeit, flexibel auf die
 steigenden Marktanforderungen in anderen Bereichen der „grünen“ Chemie zu reagieren und unabhän-
 gig von der Kraftstoffproduktion Wertschöpfung zu generieren.
  Ungeachtet der konkreten technischen Konzepte bedarf es je nach jeweiligem technischen Entwicklungs-
 stand im nächsten Schritt des erfolgreichen Nachweises der Verschaltung, Integration und das Zusam-
 menwirken der gesamten Prozesskette im Demonstrationsmaßstab. Empfohlen wird dies als Technolo-
 gieplattformen für weiterführende Technologieentwicklungen und -optimierungen der Industrie
 auszurichten.

2

Kurzzusammenfassung

Abschätzung erwarteter Treibhausgas-(THG)-Minderungen und Kerosingestehungskosten:

  In der kursorischen Betrachtung der erwarteten THG-Minderungspotenziale für den Part der Konversion
 zeigt sich der große Einfluss der Anrechnung des fossilen Kohlenstoffanteils der betrachteten Abfallfrak-
 tionen. Wird entsprechend der RED-Methodik der fossile Anteil des Kohlenstoffes mitberücksichtigt, er-
 reichen lediglich die altholzbasierten Prozessvarianten eine potenzielle THG-Einsparung von über 70%
 gegenüber der fossilen Referenz. Beim Einsatz von EBS und den Sortierresten der Leichtverpackung kann
 hier im besten Fall eine Minderung von 45 % erzielt werden, wobei sich diese noch weiter reduzieren
 könnte, wenn der fossile Anteil auch bei der Berechnung der Emissionen für die Rohstoffbereitstellung
 beachtet werden müssen. Eine tatsächliche Überprüfung der Einhaltung der RED-Grenzwerte für eine
 potenzielle Anrechnung dieser Kraftstoffe kann allerdings erst erfolgen, sobald ein entsprechender De-
 legierter Rechtsakt erlassen wurde und eine Anrechnungsmethodik mit entsprechenden Nachhaltig-
 keitskriterien definiert wurde.
  Allen alternativen Kraftstoffoptionen gemein sind die vergleichsweise deutlich höheren Gestehungskos-
 ten gegenüber den fossilen Pedants (hier JET A-1). Unter den getroffenen Annahmen und den unterstell-
 ten Entsorgungserlösen für die Abnahme der Abfallstoffe ergeben sich in Relation zu anderen Herstel-
 lungsrouten für nachhaltige Flugkraftstoffe vergleichsweise geringe Kerosingestehungskosten, wobei
 sich diese zu ähnlichen Anteilen aus den Investitionsausgaben und den Betriebskosten zusammensetzen.
 Hierbei haben die unterstellten Entsorgungserlöse nur einen geringen Anteil an den Gesamtkosten, soll-
 ten diese jedoch wegfallen und evtl. sogar Kosten für die Bereitstellung anfallen, würden sich die Geste-
 hungskosten deutlich erhöhen. Allerdings liegen die Herstellungskosten von 1,20 bis 1,30 €/L bereits mit
 diesen Annahmen beim zwei bis dreifachen des Preises von herkömmlichem JET A-1 (durchschnittlicher
 Marktpreis ca. 0,50 €/L).
  Wird das gesamte Abfallpotenzial für die Kerosinherstellung genutzt, ergibt sich ein theoretisches CO2-
 Reduktionspotenzail von ca. 7 Mio. tCO2/a; dies stellt eine theoretische Obergrenze dar, deren Erschlie-
 ßung unter den bereits genannten und absehbaren Randbedingungen sehr unwahrscheinlich ist. Für die
 ab 2021 geltenden THG-Mindesteinsparungen der RED II von 70 % und einer nach derzeitiger Anrech-
 nung des Strombezuges realistischen Kraftstoffproduktion unter Nutzung von Netzstrom ergäbe sich ein
 CO2-Reduktionspotenzial von ca. 3,7 Mio. tCO2/a, da in diesem Fall lediglich Kerosin aus Altholz und ein
 geringer zusätzlicher Anteil Kerosin aus EBS eingesetzt werden könnten.

 3

Hintergrund und Motivation

1 Hintergrund und Motivation
Ungeachtet der erfolgreichen Untersuchungen im MKS-Modellvorhaben DEMO-SPK bleibt die Tatsache, dass
es neben den u. a. im Endbericht formulierten Empfehlungen für eine breite Marktimplementierung von er-
neuerbaren Kerosinen des massiven Ausbaus an Produktionskapazitäten sowie der Erweiterung von infra-
strukturellen Gegebenheiten (z. B. zur Herstellung von Multiblend JET A-1) bedarf. Nur dann wird es möglich
sein, die identifizierten und am Beispiel DEMO-SPK verifizierten positiven Effekte in Bezug auf Minderungs-
potenziale von Schadstoffemissionen und Treibhausgasen zu ermöglichen.
Im Kontext des notwendigen Ausbaus an Produktionskapazitäten für Kerosin wird zunehmend auch die Ver-
wertung von Abfall als Ausgangsstoff für die Produktion von Kraftstoffen diskutiert und ist seit vielen Jahren
Gegenstand der Forschung, Entwicklung und Demonstration. Dennoch sind bislang keine Produktionsanlagen
im kommerziellen Maßstab verfügbar. Grund dafür sind nicht nur technische Herausforderungen, sondern
auch vielfältige weitere Randbedingungen, die bisher eine Produktion zu wettbewerbsfähigen Kosten bzw.
Treibhausgasminderungskosten verhindern.
Das MKS-Modellvorhaben DEMO-SPK bietet die Möglichkeit eine Kurzstudie zu den Möglichkeiten und Gren-
zen der thermo-chemischen Nutzung von Abfall zur Herstellung von Kerosin für die Luftfahrt durchzuführen,
die zunächst indikativen Charakter hat.
Untersuchungsgegenstand sind vier Teilpakete, deren Ergebnisse nachfolgend dargestellt werden. Dabei ob-
liegt die federführende Bearbeitung der Kapitel 2, 3 und 5 der TUHH und des Kapitels 4 der TUBAF. DBFZ hat
die Kurzstudie als Projektkoordinator des Gesamtvorhabens DEMO-SPK koordiniert sowie in diesem Zusam-
menhang die Erstellung der Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen begleitet.

4

Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung

2 Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung

 Abfallfraktionen als verwertbarer Stoffstrom

Im folgenden Abschnitt erfolgt die Definition und Klassifizierung der Abfallfraktionen in Deutschland sowie
die Analyse des derzeitigen Abfallaufkommens und der daraus resultierenden Abfallbehandlung. Aufbauend
auf dieser Analyse erfolgt eine kurze Abschätzung zur potenziellen Entwicklung des Abfallaufkommens und
der damit einhergehenden Änderung der Abfallverwertungswege.

 Definition der Abfallfaktionen im deutschen Entsorgungssystem
Die Klassifizierung der Abfallfraktionen orientiert sich an den Abfallströmen, die derzeit im deutschen Ab-
fallentsorgungssystem erfasst werden. Sie beinhaltet die Fraktionen, die für Siedlungsabfälle sowie für Ge-
werbe- und Industrieabfälle (nach [Umweltbundesamt, 2019a]) sowie für verschiedene Altholzstoffströme
(nach [Umweltbundesamt, 2018]) erfasst werden.
In Tabelle 1 ist die sich daraus ergebende Klassifizierung der Abfallfraktionen (Spalte Fraktionen) sowie die
Definition der entsprechenden Fraktionen dargestellt. Hierzu sind für jede Abfallfraktion die üblichen Sam-
melorte sowie die Zusammensetzung / die unterschiedlichen Bestandteile der einzelnen Fraktionen aufgelis-
tet. Dabei handelt es sich um eine fachliche Definition; d. h. es ist ein Idealzustand darstellt. Somit spiegelt
die Tabelle insbesondere die (hauptsächliche) Zusammensetzung die Abfälle wieder, die theoretisch auf die-
sem Weg entsorgt werden sollen; dies inkludiert keine sogenannten Fehlwürfe (d. h. eine Entsorgung des
Abfalls in eine nicht dafür bestimmte Abfallsammlung). Damit spiegelt dies nicht zwingend die tatsächliche
(reale) Zusammensetzung der Fraktionen wider.
Gerade im Hausmüll treten häufig Fehlwürfe auf (d.h. auch andere Abfallfraktionen landen zu einem bestimm-
ten Anteil im Hausmüll); dies gilt insbesondere für Papier / Pappe / Kartonage (21,5% in 2011), Organik (18,9%
in 2011), Kunststoff (15,6% in 2011) und Gartenabfälle / Grünschnitt (12% in 2011) [Umweltbundesamt,
2019b].

Tabelle 1 Definition der unterschiedlichen Abfallfraktionen nach [Altholzverordnung – AltholzV; Europages; Gesellschaft für die
 Organisation der Entsorgung von Sonderabfällen mbH: Abfallkatalog für das landwirtschaftliche Gewerbe; HRG Heis-
 terner Holz Recycling GmbH; Schmid, H.-G.: Holzrecycling & Biomasse Schmid GmbH; Stadt Hamburg; Stadt Ham-
 burg; Stadtreinigung Hamburg; Umweltbundesamt; Umweltbundesamt; Verbraucherzentrale; Stratmann, 2018]
Fraktionen Übliche Sammelorte (hauptsächliche) Zusammenset-
 zung
Hausmüll (hier: Restmüll), haus- Restmülltonne z. B. Asche, Tierkot- und streu, ver-
müllähnliche Gewerbeabfälle schmutze / imprägnierte / be-
gemeinsam schichtete Papiere, Thermopa-
 piere, Hygieneartikel und Windeln,
 Staubsauerbeutel, defekte Glüh-
 birnen, angetrocknete Filzstifte, Zi-
 garettenkippen, alte Fotos, zerbro-
 chene Porzellane oder Glas
Glas Glascontainer Einwegglasflaschen oder –gläser
 (wird getrennt gesammelt: Grün-,
 Braun-, Weißglas)
Papier, Pappe, Kartonage Papiertonne z. B. Zeitungen, Zeitschriften,
 Schreibpapier, Verpackungen aus
 Pappe, Geschenkpapier
Leichtverpackungen, Kunst- Leichtverpackungen im gelben Sack / in Gelber Sack / gelbe Tonne*: Verpa-
stoffe der gelben Tonne ckungen aus Kunststoff, Weiß-
 Leichtverpackungen / Kunststoffe in der blech, Aluminium, Verbundverpa-
 Wertstofftonne ckungen (Getränkekartons),

 5

Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung

Fraktionen Übliche Sammelorte (hauptsächliche) Zusammenset-
 zung
 Pfandsystem Serviceverpackungen (Brötchentü-
 ten, Coffee to-go Becher, Styropor-
 box von take-away Essen)
 Wertstofftonne: siehe gelber Sack
 / gelbe Tonne, ferner stoffgleiche
 Nichtverpackungen (z. B. alte
 Zahnbürsten, Rührschüsseln aus
 Plastik, Kochtöpfe), je nach Stadt
 noch Altholz, Elektrogeräte
 Pfandsystem: Einweggetränkever-
 packungen zum Recyceln, Mehr-
 weggetränkeverpackungen zur
 Wiederverwendung, bis sie vom
 Abfüller aussortiert werden
Elektrische und elektronische Bei kommunalen Sammelstellen oder beim Elektro(-nik) Altgeräte (z. B. Mobil-
Geräte Händler** telefone, defekte Toaster, Bügelei-
 sen, Laptops), LED- und Leuchtstof-
 flampen
Sonstiges (Verbunde, Metalle, u.a. Sondermüll: Produkte mit schädli-
Textilien…) - Sondermüll, kommunale Sammelstellen, chen Inhaltsstoffen (Renovierungs-
 Handel abfälle, Reinigungsmittel, volle
 - Altkleidersammelstellen Spraydosen, Gartenchemikalien,
 - Korksammelstellen alles mit Gefahrensymbolen und
 - CD und DVD Quecksilber), im Handel alte Batte-
 rien, Akkus, Altöl
 Altkleidersammelstellen: alte Klei-
 dungsstücke
 Korksammelstellen: Weinhändler
 und Wertstoffhöfe sammeln z. B.
 alte Korken um sie zu recyceln, es
 werden z. B. biologische Dämm-
 stoffe und Bodenbeläge daraus ge-
 macht
Abfälle aus der Biotonne Biotonne / Kompost Alle zur Kompostierung geeigneten
 organischen Abfälle (z. B. Pflanzen-
 reste, Gartenabfälle, Obst- und Ge-
 müseabfälle, Kaffee- / Teefilter),
 teilweise unterscheiden sich die
 Bedingungen je nach Stadt; z. B.
 dürfen in manchen Städten Fleisch-
 , Fischreste und Frittierfett mit
 dazu, in anderen nicht
Altholz - Forstwirtschaft - Holzentsorgungsindustrie (bietet um- z. B. Knickholz, Forst
 fangreiche Dienstleistungen zur Sammlung
 / Erfassung / Weiterverarbeitung von Alt-
 holz)
 - Altholzbehandlungsanlagen
Altholz – Holzverarbeitungsin- - Holzentsorgungsindustrie (bietet um- z. B. Verschnitt, Abschnitte, Späne
dustrie fangreiche Dienstleistungen zur Sammlung von naturbelassenem und un-
 / Erfassung / Weiterverarbeitung von Alt- schädlichem Vollholz (AI, AII)
 holz)
 - Altholzbehandlungsanlagen
 - Wertstoffhof
Altholz – Verpackungsabfälle - Holzentsorgungsindustrie (bietet um- z. B. Paletten aus Vollholz (AI),
 fangreiche Dienstleistungen zur Sammlung Holzwerkstoffen (AII), mit Ver-
 / Erfassung / Weiterverarbeitung von Alt- bundmaterialien (AIII), Transport-
 holz) kisten (z. B. Obst-, Gemüsekisten)
 - Altholzbehandlungsanlagen und Verschläge aus Vollholz und
 - Wertstoffhof Holzwerkstoffen (AI, AII), Muniti-
 onskisten (AIV)

6

Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung

Fraktionen Übliche Sammelorte (hauptsächliche) Zusammenset-
 zung
Altholz – Bau- und Abbruchab- - Holzentsorgungsindustrie (bietet um- - Fraktionen von Bau- und Ab-
fälle fangreiche Dienstleistungen zur Sammlung bruchabfällen: u. a. Glas, Kunst-
 / Erfassung / Weiterverarbeitung von Alt- stoff, Metalle, einschließlich Legie-
 holz) rungen, Holz, Dämmmaterial,
 - Altholzbehandlungsanlagen Baustoffe auf Gipsbasis, Beton, Zie-
 - Wertstoffhof gel, Fliesen und Keramik, PPK [e]
 - Bezogen auf Holz: Baustellensor-
 timente (AI, AII), Altholz aus dem
 Abbruch und Rückbau (z. B. Dielen,
 Bretterschalungen, Türblätter von
 Innentüren, Deckenpaneele, Zier-
 balken, Bauspanplatten (AII), Kon-
 struktionshölzer für tragende Teile,
 Holzfachwerk und Dachsparren,
 Fenster, Außentüren, imprägnierte
 Bauhölzer aus dem Außenbereich
 (AIV), Dämm- und Schallschutzplat-
 ten, die mit Mitteln behandelt wur-
 den, die polychlorierte Biphenyle
 enthalten (Beseitigung)
Altholz – getrennt erfasstes Holz
aus Siedlungsabfällen
Altholz - Sperrmüll Gesonderte Abholung / Entsorgung, z. B. z. B. sperrige Abfälle, Möbelstücke,
 auf Recyclinghöfen Matratzen, Kühlschränke, große
 Elektrogeräte, Hausrat, der in
 keine Müllgefäße passt, Teppiche
Altholz - Holz in gemischten
Siedlungsabfällen
Grünabschnitt – Garten- und - auf Recyclinghöfen für Recyclinghöfe / den Laubsack:
Parkabfälle biologisch abbaubar - zu Hause im Laubsack Gartenabfälle, die nicht mehr in die
 Biotonne passen, Laubsäcke wer-
 den z. B. von der Stadtreinigung
 abgeholt oder werden ebenfalls zu
 Recyclinghöfen gebracht

Gewerbe- und Industrieabfälle – - getrennt vom Hausmüll in Wechselbehäl- siehe Abfallfraktionen für private
Hausmüllähnliche Gewerbeab- tern Haushalte
fälle getrennt vom Hausmüll an-
geliefert oder eingesammelt
Gewerbe und Industrieabfälle – - Entsorgungsindustrie bietet Möglichkei-
Biologische abbaubare Küchen- ten der Sammlung, Abholung und Weiter-
und Kantinenabfälle verarbeitung (z. B. braune Tonnen als Sam-
 melbehälter)

 Bisherige und absehbare Entwicklung des Anfalls von Abfallfraktionen
Für die Analyse der bisherigen und absehbaren Entwicklung des Abfallaufkommens werden die einzelnen Ab-
fallfraktionen an Hand der in Abschnitt 2.1.1 eingeführten Oberkategorien der einzelnen Abfallfraktionen dis-
kutiert. In Abb. 1 ist die bisherige Entwicklung der Abfallfraktionen Hausmüll, Abfälle aus der Biotonne, Alt-
holz, Garten- und Parkabfälle, hausmüllähnliche Gewerbeabfälle und biologisch abbaubare Küchen- und
Kantinenanfälle von 2000 bis 2017 dargestellt.1

1Altholz ausschließlich 2007, 2010 und 2017; Garten- und Parkabfälle ab 2002; biologisch abbaubare Küchen- und Kantinenanfälle ab
2006

 7

Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung

 20.000

 18.000

 16.000
 Abfallmenge in Tausend Mg

 14.000

 12.000

 10.000

 8.000

 6.000

 4.000

 2.000

 0
 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
 Hausmüll (hier: Restmüll), hausmüllähnliche Gewerbeabfälle gemeinsam
 Abfälle aus der Biotonne
 Altholz (Industrie- und Gebrauchtholz)
 Garten- und Parkabfälle biologisch abbaubar
 Hausmüllähnliche Gewerbeabfälle getrennt vom Hausmüll angeliefert oder eingesammelt
 Biologisch abbaubare Küchen- und Kantinenabfälle

Abb. 1 Bisherige Entwicklung der Abfallfraktionen [Umweltbundesamt, 2018; Umweltbundesamt, 2019a]

Demnach hat sich die angefallene Menge Hausmüll nach einem Rückgang von ca. 18 Mio. Mg im Jahr 2000
auf ungefähr 14 Mio. Mg im Jahr 2008 in den vergangenen Jahren nur noch wenig verändert. Diese Reduktion
lässt sich auf eine bessere Abfalltrennung zurückführen, da in dem selben Zeitraum das Aufkommen der ge-
trennt gesammelten Fraktionen – u. a. Glas, Papier, gemischte Verpackungen – von 13,5 Mio. Mg auf
19,0 Mio. Mg pro Jahr anstieg. Auch bei den Garten- und Parkabfällen ist auf Grund einer verstärkten Samm-
lung dieser Fraktion von 2002 bis ca. 2014 ein leichter Anstieg von ca. 4 Mio. Mg auf 6 Mio. Mg zu verzeich-
nen.
Dahingegen sind bei den anderen Abfallfraktionen ab 2002 nur noch geringer Veränderungen im Aufkommen
zu erkennen. So wird bei den Abfällen aus der Biotonne ein leichter Anstieg von ca. 3,8 Mio. Mg im Jahr 2000
auf ca. 4,5 Mio. Mg in 2017 deutlich, der auf eine Erweiterung der getrennten Bioabfallsortierung zurückge-
führt werden kann. Dieser Anstieg dürfe in der Anschlussfähigkeit der Bioabfalltonne begründet liegen, der
mittlerweile jedoch nahezu vollständig umgesetzt ist; deshalb ist hier perspektivisch nur ein geringes zusätz-
liches Wachstumspotenzial zu erwarten. Auch bei den biologisch abbaubaren Küchen- und Kantinenabfällen
ist eine leichte Zunahme zu erkennen, die an einer Steigerung des Trends zum Essen außer Haus liegen kann.
Allerdings ist das tatsächliche Potenzial im Vergleich zu den in den Abfallstatistiken erfassten Mengen ver-
mutlich deutlich größer, da diese Abfallmengen häufig von privatwirtschaftlichen Dienstleistern eingesam-
melt und weiterverarbeitet werden und diese somit nicht in die Statistik eingehen.
Neben diesen Entwicklungen kann auch für Altholz ein leichter Anstieg von ca. 10,0 Mio. Mg in 2007 auf ca.
11,2 Mio. Mg in 2015 verzeichnet werden. Allerdings kommt es hierbei zu nicht unerheblichen Doppelzählun-
gen durch Altholzmengen, die gehandelt und anschließend wieder der Abfallverwertung zugeführt werden.
Wird also eine Menge Altholz, die bereits in der Statistik erfasst ist, gehandelt und anschließend wieder einer

8

Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung

Verwertung (z. B. Recycling als Sperrholz) zugeführt, fließt diese Menge doppelt ein. Das tatsächlich verfüg-
bare Altholzaufkommen dürfte somit deutlich geringer sein.
Die in Abb. 1 dargestellten Abfallströme werden anschließend in unterschiedlichen Behandlungskaskaden
weiterverarbeitet. Eine wichtige Ressource, die durch die weitere Abfallbehandlung zur Verfügung gestellt
wird, ist der Sortierrest aus dem gelben Sack (sogenannte Sortierreste von Leichtverpackungen). Im Jahr 2015
fielen an derartigen Sortierresten ca. 4,5 Mio. Mg an. Dieser Sortierrest sowie andere Stoffe aus der Sortier-
anlage werden als Ersatzbrennstoff (EBS) u. a. zur Energieversorgung verbrannt. Im Jahr 2015 stand insgesamt
eine Menge von 7,9 Mio. Mg an Ersatzbrennstoff zur Verfügung. Zudem werden auch weitere Abfälle aus der
Abfallbehandlung eingesetzt, die nicht als Ersatzbrennstoff klassifiziert werden (z. B. Klärschlamm, Schredder-
leichtfraktion und tierische Nebenprodukte, jährliches Gesamtaufkommen ca. 2,2 Mio. Mg). [Umweltbundes-
amt, 2018]
Neben dem reinen Abfallaufkommen und dessen Behandlung in Deutschland erfolgt in einem gewissen Um-
fang auch Im- bzw. Export von Abfallströmen, wobei sich dieser im Wesentlichen auf die Nachbarstaaten und
hier auch i. Allg. auf die grenznahen Räume begrenzt. Die in den vergangenen Jahren grenzüberschreitend
transportierten Mengen an Restmüll (2009 bis 2018) und Altholz (2007, 2010, 2015) sind in Abb. 2 gegenüber-
gestellt. Die importierten Mengen Restmüll nahmen hierbei in den letzten Jahren (mit Ausnahme von 2017)
kontinuierlich zu, wobei die gleichzeitig exportierten Mengen im Mittel auf einem ähnlichen Niveau verblie-
ben. Da die deutschen Müllverwertungsanlagen (und hier primär die Müllverbrennungsanlagen) nicht voll
ausgelastet sind, erhöht der importierte Restmüll die Anlagenauslastung. Altholz wird in deutlich größeren
Mengen importiert; allerdings ist auf Grund der schlechten Datenlage kein tatsächlicher Trend über Zu- oder
Abnahme der Gesamtmengen zu erkennen. Dahingegen wird nur ein vergleichsweise geringer Anteil Altholz
exportiert.
 1000

 900

 800
 Abfallmenge in Tausend Mg

 700

 600

 500

 400

 300

 200

 100

 0
 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
 Import Restmüll* Export Restmüll* Import Altholz Export Altholz

Abb. 2 Entwicklung der Importe und Exporte für Restmüll und Altholz (* grenzüberschreitende Verbringung von zustim-
 mungspflichtigen Abfällen , keine Unterteilung in Haus- / Gewerbe- / Industrieabfälle, nach Grundlage der europäi-
 schen Verordnung (EG) 1013/2006 über die Verbringung von Abfällen) [Umweltbundesamt, 2020]

Die potenzielle Entwicklung des Abfallaufkommens für einen Teil der betrachteten Fraktionen zeigt Abb. 3.
Nach derzeitigen Prognosen wird das Gesamtabfallaufkommen (d. h. Abfälle, die in thermischen und biologi-
schen Verfahren energetisch verwertet werden) von ca. 48 Mio. Mg im Jahr 2015 auf etwa 57,7 Mio. Mg bis

 9

Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung

2030 steigen. Hierbei wird für Hausmüll aufgrund einer erweiterten Bioabfallsammlung ein Rückgang um
1,7 Mio. Mg auf ca. 12,6 Mio. Mg bis 2030 erwartet. Bei den Hausmüll-ähnlichen Gewerbeabfällen wird eine
Steigerung von 15 %, in Anlehnung an das wachsende Bruttoinlandsprodukt (BIP), erwartet. Für die Abfälle
aus der Biotonne ist entsprechend der Reduktion des allgemeinen Hausmülls ein zusätzliches Potenzial von
1,7 Mio. Mg/a wahrscheinlich. Die Verpackungsabfälle aus privaten Haushalten werden gleichlaufend zum
BIP um voraussichtlich 5 % bis 2030 ansteigen. Bei Holzabfällen wird unter Berücksichtigung des BIP und von
Effizienzsteigerungen von einer Zunahme der Abfallmenge von 20 % und bei Küchen- und Kantinenabfällen
von einer Mengensteigerung von 15 % ausgegangen.

 Küchen-/Kantinenabfälle Aufkommen 2015
 Aufkommen 2030

 Sonstige Kunststoffabfälle

 Verpackungsabfälle gewerblich

 Holzabfälle

 Hausmüllähnliche Gewerbeabfälle

Straßenkehricht, Park- und Gartenabfälle

 Verpackungsabfälle*

 Abfälle aus der Biotonne

 Gemischte Siedlungsabfälle

 0 4 8 12 16
 Abfallaufkommen in Mg

Abb. 3 Abfallaufkommen für 2015 und prognostizierte Entwicklung bis 2030 in Mio. Mg (*Werte für 2014) [Umweltbundes-
 amt, 2018]

 Bisherige und absehbare Entwicklung der Entsorgung und Abfallverwertung
Im Rahmen des deutschen Abfallentsorgungssystems erfolgt die Verwertung der einzelnen Abfallfraktionen
über unterschiedliche Prozesse bzw. Verwertungswege. Eine Zuordnung der Abfallfraktionen zu den entspre-
chenden Verwertungsverfahren ist nur bedingt möglich, da die Abfallfraktionen unterschiedliche Behand-
lungskaskaden durchlaufen, in denen die Abfallfraktionen wiederum getrennt bzw. weiterverarbeitet werden
und somit andere Stoffströme erzeugt werden. Für die Abfallverwertung der einzelnen Abfallfraktionen wer-
den im Folgenden unterschiedliche Quellen / Bezugssysteme zu Grunde gelegt. Die Abfallfraktionen der un-

10

Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung

terschiedlichen Quellen / Bezugssysteme sind hierbei (meist) nicht vergleichbar, da diese unterschiedlich klas-
sifiziert werden. Die daraus resultierenden Entsorgungs- und Verwertungsmöglichkeiten sind somit nicht als
eine vollständige Stoffstromanalyse zu verstehen. Vielmehr soll hiermit ein Überblick über die Entsorgungs-
und Verwertungspfade sowie deren potenzielle zukünftige Entwicklung gegeben werden.
Allgemein wird die Abfallbehandlung im Wesentlichen in Ablagerung / Deponierung, thermische Beseitigung,
Behandlung zur Beseitigung, energetische Verwertung sowie die stoffliche Verwertung unterteilt. Dabei un-
terscheidet sich der Verwertungsweg für die unterschiedlichen Abfallfraktionen. Daraus lässt sich die in Abb.4
dargestellte Verwertungsquote (Anteil der energetischen und stofflichen Verwertung bezogen auf die Ge-
samtabfallmenge) unterschiedlicher Abfallfraktionen (Hausmüll, Glas, Papier / Pappe, Kunststoff, elektrischer
und elektronischer Geräte, sonstige getrennt erfasste Siedlungsabfälle, Bioabfall aus der Biotonne, biologi-
sche Garten- und Parkabfälle, Hausmüll aus Gewerbe und Industrie, biologische Küchen- und Kantinenabfälle)
für die Jahre 2000 bis 2015 ableiten.
 120

 100
 Verwertungsquote in %

 80

 60

 40

 20

 0
 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
 Hausmüll - Verwertungsquote
 Bioabfall - Verwertungsquote
 Garten- und Parkabfälle - Verwertungsquote
 Hausmüll aus Gewerbe und Industrie - Verwertungsquote
 Kantinenabfälle - Verwertungsquote
 Sonstige - Recyclingquote

Abb.4 Bisherige Verwertungsquote verschiedener Abfallfraktionen [Umweltbundesamt, 2019a]

Für Hausmüll, Leichtverpackungen / Kunststoffe / Hausmüll-ähnliche Gewerbeabfälle ist in den vergangenen
Jahren ein Trend weg von der thermischen Beseitigung und hin zu energetischer Verwertung zu beobachten.
Der wesentliche Grund dafür liegt darin, dass immer mehr Abfallverbrennungsanlagen das R1-Kriterium für
die energetische Verwertung von Abfällen in Siedlungsabfallverbrennungsanlagen gemäß der EU-Abfallrah-
menrichtlinie2 erfüllen und somit Verwertungsstatus erlangt haben [Briese & Gatena, 2019]. Für Hausmüll ist
in den letzten Jahren zusätzlich ein Anstieg der Recyclingquote zu verzeichnen; dies ist sowohl auf eine ver-
besserte Sortiertechnik als auch auf entsprechende Gesetzgebungen im Rahmen des KrWG zurückzuführen
[Umweltbundesamt, 2018].

2 Nach der EU-Abfallrahmenrichtlinie werden Verbrennungsanlagen für Siedlungsabfälle ab dem Erreichen einer bestimmten Energie-
effizienz (kurz R1-Kennzahl) als Verwertungsanlagen eingestuft. Diese Kennzahl wird mit Hilfe einer Formel zur Berechnung der Ener-
gieeffizienz bzw. kurz R1-Formel berechnet. Mittlerweile haben alle Anlagen zur energetischen Abfallentsorgung dies R1-Kriterium
erlangt und werden somit als Verwertungsanlagen eingestuft.

 11

Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung

Für Verpackung / Kunststoffabfälle ergibt sich für 2015 eine Gesamtverwertungsquote von 99 %; die verblei-
bende Menge geht in die Beseitigung / Deponierung. Von den Abfällen, die einer Verwertung zugeführt wer-
den, werden 53 % energetisch und 46 % stofflich verwertet. Hiervon werden 34,5 % der Kunststoffabfälle in
Müllverbrennungsanlagen (MVA) und 18,5 % als EBS / Sonstiges eingesetzt; bei der stofflichen Verwertung
werden ca. 45 % werkstofflich und 1 % rohstofflich verwertet [Umweltbundesamt, 2018].3
Für Altholz liegt die Verwertungsquote bei nahezu 100 %. Die energetische Verwertung von Altholz (jeweils
für die Jahre 2007, 2010 und 20154) erfolgt über die thermische Behandlung in MVA (11 %, 11 % bzw. 12 %),
in Großfeuerungsanlagen und Mitverbrennungsanlagen (74 %, 69 % bzw. 73 %), in kleinen und mittleren Feu-
erungsanlagen (15 %, 8 % bzw. 6 %) sowie über eine stoffliche Verwertung (9 %, 11 % bzw. 10 %). Insgesamt
ist bei einem leichten Anstieg des Gesamtaltholzaufkommens in den vergangenen Jahren eine Gleichvertei-
lung auf die thermische und die stoffliche Nutzung zu erkennen [Umweltbundesamt, 2018].
EBS und andere Abfälle zur Abfallbehandlung werden (Bezugsjahr 2015) zu 43 % in Müllverbrennungsanlagen,
zu 38 % in Ersatzbrennstoff-Kraftwerken (EBS-KW), zu 13 % in Zementwerken (ZW) und zu 6 % in Kohlekraft-
werken (KKW) eingesetzt [Umweltbundesamt, 2018].
Die zukünftige Entwicklung der einzelnen Verwertungswege hängt von verschiedenen Einflussfaktoren, wie
der Entwicklung der Bevölkerungszahl, der Weiterentwicklung wirtschaftlicher und politischer Rahmenbedin-
gungen sowie des BIP ab. Unter Berücksichtigung der bisherigen Entwicklung der Abfallmenge sowie dieser
wesentlichen Einflussfaktoren ist für 2030 von einer erhöhten Recyclingquote und einem Rückgang des ener-
getisch verwertbaren Abfallanteils auszugehen. Da sich parallel aber auch die Abfallmenge erhöht, bleibt die
Abfallmenge der energetischen Verwertung absolut in etwa gleich groß. [Umweltbundesamt, 2018]

 Analyse sich möglicherweise ändernden Abfallverwertungswege und daraus resultierender Substitu-
 tionseffekte
Mit der Umstellung des Energiesystems auf erneuerbare Energien verändern sich auch die Rahmenbedingun-
gen für die Abfallverwertung und letztendlich auch die Zusammensetzung der künftig anfallenden und zu be-
handelnden Abfälle. Dies wird aller Voraussicht nach ebenfalls Veränderungen der Abfallverwertungswege
mit sich bringen. Einige in diesem Zusammenhang zu erwartende Effekte werden im Folgenden kurz disku-
tiert. Da der gesamte Themenkomplex der zukünftigen Entwicklung des Energiesystems sowie die daraus re-
sultierenden Effekte auf andere Sektoren sehr komplex ist und zum derzeitigen Zeitpunkt nur bedingt vorher-
gesagt werden kann, kann hier nur ein kurzer Ausblick gegeben werden.
Bis zum Jahr 2016 verfügten von den insgesamt in Betrieb befindlichen Kohlekraftwerken 25 über eine Ge-
nehmigung zur Mitverbrennung von Abfällen (d. h. 10 Braunkohlekraftwerke und 15 Steinkohlekraftwerke).
Von diesen haben 16 auch tatsächlich Abfälle in einer Größenordnung von rund 1,5 Mio. Mg mitverbrannt.
Hier eingesetzte Sekundärbrennstoffe waren u. a. Papier- und Faserschlämme, Klärschlamm, Kunststoffe so-
wie organische Abfälle [Birnstengel et al., 2018]. Aufgrund der Energiewende sowie dem geplanten Kohleaus-
stieg werden diese Kohlekraftwerke jedoch sukzessive außer Betrieb gesetzt. Damit wird in absehbarer Zeit
auch die Mitverbrennung von Abfällen (als EBS) in diesen Anlagen nicht mehr möglich sein. Alternativer kann
dieser Brennstoff aufgrund seiner guten Qualität in Zementwerken eingesetzt werden, wo ein Teil des EBS
bereits heute zugefeuert wird. Auf Grund der steigenden stofflichen Nutzung im Sinne einer Kreislaufwirt-
schaft verbleiben langfristig nur noch stofflich nicht verwertbare Abfallfraktionen für eine energetische Nut-

3 Dies widerspricht den Angaben aus [18], allerdings werden hier ähnliche Verhältnisse angegeben.
4 Prognose basierend auf den bisherigen Entwicklungen

12

Verfügbarkeit von geeigneten Abfällen für die Kerosinherstellung

zung. Dies und die Verringerung der fossilen Kunststoffanteile in den verbleibenden Fraktionen werden ins-
gesamt zu einer Reduzierung des Heizwerts führen. Diese qualitativen Veränderungen könnten den Einsatz in
hochkalorischen EBS in Zementwerken einschränken.
Alternativ könnten freiwerdende Mengen an Ersatzbrennstoff zukünftig verstärkt zur Wärme- und Prozess-
energieversorgung genutzt werden, da sie für die Stromversorgung nicht die nötige Flexibilität mitbringen.
Dies könnte außerdem dazu führen, dass die Vergärung von biogenen Abfallfraktionen mit anschließender
Biogasaufbereitung für eine flexible Stromerzeugung an Bedeutung gewinnen könnte. Im Zuge der Dekarbo-
nisierung sollten mittelfristig auch fossile Bestandteile den Abfallströmen zur thermischen und energetischen
Verwertung entzogen werden. Dies kann zum einen durch ein verstärktes Recycling einzelner Abfallfraktionen
oder durch die generelle Reduktion von fossilen Rohstoffen in der Produktion erreicht werden. Somit ist lang-
fristig von einem Rückgang von Materialien fossilen Ursprungs im Wirtschaftskreislauf und damit auch in den
künftigen Abfällen auszugehen.
Für die derzeitige thermische Nutzung von Altholz könnte sich in den nächsten Jahren eine potenziell gegen-
läufige Entwicklung ergeben. Ein Großteil des thermisch Verwerteten Altholzes wird in EEG geförderten Feu-
erungsanlagen energetisch zur Strom- und Wärmeproduktion eingesetzt (ca. 70 %) [Baur et al., 2018]. Die
Förderung von Altholzfeuerungsanlagen startete im Jahr 2000, so dass die ersten Anlagen bereits im Jahr 2020
aus der Förderung fallen, die letzten bis Ende 2026. Durch diese Entwicklung könnten potenziell 5,2 Mio. Mg/a
Altholz für andere Nutzungspfade zur Verfügung stehen. Ob und wieviel diese Mengen tatsächlich für andere
Nutzungspfade, wie z. B. der Kerosinherstellung zur Verfügung stehen, hängt auch mit den Rahmenbedingun-
gen für den Weiterbetrieb der Altholzverbrennungsanlagen zusammen. Da viele der Post-EEG-Anlagen aus
technischer Sicht weiterbetrieben werden könnten hängt der ökonomische Weiterbetrieb an zukünftigen Ge-
schäftsmodellen und politischen Rahmenbedingungen [Thiel et al., 2020].
Es ist unklar, ob die Abfallbehandlung aus Gründen des Umweltschutzes in Zukunft nach wie vor ein wichtiger
Pfeiler sein wird, da mit zunehmendem Anteil erneuerbarer Energie an der deutschen Energieversorgung die
energetische Abfallverwertung potenziell mit höheren THG-Emissionen verbunden ist und somit mit einer
Verschlechterung der Klimabilanz der Energieversorgung einhergehen würde.
Darüber hinaus lässt sich ein möglicher Einfluss des Klimawandels auf die Abfallverwertung sowie die energe-
tische Abfallnutzung erkennen. So waren z. B. im Sommer 2018 aufgrund der hohen Trockenheit auch die
Abfälle sehr trocken und die Heizwerte entsprechend hoch. Dies hat wiederum zu Engpässen in der Entsor-
gung geführt. Ebenfalls durch die hohen Gesamttemperaturen bedingt konnten Anlagen ihre Kühlwässer teil-
weise nur eingeschränkt in die jeweiligen Flüsse leiten, um die an sich schon (zu) hohe Wassertemperatur
nicht weiter zu erhöhen. Dadurch wurden im Sommer 2018 die Verwertungskapazitäten einiger Anlagen ein-
geschränkt. Diese Entwicklungen könnten sich durch den globalen Klimawandel und die zu erwartenden Tem-
peratursteigerungen noch verstärken [Birnstengel et al., 2018].

 13