Haldengeothermie

Haldenbrände entstehen durch die Oxidation von Kohle mit Luftsauerstoff. In Folge der damit verbundenen Wärmeentwicklung entzündet sich Restkohle in Abraumhalden des Steinkohlenbergbaus. Schwelende Abraumhalden belasten mit ihren Schadstoffen die Umwelt und bedürfen dauerhaft, das heißt oft noch Jahrzehnte nach dem Ende des aktiven Bergbaus, der besonderen Sicherung.

Haldenschwelbrände stellen aber nicht nur eine mögliche Gefahr, sondern auch ein nutzbares thermisches Potenzial dar, das bisher unbeachtet geblieben ist: Die im Haldenkörper vorhandene Wärme sowie die entstehenden Verbrennungsgase entweichen bislang ungenutzt in die Atmosphäre. Um dieses Potenzial nutzbar zu machen, wurde im Rahmen des "klimazwei"-Programmes des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) das Verbundvorhaben "Klimaschutz: Thermische Nutzung von Haldenschwelbränden" durch eine interdisziplinär aufgestellte Forschungsgruppe aus Wissenschaft und Wirtschaft initiiert. FUMINCO arbeitete im Auftrag des Lehr- und Forschungsgebietes für Kokerei, Brikettierung und Thermische Abfallbehandlung der RWTH Aachen (KoBrA/TEER) im Teilvorhaben "Feldlaborexperimente, Modellierung und Simulation von Haldenschwelbränden, Standsicherheitsanalyse".

Im Mittelpunkt des Projektes stand die Analyse des thermisch nutzbaren Potenzials von Haldenbränden und der damit verbunden Reduktion von Treibhausgasen. Der Schwerpunkt der technischen Produktentwicklung ist die Erprobung von Techniken zur Gewinnung und zur energetischen Verwertung dieser Haldenwärme. Neben einem im Feldversuch zu erprobenden Prototyps einer Wärmesonde wurde in der Scale-up-Phase ein marktfähiges Produkt untersucht. Dieses sollte gegenüber bisherigen Haldensicherungskonzepten sowohl ökologische als auch betriebswirtschaftliche Vorteile bieten. Ziel des Vorhabens war die Untersuchung der technischen, rechtlichen sowie der ökologischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zur Entwicklung alternativer Sicherungs- und energetischer Nutzungskonzepte für Haldenschwelbrände. Neben der Vertiefung des Verständnisses von Schwelbränden zur langfristigen Sicherung wurden Konzepte zur Nutzung des thermischen Potenzials zur Erzeugung von Strom, Kälte oder Heizwärme entwickelt und erprobt.

Der Schwerpunkt der Arbeiten des Lehr- und Forschungsgebietes für Kokerei, Brikettierung und Thermische Abfallbehandlung im Rahmen dieses F&E-Projektes lag neben der Beteiligung an der Grundlagenermittlung vor allem im Bereich der Labor- und Feldexperimente sowie in der Aufstellung und Kalibrierung eines numerischen Simulationsmodells. Aufgrund unserer langjährigen Erfahrungen im Bereich der Simulationsverfahren unterstützten wir das Lehr- und Forschungsgebiet in seiner Forschungstätigkeit. FUMINCO erarbeitete in enger Zusammenarbeit mit dem Lehr- und Forschungsgebiet eine 3-D-Simulation des Haldenschwelbrandes. Dabei wurden auf der vom Lehr- und Forschungsgebiet erarbeiteten empirischen Grundlage entwickelte Algorithmen, die Berechnungen und die Modellierung des Haldenschwelbrandes in einem entsprechenden Simulationsmodell umgesetzt.