Hintergrund

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, d. h. 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 entstehenden Verbrennungsgase entweichen bislang ungenutzt in die Atmosphäre.
Im Mittelpunkt des Projektes steht die Analyse des thermischen 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, soll in der Scale-up-Phase ein markfähiges Produkt untersucht werden, welches gegenüber bisherigen Haldensicherungskonzepten sowohl ökologische wie auch betriebswirtschaftliche Vorteile bietet.

Vorgehensweise

Das Vorhaben gliedert sich in folgende Projektabschnitte

• Grundlagenermittlung: Neben der Ermittlung standortspezifische Informationen zur Schüttungsgeschichte sowie den gegebenen Sicherheitsaspekten erfolgt die Datenaufnahme durch Temperatur- und Gasmessungen an den Oberflächen sowie an den Bohrungen zur Erfassung vorhandener Brandnester.
• Labor- und Feldexperimente: In diesem Arbeitsschritt erfolgt die Untersuchung der Einflussfaktoren des Brandverhaltens unter definierten Bedingungen, im kleinen Maßstab (Laborversuche) sowie am ausgewählten Standort (Feldversuche). Durch die Überprüfung der theoretischen Ansätze aus dem Simulationsmodell kann dann auch eine Optimierung der technischen Einrichtungen im Labor- und Feldversuchsmaßstab vorgenommen werden.
• Numerische Simulation: Durch Aufstellung und Kalibrierung eines numerischen Simulationsmodells erfolgt die Optimierung des bestehenden Modellsystems sowie die Entwicklung neuer thermodynamischer Modelle. Unter Berücksichtigung vorhandener Datenbestände kann so auch die zeitliche Veränderungen im System berücksichtigen werden. Die durch die Feldversuche verfeinerten numerischen Simulationen unterstützen weitergehend den folgenden Arbeitsschritt des Scale-up bei der Ermittlung der entziehbaren Wärmemenge und -leistung und des Einflusses auf die langfristige Temperaturverteilung im Haldenkörper.
• Scal-up: Soweit eine technische Gewinnbarkeit der Haldenwärme in signifikantem Umfang möglich ist, können darauf aufbauend technische Konzepte zur Wärmegewinnung, Wärmenutzung und den erforderlichen Sicherheitseinrichtungen erstellt werden. Darüber hinaus werden die Investitions- und Betriebskosten für unterschiedliche Nutzungsvarianten ermittelt.
• Transfer: Ausgehend von der technischen und betriebswirtschaftlichen Analyse einer Wärmenutzung auf der untersuchten Halde wird die Übertragbarkeit des Konzeptes auf andere Standorte in Deutschland, Europa und internationalen Standorten analysiert.
  Der Vergleich mit bisherigen Lösungen auf Basis des jeweiligen ökologischen Rucksacks (Ressourcenverbrauch) soll zeigen, inwieweit das neu entwickelte Konzept zu den Zielen des Klimaschutzes und der Nachhaltigkeit beitragen kann. Darin fließen auch volkswirtschaftliche Aspekte und Fragen des Schutzes von Flora, Fauna und Habitat ein, die insbesondere auf alten Haldenstandorten zunehmend von Bedeutung sind.

Ziele

Ziel des Vorhabens ist 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, sowie der  Reduzierung von CO₂-Emissionen durch Substitution von fossilen Brennstoffen werden Konzepte zur gleichzeitigen Nutzung des thermischen Potenzials zur Erzeugung von Strom, Kälte oder Heizwärme entwickelt und erprobt.
Darüber hinaus soll die Übertragung der Ergebnisse auf nationale und internationale Haldenstandorte erfolgen, zum Beispiel durch Anwendung des Know-hows auf die Problematik von Flözbränden (z.B. China).

Projektpartner

Der interdisziplinäre Forschungsverbund besteht aus folgenden Partnern:

DMT GmbH
DMT-Zentrum für Brandschutz und Sicherheit
Dipl.-Ing. Ulrich Hoischen
Tremoniastraße 13
44137 Dortmund
E-Mail: ulrich.hoischen [at] dmt.de
www.feuerwehrtraining.net/Seiten/welcome.html

Fraunhofer-Institut UMSICHT
Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT)
Dr.-Ing. Christian Dötsch
Osterfelder Straße 3
46047 Oberhausen
E-Mail: christian.doetsch [at] umsicht.fhg.de
www.umsicht.fhg.de

RWTH Aachen
Lehr- und Forschungsgebiet Kokereiwesen, Brikettierung und thermische Abfallbehandlung (KoBrA)
Dr. Christian Wirtgen
Wüllnerstraße 2
52056 Aachen
E-Mail: wirtgen [at] kobra.rwth-aachen.de
www.rwth-aachen.de/kobra

RWTH Aachen
Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen und Institut für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Verkehrswasserbau (GiB)
Dipl.-Ing. Martin Feinendegen
Mies-van-der-Rohe-Straße 1
52074 Aachen
E-Mail: feinendegen [at] geotechnik.rwth-aachen.de
www.geotechnik.rwth-aachen.de 

aix-o-therm GeoEnergien
Dr. Roland Gaschnitz
Beginenstr. 7
52062 Aachen
E-Mail: gaschnitz [at] aixotherm.de
www.aixotherm.de 

Ansprechpartner 

Dr. Roland Gaschnitz
aix-o-therm GeoEnergien
Beginenstr. 7
52062 Aachen

Tel.: 0241-4017865
Fax: 0241-8092624
E-Mail: gaschnitz [at] aixotherm.de
Internet: www.aixotherm.de