24.10.2013

1

IZNE

1

Schadstoffemissionen bei der Verbrennung von Holz, Stroh und Biogas

Schadstoffemissionen bei der Verbrennung von Holz, Stroh und Biogas

Quelle: www.schornsteinfegermeister.de

IZNE

Fachtagung „Energie, Ernährung und Gesellschaft – die Rolle der Biomasse im Kontext einer nach-haltigen Entwicklung“, Universität Göttingen, 15.-17.10.2013

Dr. Torben SeidelProf. Dr. Hans Ruppert Interdisziplinäres Zentrum für Nachhaltige Entwicklung, Universität GöttingenAbteilung Sedimentologie/Umwelt, Geowissenschaftliches Zentrum

Dr. Jürgen OrascheDr. Jürgen Schnelle-KreisHelmholtzZentrum MünchenKooperationsgruppe "comprehensive molecular analytics"

IZNE

2

• Problemfeld: Emissionen bei der Verbrennung von Biomasse

• Partikelgrößenverteilung in der Abluft• Quelle/Senke für Elemente - Ein Bilanzierungsansatz• Elementmassenströme in die Atmosphäre• Beurteilung unterschiedlicher Feuerungsanlagen• Emissionen aus der Verbrennung von Holz und Stroh vs.

Öl und Kohle

• Zusammenfassung und Ausblick

Gliederung

24.10.2013

2

IZNE

3

• Endlichkeit/Ersatz der leicht gewinnbaren fossilen Energieträger (inklusive Uran)

• Bei Erdöl und -gas Abhängigkeit von Rohstoffstaaten mit nicht westlichen Systemen

• Schwankende Preise für fossile Energieträger

• Stärkung der ländlichen Räume

• Klimaveränderung

Warumbenötigenwir Biomasse als Energieträger?

IZNE

4

Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2012

Solarthermie, Geothermie:

0,5 %

Wasserkraft:0,8 %

Windenergie:1,8 %

Photovoltaik:1,1 %

fossile Energieträger (Steinkohle, Braunkohle, Mineralöl, Erdgas) und

Kernenergie:87,4 %

Biomasse2):8,2 %

Anteile EE 201212,6 %

Gesamt: 8.986 PJ1)

1) Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. (AGEB); 2) Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Klär- Deponiegas, biogener Anteil des Abfalls, Biokraftstoffe;Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) und ZSW, unter Verwendung von Angaben der AGEB;

EE: Erneuerbare Energien; 1 PJ = 1015 Joule; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig

Struktur der Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2012

Solarthermie:4,2 %

biogener Anteil des Abfalls:5,8 %

biogene Festbrennstoffe

(Haushalte):51,2 %

biogene Festbrennstoffe

(HW/HKW):4,9 %

Biogas:7,8 %

Klärgas:0,8 %

Deponiegas:0,2 %

biogene Festbrennstoffe

(Industrie):18,4 %

biogene flüssige

Brennstoffe 1):1,9 %

oberflächennahe Geothermie:

4,7 %

tiefe Geothermie:0,2 %

1) Inklusive Pflanzenöl; 2) Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Klär- und Deponiegas, biogener Anteil des Abfalls; 1 TWh = 1 Mrd. kWh; Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig

Gesamt: 144,3 TWh

Biomasseanteil 2): 91 %

Politischer Hintergrund

Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2012

Solarthermie, Geothermie:

0,5 %

Wasserkraft:0,8 %

Windenergie:1,8 %

Photovoltaik:1,1 %

fossile Energieträger (Steinkohle, Braunkohle, Mineralöl, Erdgas) und

Kernenergie:87,4 %

Biomasse2):8,2 %

Anteile EE 201212,6 %

Gesamt: 8.986 PJ1)

1) Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. (AGEB); 2) Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Klär- Deponiegas, biogener Anteil des Abfalls, Biokraftstoffe;Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) und ZSW, unter Verwendung von Angaben der AGEB;

EE: Erneuerbare Energien; 1 PJ = 1015 Joule; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig

Struktur der Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2012

Solarthermie:4,2 %

biogener Anteil des Abfalls:

5,8 %

biogene Festbrennstoffe

(Haushalte):51,2 %

biogene Festbrennstoffe

(HW/HKW):4,9 %

Biogas:7,8 %

Klärgas:0,8 %

Deponiegas:0,2 %

biogene Festbrennstoffe

(Industrie):18,4 %

biogene flüssige

Brennstoffe 1):1,9 %

oberflächennahe Geothermie:

4,7 %

tiefe Geothermie:0,2 %

1) Inklusive Pflanzenöl; 2) Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Klär- und Deponiegas, biogener Anteil des Abfalls; 1 TWh = 1 Mrd. kWh; Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig

Gesamt: 144,3 TWh

Biomasseanteil 2): 91 %

24.10.2013

3

IZNE

5

• Partikel (Gesamtstaub, Feinstaub) mit Schwermetallen und organischen Verbindungen

• Kohlenmonoxid (CO)

• gasförmige organische Kohlenstoffverbindungen (OGC)

• Stickstoffoxide (NOx)

• Schwefeldioxid (SO2)

• chlorhaltige Verbindungen (HCl, Dioxine/Furane etc.)

Relevante Schadstoffe aus der Verbrennung von Biomasse

IZNE

6

Partikel-depositionin der Lunge

2.5 – 10 µmGrobfraktioninhalierbar

0.1 – 2.5 µmFeinfraktioninhalierbar

< 0.1 µmUltrafeinfraktion /

Nanopartikel

Quelle: BéruBé et al. (2007),Cardiff University

ObererRespirations-trakt

Unterer Respirations-trakt

Alveolen

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4

IZNE

7

0

5000000

10000000

15000000

20000000

25000000

30000000

0,01 0,1 1 10

Pa

rtik

ela

nza

hl d

N/d

log

Dp

[1/c

m³]

Stokes Durchmesser [µm]

90 % der Partikel liegen zwischen 0.09-0.6 µm; konstantes Maximum bei 0.15 µm

Partikel-Größen-verteilung

Partikeldurchmesser ist relevant für das Eindringvermögen des Partikels in die Lunge !

Zusammensetzung des Partikels ist relevant für das toxische Potential !

Hackschnitzelkessel, Fichtenhackschnitzel

IZNE

8

Feinstaubmessung: Prüfstand – gravimetrische Probenahme

- Probenahme im Verdünnungstunnel auf 150mm ∅ Quarzfaserfilter

- Angelehnt an VDI 2066 Blatt 1

Kaminofen

Verdünnungsluft

Probenahme

Filterhalter aus Teflon

24.10.2013

5

Probenahme: Aufbau des Versuchsstandes für Emissionsmessungen bei der Biomasseverbrennung am TFZ (Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe in Straubing)

Holzhackschnitzelkessel Guntamatic Powerchip

30 kW (typisch für Einfamilienhaus)

24.10.2013

6

IZNE

Elementgehalte im Rückstand auf dem Filter aus der Verbrennung von Holzhackschnitzeln (µg/g)

1. Hackschnitzelkessel, Fichtenholzhackschnitzel2. Kaminofen, Buchenscheitholz3. Großfeuerungsanlage, Hackschnitzel

*AbfKlärV = Grenzwerte der Klärschlammverordnung** DüngeMV = Grenzwerte der Düngemittelverordnung***BodSchVO = Bundes-Bodenschutz-Gesetz bzw. . Verordnung zum BBodenschG;

Vorsorgewerte für Böden

1 2 3 AbfKlärV* DüngeMV** BodSchVO***Ton-Lehm-Sand

Cr 50 ± 36 290 ± 20 276 ± 144 900 100-60-30Ni 27 ± 17 132 ± 38 701 ± 598 200 30 70-50-15Cu 160 ± 14 19 ± 14 531 ± 63 800 200 60-40-10Zn 8096 ± 1157 448 ± 256 29212 ± 4210 2500 750 200-150-60Cd 59 ± 11 21 ± 6 192 ± 21 10 4 1,5-1-0,4Sn 6,1 ± 2,3 1,2 18 ± 10

Sb 2,7 ± 0,9 0,3 22 ± 7

Tl 15,6 ± 2,2 0,6 ± 0,4 87 ± 6

Pb 214 ± 13 39 ± 16 3071 ± 42 900 200 100-70-40Bi 1,8 ± 0,8 0,1 ± 0,04 26 ± 2

IZNE

12

Der Bilanzraum

Brenn-stoff-zufuhr

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7

IZNE

13

Verändert nach Seidel et al.

0

50

100

150

200

250

300

CdMoCo Cr Pb Tl Zn Sn Rb S Ni Cu Sr Sb K P MgNa Bi Ca Ti Al U Fe

Wie

der

fin

du

ng

[%

]

Wiederfindung (%) =Menge im Brennstoff – Menge in den Aschen

Menge im Brennstoffx100

Elementwiederfindung – Hackschnitzelkessel, Fichtenholzhackschnitzel

verändert nach Seidel et al. (2013)

IZNE

14

Verändert nach Seidel et al.

Elementwiederfindung – Hackschnitzelkessel, Winterweizenstrohpellets

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Ni S Cr Cd ZnMoPb Tl Bi Sn Sb RbCo Sr K U Cu Ti Fe Al MgCa P Na

Wie

der

fin

du

ng

[%

]

24.10.2013

8

IZNE

15

Mittel-wert

3σMittel-wert

3σ

Pflanzenverfügbare Elemente Kritische Elemente P 109 34 Cr 58 82S 47 21 Co 54 25K 71 16 Ni 41 19Ca 112 24 Cu 73 21Mg 108 25 Zn 67 29Mn 116 29 Mo 27 20Li 118 35 Cd 44 26Na 128 72 Sn 72 52Rb 43 16 Sb 66 18Cs 85 63 Tl 57 40Sr 65 17 Pb 61 33Ba 77 13 Bi 65 34

U 128 54Lithogene ElementeFe 250 274 Gd 93 22Al 137 38 Tb 200 159Ti 408 469 Dy 109 31La 114 40 Ho 110 30Ce 116 29 Er 108 34Pr 119 28 Tm 99 23Nd 120 29 Yb 60 24Sm 115 29 Lu 79 31

Elementwiederfindung – Mittelwerte aller Brennversuchen (n = 13)

IZNE

Ângelehnt an

ElementErwartete Gehalte [ppm]

HNO3 + HCl

H2O2 + HNO3

Cr 0,2 <0,002 <0,01Co 0,06 <0,00006 <0,0001Ni 0,06 <0,004 <0,008Cu 0,09 <0,006 <0,007Zn 1,6 <0,002 <0,002Mo 0,009 <0,0002 <0,0003Cd 0,03 <0,00001 <0,00002Sn 0,002 <0,0002 <0,0002Sb 0,0001 <0,0002 <0,0002Tl 0,003 <0,000002 <0,000002Pb 0,04 <0,006 <0,02

Elemente – filtergängig?

Diese Elemente entweichen nicht in die Atmosphäre.Der Rückstand auf dem Filter entspricht der in die Umwelt abgegebenen Elementmenge.

Angelehnt an VDI Richtlinie 2066 und 3868

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9

IZNE

Hackschnitzelkessel: Guntamatic Powerchip Leistung: 30 kWBrennstoff: FichtenholzhackschnitzelBlei: 0,006 mg/MJCadmium: 0,002 mg/MJ

Jährlicher Energiebedarf eines Einfamilienhauses (Baujahr vor 2002, Wohnfläche 120m2, 4 Personen-Haushalt, keine neuen Fenster, Baujahr Heizung vor 2005): 2870 Liter Heizöl ≙ 103320 MJ ≙ 8265 kg Holz (mit Wassergehalt von ~30%)

Jährliche Deposition durch Emissionen aus Schornstein:Bleideposition: 0,006 mg/MJ * 103320 MJ = 0,62 g/HausCadmiumdeposition: 0,002 mg/MJ * 103320 MJ = 0,2 g/Haus

Ca. 14.000.000 Zentralfeuerungsanlagen auf Holzbasis in Gebäuden in Deutschland würden bei Heizung auf reiner Holzbasis etwa jährlich 8,7 t Blei und 2,9 t Cadmium emittieren.

Typische Gesamtdepositionen in Deutschland in 2010: 400 t Blei und 13 t Cadmium.

http://www.umweltbundesamt.de/daten/luftbelastung/schwermetalldepositionen (14.10.2013)

Elementmassenströme in die Atmosphäre: Berechnung der Deposition

IZNE

0,001

0,01

0,1

1

A N A N A N A N A N A N A N A N A N A N A N A N AA

us N AA

us N N

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

[mg

/MJ]

Zn

0,00001

0,0001

0,001

0,01

A N A N A N A N A N A N A N A N A N A N A N A N AA

us N AA

us N N

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Cd

1) Pelletkessel , Fichtenpellets, ohne SWT2) Pelletkessel, Fichtenpellets, mit SWT3) Hackschnitzelkessel,

Fichtenholzhackschnitzel, ohne EA4) Hackschnitzelkessel ,

Fichtenholzhackschnitzel, mit EA5) Pelletofen, Fichtenpellets6) Kaminofen, Fichtenscheitholz, ohne EA7) Kaminofen, Fichtenscheitholz, mit EA8) Kaminofen, Buchenscheitholz, ohne EA9) Kaminofen, Buchenscheitholz, mit EA10) Hackschnitzelkessel ,

Winterweizenstrohpellets, ohne SWT11) Hackschnitzelkessel ,

Winterweizenstrohpellets, mit SWT12) Hackschnitzelkessel, Miscanthuspellets13) Scheitholzkessel ,Fichtenscheitholz14) Scheitholzkessel, Buchenscheitholz15) Großfeuerungsanlage, Holzhackschnitzel

Elementmassenströme [mg/MJ] in die Atmosphäre

Faktor ~30

Faktor ~60

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10

IZNE

Emissionen [mg/Nm3] im Abgas bei der Verbrennung von Holzhack-schnitzeln und Weizenstroh-pellets

1: Hackschnitzelkessel, Fichtenhackschnitzel, ohne E-Filter2: Hackschnitzelkessel, Winterweizenstrohpellets, ohne

Kondensationswärmetauscher3: Großfeuerungsanlage, Holzhackschnitzel

1 2 3 TA-Luft

Cr 0,003 0,007 0,007 1

Ni 0,001 0,001 0,02 0,5

Cu 0,009 0,002 0,01 1

Zn 0,4 0,1 0,7

Cd 0,003 0,001 0,005 0,05

Sn 0,0003 0,001 0,0005 1

Sb 0,0002 0,0003 0,001 1

Tl 0,0008 0,0002 0,002 0,05

Pb 0,01 0,02 0,08 0,5

Bi 0,00009 0,0001 0,001

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

S [mg/MJ]Cu [mg/MJ]

Zn [mg/MJ]Ni [mg/MJ]

Mo [mg/MJ]

Co [mg/MJ]Cr [mg/MJ]

Sn [mg/MJ]Tl [mg/MJ]

Pb [mg/MJ]Bi [mg/MJ]

U [mg/MJ]

Sb [mg/MJ]Cd [mg/MJ]

CO [mg/Nm3, 13% O2]CnHm [mg/Nm3, 13% O2]

NO2 [mg/Nm3, 13% O2]Gesamtstaub [mg/Nm3, 13% O2]

CO2 (Abgas) [Vol.-%]O2 (Abgas) [Vol.-%]

1) Fichtenpellets, Pelletkessel ohne SWT 2) Fichtenpellets, Pelletkessel mit SWT 3) Fichtenholzhackschnitzel, Hackschnitzelkessel ohne EA 4) Fichtenholzhackschnitzel, Hackschnitzelkessel mit EA 5) Fichtenpellets, Pelletofen 6) Fichtenscheitholz, Kaminofen ohne EA 7) Fichtenscheitholz, Kaminofen mit EA 8) Buchenscheitholz, Kaminofen ohne EA

9) Buchenscheitholz, Kaminofen mit EA10)Winterweizenstrohpellets, Hackschnitzelkessel, ohne SWT 11)Winterweizenstrohpellets, Hackschnitzelkessel, mit SWT12)Miscanthuspellets, Hackschnitzelkessel, Miscanthuspellets 13)Fichtenscheitholz, Scheitholzkessel14)Buchenscheitholz, Scheitholzkessel 15)Holzhackschnitzel, Großfeuerungsanlage

Anordnung der untersuchten Feuerungsanlagen nach Emissionen

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IZNE

[mg/MJ]

Holz und Stroh vs.Öl und Kohle

0,00001

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

Biomasse Öl Steinkohle Braunkohle

[mg

/MJ]

Cd

0,00001

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

Biomasse Öl Steinkohle Braunkohle

[mg

/MJ]

Pb

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

Biomasse Öl Steinkohle Braunkohle

[mg

/MJ]

Cr

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

Biomasse Öl Steinkohle Braunkohle

[mg

/MJ]

Ni

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

Biomasse Öl Steinkohle Braunkohle

[mg

/MJ]

Cu

0,001

0,01

0,1

1

10

Biomasse Öl Steinkohle Braunkohle

[mg

/MJ]

Zn

IZNE

22Quelle: IEA/WEO 2010, WHO

Vorzeitige jährliche Todesfälle aufgrund von Luftverschmutzung in Haushalten und Krankheiten

Gesundheitsgefährdung durch Emissionen aus der Biomasseverbrennung

Potentiell wirksame Komponenten:Ruß, (Übergangs-)Metalle, organische Komponenten

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12

IZNE

23

Quelle: Nussbaumer et al., Holzenergie, ETH Zürich

Abbrandverhalten von HolzAtmosphäre

H2O

CO + CxHy + Partikel ,unverbrannt

CO2 + NOx + Partikel , verbr.H2O + N2

Holz feucht: CH1,4O0,7 (N, S, Asche) + H2O

H2O + brennbare Gase: CxHy + H2 + NHy

Erwünschte Produkte: CO2 + H2O + N2Unerwünschte Produkte: NOx, Partikel

Trocknung

VergasungPrimärluft(O2 + N2)

Sekundärluft(O2 + N2)

OxidationUnvollständigeVerbrennung

VollständigeVerbrennung

AscheWärme

IZNE

24

1. Mineralische Verbindungen werden bei hoher Temperatur aus den Mineralstoffen im Holz in die Gasphase transferiert und kondensieren im Abgas zu Feststoffen.

2. Russ wird durch Synthese aus Kohlenwasserstoffen bei hoher Temperatur unter Sauerstoffmangel gebildet.

3. Organische Kondensate stammen aus Zersetzungsprodukten und werden bei zu tiefen Verbrennungstemperaturen emittiert.

Arten und Eigenschaften der primären Partikel aus der Holzverbrennung

Quelle: Lauber & Nussbaumer 2010

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13

IZNE

25

Brennholzverbrauch und Feinstaubemissionen

IZNE

26

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

17.2

.08

12:0

0

18.2

.08

0:00

18.2

.08

12:0

0

19.2

.08

0:00

19.2

.08

12:0

0

20.2

.08

0:00

20.2

.08

12:0

0

21.2

.08

0:00

21.2

.08

12:0

0

Levo

gluc

osan

[µg/

m³]

0

2

4

6

8

10

Benz

o[a]

pyre

n[n

g/m

³]

Konzentration von Levoglukosan und Benzo[a]pyren an einem Verkehrsknotenpunktin Augsburgder Heizperiode

Zusammensetzung von städtischem Feinstaub

Immissionskonzentration von PM10 aus städtischer Holzfeuerung, Augsburg

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14

IZNE

27

Probenahme für Partikel-gebundeneorganische Stoffe

IZNE

28

Benzo[j]fluoranthene Benzo[k]fluoranthene Benzo[a]pyrene (TEF = 0.1) (TEF = 0.1) (TEF = 1)

Indeno[1,2,3-cd]-pyrene Dibenzo[ah]anthracene Anthranthene (TEF = 0.1) (TEF = 1) (TEF = 0.1)

Gefährliche Substanzen aus Verbrennungsprozessen

S

1-Methylperylene (TEF = 0.1)

Dibenzo[a,l]pyrene (TEF = 10)

Dibenzo[a,h]pyrene Dibenzo[a,e]pyrene (TEF = 10) (TEF =1)

Dibenzo[a,i]pyrene (TEF = 10)

Benzo[b]naphtho[2,1-d]-tiophene (TEF = 0.01)

Pyrene Cyclopenta[cd]pyrene Benzo[b]fluoranthene (TEF = 0.01) (TEF = 0.1) (TEF = 0.1)

Phenanthrene Benzo[a]anthracene Chrysene(TEF = 0.001) (TEF = 0.1) (TEF = 0.01)

Polycyclische aromatische

Kohlenwasserstoffe (PAK) und substituierte

PAK (Alkylierte-, Oxidierte-, Nitro- PAK)

Toxizitäts-Äquivalente (TEQ) (DFG, 2008);

Toxizitäts-Äquivalent Faktoren (TEF)

Karzinogen, Mutagen und Genaktivierung

durch toxische Metaboliten

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15

IZNE

29

Vergleich der Emissionen der Holzfeuerungsarten: Toxitizitätsäquivalent TEQ

Anheizphase

Nennlast

N =

1

N =

3

0

5

10

15

20

25

30

TE

Q [

µg

/MJ]

Pellet KesselFichte

Hackschnitzel KesselFichte

Scheitholz KesselFichte

Scheitholz KesselBuche

KaminofenFichte

KaminofenBuche

PelletofenFichte

IZNE

30

Toxizitätspotentiale – Emissionen Scheitholz KaminofenVergleich unterschiedlicher Verbrennungsbedingungen

Anheizphase

Nennlast

N =

1

N =

3

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

TEQ

[µg

MJ-1

]

FichteScheitholzt

FichteBrikettes

BucheScheitholz

Buche20% Feuchte

BucheÜberladung

BucheSauerstoff-

mangel

Buche2% Feuchte

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16

IZNE

31

J. Orasche

0

5

10

15

20

TE

Q [

µg

/MJ

]

Pellet

kess

el, Fich

te

Pellet

kess

el mit S

WT, F

ichte

Hacksc

hnitz

elkes

sel, F

ichte

Hacksc

hnitz

elkes

sel m

it EA, F

ichte

Kamino

fen,

Fich

te

Kamino

fen

mit E

A, Fich

te

Kamino

fen,

Buc

he

Kamino

fen

mit E

A, Buc

he

Dunkle Balken = ohne SekundärmaßnahmeHelle Balken = mit Sekundärmaßnahme

EA = Elektrostatischer AbscheiderSWT = Sekundär WärmetauscherWiederholversuche N = 3

Toxizitätspotentiale – Emissionen beim Einsatz von Sekundärmaßnahmen

IZNE

Emissionen bei der energetischen Nutzung von Stroh

53 TWh könnten laut FNR jährlich durch Strohverbrennung gewonnen werden.

Holz: 71 TWh (als Wärme in priv. Haushalten / Quelle: BMU / AGEE-Stat, 2011)

Biogas: 14 TWh (Quelle: Fachverband Biogas e. V.), davon 10 TWh el. Energie

Heizwert: ca. 4,8 kWh/kg (z. Vgl. Holz: 4,4 (Scheitholz) – 4,9 (Pellets) kWh/kg)

Einsatz in Großfeuerungsanlagen ab 1 MW Leistung durch Strohballenfeuerung bzw. gepresst als Strohpelllets auch für kleinere Anlagen

Fichtenpellets

Fichtenhackschnitzel mit EAFichtenhackschnitzel

Strohpellets mit EA und SWTStrohpellets mit EA

Nennlast (N=3)Anheizen (N=1)

05

10

15

20

25

30

35

TE

Q [

µg

/MJ]

24.10.2013

17

IZNE

33

Toxizität der Emissionen im Vergleich

TEQ / µg MJ-1

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Zusammen-fassung

• Die Holzverbrennung leistet einen wesentlichen Beitrag zurBereitstellung von Wärmeenergie aus erneuerbarer Energie

• Der Brennholzverbrauch steigt stark an

• Partikelemissionen aus Holzverbrennung steigen (noch) an

• Je kleiner die Brennstoffgröße, desto geringer die Emissionen:Pellet < Hackschnitzel < Scheitholz.

• Die entstehenden Partikel sind aufgrund ihrer geringen Größe gut lungengängig.

• Insbesondere leichtflüchtige Schwermetalle wie Zn, Cd, Sb, Tlund Pb werden zu einem prozentual hohen Anteil emittiert.

• Hauptprobleme:

Nicht die Schwermetalle, sondern organische Verbindungen + Ruß

Fehlbedienung oder ungünstiger Brennstoff (Feuchte)

• Lösungsansätze:

Automatisierte Feuerungen (z.B. Pelletofen)

Einsatz effektiver Sekundärmaßnahmen

• Genaue Beurteilung der Toxikologie der emittierten Schadstoffederzeit schwierig

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• Durchführung von toxikologischen Untersuchungen an Stäuben (Zelltests).

• Systematische Suche nach eventuellen Elementsenken bzw. -quellen in Öfen.

• Untersuchung der Emissionen bei der Verbrennung von schnellwachsenden Hölzern von belasteten und unbelasteten Standorten.

• Zusammenarbeit mit Ofenherstellern:a) Emissionsmindernde Maßnahmen sind auch für den Rückhalt kritischer Elemente zu konzipieren.b) Verbesserung der Vollständigkeit der Verbrennung in Hinblick auf organische Schadverbindungen.

• Erweiterung von Grenzwerten im BImSchV auch für Kleinfeuerungsanlagen in Bezug auf die Güte der Brennstoffe (Feuchtigkeit, Schmutzbelastung etc.) und auf emissionsmindernde Maßnahmen.

Ausblick und Forschungs-bedarf

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• Durchführung von toxikologischen Untersuchungen an Stäuben (Zelltests).

• Systematische Suche nach eventuellen Elementsenken bzw. -quellen in Öfen.

• Untersuchung der Emissionen bei der Verbrennung von schnellwachsenden Hölzern von belasteten und unbelasteten Standorten.

• Zusammenarbeit mit Ofenherstellern:a) Emissionsmindernde Maßnahmen für den Rückhalt kritischer Elemente konzipieren und testen.b) Verbesserung der Vollständigkeit der Verbrennung in Hinblick auf organische Schadverbindungen.c) Etablierung „neuer“ Technologien wie Holzvergaser-KWK

• Erweiterung von Grenzwerten im BImSchV auch für Kleinfeuerungsanlagen in Bezug auf die Güte der Brennstoffe (Feuchtigkeit, Schmutzbelastung etc.) und auf emissionsmindernde Maßnahmen.

Ausblick und Forschungs-bedarf

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