24.10.2013
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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"
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• 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
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• 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 %
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IZNE
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• 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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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
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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)
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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
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Der Bilanzraum
Brenn-stoff-zufuhr
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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
[%
]
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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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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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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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[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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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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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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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
IZNE
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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
24.10.2013
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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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