Emissionen von Holzfeuerungsanlagen

Transkript

1 Institut für Energetik und Umwelt Institute for Energy and Environment Forschung, Entwicklung, Dienstleistung für - Energie - Wasser - Umwelt Emissionen von Holzfeuerungsanlagen BIOREGIO Holz Knüll Wabern, Dipl.-Ing. und Dipl.-EWi (FH) Volker Lenz Institut für Energetik und Umwelt ggmbh, Torgauer Str. 116, D Leipzig, info@ie-leipzig.de

2 Institut für Energetik und Umwelt Institute for Energy and Environment Forschung, Entwicklung, Dienstleistung für - Energie - Wasser - Umwelt Feinstaubemissionen aus häuslichen Holzfeuerungen Einflüsse und Minderungsmöglichkeiten Im Auftrag des Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Im Zusammenarbeit mit: Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe (TFZ) Technische Universität Hamburg-Harburg Arbeitsbereich Umweltschutztechnik und Energiewirtschaft Institut für Energetik und Umwelt ggmbh, Torgauer Str. 116, D Leipzig, info@ie-leipzig.de

3 Institut für Energetik und Umwelt Institute for Energy and Environment Forschung, Entwicklung, Dienstleistung für - Energie - Wasser - Umwelt Institut für Energetik und Umwelt ggmbh Torgauer Str Leipzig Tel.: 0341/ Fax: 0341/ Mail: info@ie-leipzig.de Internet: Institut für Energetik und Umwelt ggmbh, Torgauer Str. 116, D Leipzig, info@ie-leipzig.de

4 Struktur des Instituts Insgesamt hat das Institut derzeit ca. 45 Mitarbeiter. 4

5 Inhalt Klassische Luftschadstoffe und Treibhausgase Feinstaubdiskussion Feinstaubklassifikation Feinstaubquellen Spez. Feinstaubemissionen Holzfeuerungen Charakterisierung der Feinstäube Wirkzusammenhänge und Minderungsmögl. Schlussfolgerungen 5

6 Einordnung der Emissionen in die Luft Pro Holzfeuerungsanlagen: Deutliche Einsparungen an Treibhausgasen Kontra Holzfeuerungsanlagen: Erhöhte Emissionen an: SO 2 (v.a. gegenüber Erdgas) NO x CO Staub 400 Feinstaub in mg/kwh Einsparungen gegenüber Erdgas ca. 230 g/kwh Heizöl ca. 330 g/kwh Erdgas Heizöl Holzpelletkamin Holzpelletkessel Holzhackschnitzel Scheitholzkessel neu 6 Holzkamin alt

7 Wirkungsgrade verschiedener Feuerungssysteme automat. Pelletheizkessel moderne Unterbrand-Gebläsekessel autom. Holzhackschnitzel-Kessel Unterbrandkessel mit Pufferspeicher Durchbrandkessel mit Pufferspeicher Unterbrandkessel ohne Pufferspeicher Kachel- und Einzelöfen Durchbrandkessel ohne Pufferspeicher offene Kamine mit Wassertaschen Kaminöfen einfacher Ofen offene Kamine offene Feuerstellen in % 7

8 Emissionsgrenzwerte Für Feuerungsanlagen bis 1 MW gilt die 1.BImSchV (Kleinanlagenfeuerungs-V) zugelassene Holz-Brennstoffe nach 3: naturbelassenes stückiges Holz (z.b. Scheitholz, HHS) naturbelassenes nicht stückiges Holz (z.b. Sägemehl, Späne,Schleifstaub) in Anlagen über 15 kw Preßlinge aus naturbelassenem Holz (z.b. Holzbriketts oder Holzpellets - DIN 51731) Emissionsgrenzwerte für Anlagen über 15 kw (bezogen auf 13% O 2 ) max. Staub: max. CO bis 50 kw: 150 mg/nm³ mg/nm³ deutliche 8 Verschärfung geplant!

9 Feinstaubdiskussion Untersuchungen von Krankheitsbildern deuten hin auf eine erhebliche Gesundheitsgefährdung durch Feinstäube + WHO Europe: verlorene Lebensmonate EU-Richtlinie 1999/30/EG und Änderung der 22. BImSchV (2002) bis Ende 2004 wenig beachtet Seit verbindliche Grenzwerte für Feinstaubimmissionen Vielfache Grenzwertüberschreitungen => Akuter Handlungsbedarf 9

10 EU-Grenzwerte Aktuelle Grenzwerte Jahresmittelwert PM 10 : 40 µg/m³ Tagesmittelwert 50 µg/m³ an maximal 35 Tagen/Jahr Geplante / diskutierte Grenzwerte Ab 2010 Tagesmittelwert PM 10 bei 40 µg/m³ Grenzwerte PM 2,5 Erhöhung der zulässigen Tagesüberschreitungen Medizinisch geforderte Werte WHO fordert Jahresmittelwert von 20 µg/m³ ABER: Hintergrundbelastung bereits z.t. bei µg/m³ 10

11 Feinstaubklassifikation Größenklassen und Human-Wirkung Bezeichnung Aerodynamischer Durchmesser in µm Human-Einwirkung Gefährdungspotenzial Schwebstaub als TSP (total suspended particulates) bis maximal 30 Über 10 µm im Nasenund Rachenraum herausgefiltert Hustenreiz, Nießen Thorakaler Schwebstaub (thoracic particulates) < 10 (PM10) 5-10 µm Nase und Rachenraum; 3-5 µm Luftröhre; 2-3 µm Bronchien Nachweisbare Gesundheitsbeeinträchtigung Alveolengängiger Schwebstaub (respirable particulates) < 2,5 (PM2,5) 1-2 µm in Bronchiolen; 0,1 1 µm Alveolen (Lungenbläschen) Lungenerkrankungen und Herz-Kreislauf- Erkrankungen Ultrafeine Partikel (UFP) < 0,1 (PM0,1) Durch Lungenbläschen und Zellmembran direkt in Blutkreislauf Zusätzlich Gehirnund Herzerkrankungen 11

12 Feinstaubquellen Quelle für Feinstäube primär sekundär natürlich Vulkane Methan aus Feuchtgebieten Meere Bodenerosion Wald- und Buschfeuer Hautschuppen und Haare Schimmelpilzreste und -sporen Distickstoffoxid durch biologische Aktivitäten in Böden Vulkangase Sulfat und Nitrat aus Böden und Gewässern anthropogen Stationäre Verbrennungsanlagen Industrieprozesse Schüttgutumschlag Diesel-Fahrzeuge, Schifffahrt, Schienenverkehr und Luftfahrt Reifen-, Bremsen- und Kupplungsabrieb Aufgewirbelter Straßenstaub Verbrennungsanlagen Landwirtschaft Lösemitteleinsatz Chemische Industrie Petrochemie (Schwefeloxide, Stickstoffoxide, Ammoniak, NMVOC) 12

13 Feinstaubemittenten in Deutschland - eine Verteilung PM 10 Landwirtschaft 10% Abrieb (Bremsen, Reifen) 10% Güterumschlag 18% Kraft- und Heizwerke andere 6% Quellen 12% Straßenverkehr, motorisch Industrie- Kraftwerke 1% Industrieproduktion 25% 8% sonstiger Verkehr 1% Hausbrand 13% sonstige Feuerungen + diffuse Emissionen Festbrennstoffe 1% ohne natürliche Quellen Gesamt hier: t/a (2005) UBA 13

14 Feinstaubemittenten in Deutschland- Unsicherheiten Reifen-, Bremsen- und Kupplungsabrieb aufgewirbelter Straßenstaub Hintergrundbelastung und Ferntransport Land- und Forstwirtschaft Baumaschinen und Straßenmeistereien (Schneepflüge) Holzfeuerungsanlagen Anlagenzahl Nutzungshäufigkeit spezifischen Emissionen => Insgesamt ca. 200 kt Feinstaubemissionen pro Jahr 14

15 Spezifische Feinstaubemissionen häuslicher Holzfeuerungsanlagen (1/2) Feinstaub in 600 mg/kwh Erdgas Heizöl Holzpelletkamin Holzpelletkessel Holzhackschnitzel Scheitholzkessel neu Holzkamin alt Gesamtemissionen an Feinstaub aus Holzfeuerungen ergeben sich aus Anzahl an Kesseln einer Feuerungsart und eines Alters Vollbenutzungsstunden dieser Kesselgruppe Spezifischen Emissionswerte dieser Gruppe 15

16 Spezifische Feinstaubemissionen häuslicher Holzfeuerungsanlagen (2/2) 25 mg/nm 3 (13 % O 2 ) 20 Staubemission % 3 % 21 3 % 91 % 94 % 1 % 2 % 3 % % > 10 µm 10-2,5 µm 2,5-1 µm < 1 µm 3 % 2 % 3 % 5 0 Nennleistung (ca. 27 kw) Teillast (ca. 13 kw) Kleinste Leistung (ca. 8 kw) Feinstaubemissionen nach Größenklassen für 25 kw Pelletkessel (TFZ) Moderne Pellet-, Holzhackschnitzel- und Stückholzkessel liegen bei Nennleistung in ihren Staubemissionen im Bereich um mg/nm² (bei 13% O 2 ); 16

17 Brennstoffbedarf und Feinstaubemissionen Anteil des Brennstoffbedarfs nach Anlagentyp Industrieanlagen (>1.000 MW) 13% Kamine + Öfen 60% Zentral-Pellets 4% Zentral- Scheitholz 13% Zentral-HHS 10% Anteil der Staubemissionen nach Anlagentyp Zentral-Pellets 0,9% Zentral- Industrieanlagen Scheitholz (>1.000 MW) 6,4% 1,3% Zentralheizungskessel setzen zusammen rund ¼ aller Brennstoffe ein (rund 1/3 der Nutzenergiebereitstellung) und sind verantwortlich für nur etwa 1/10 der Feinstaubemissionen. Kamine + Öfen 88,2% Zentral-HHS 3,2% 17

18 Charakterisierung der Feinstäube Größe der Partikel Form Material Angelagerte Stoffe x Pelletfeuerung, 25 kw 18

19 Toxizitätsbewertung Neben der Menge an Feinstäuben (akute Belastung) ist ganz wesentlich die Toxizität der Feinstäube (chronische Belastung). Untersuchungen von Nussbaumer zeigen, dass eine vollständige Holzverbrennung zu Feinstaubemissionen führt, die in biologischen Tests deutlich günstiger abschneiden als Dieselruß; Feinstäube aus unvollständiger Verbrennung sind jedoch z.t. deutlich kritischer einzustufen. Ansatz IE: Vergleichsmatrix mit den Kriterien (Gesamtmenge, Größenverteilung, Metalle, org. Stoffe, EC/OC, Anionen, Form der Partikel) 19

20 Minderungsmöglichkeiten Brennstoff (Feinanteil, Feuchte, Mineralstoffe) Bedienverhalten (Bestückung, Luftzufuhr) Kessel (optimaler Ausbrand, Reinigung) Schornsteinzug (Zugbegrenzer) Pufferspeicher (Volllast) Sekundären Maßnahmen (Filter) 20

21 Filteransätze für Kleinfeuerungen Verfahren Technische Verfügbarkeit Feinstaubminderung Kosten Bemerkungen Fliehkraftabscheider (Zykon) Rotierender Partikelabscheider Stabilitätsprobleme Gewebefilter Elektro-Filter für Kleinanlagen in der Entwicklung Nasswäsche + 0/+ - Abwasser Rauchgaskondensation Abwasser 21

22 Schlussfolgerungen (1/2) Bezogen auf ca. 200 kt an Feinstaubemissionen haben Biomassefeuerungsanlagen einen Anteil von 10-15%. Die Toxizität dieser Feinstäube muss noch genauer bestimmt werden. Häusliche Holzfeuerungsanlagen können sowohl bei den Neuanlagen als auch beim Bestand deutlich verbessert werden -> Minderungspotenzial ca. 2/3 der heutigen Gesamtemissionen. Modernste Holzzentralheizungskessel haben bereits sehr niedrige Feinstaubemissionen, die in Zukunft noch weiter sinken werden (Ziel Einhaltung der Vorgaben der neuen BImSchV ohne Filter).

23 Schlussfolgerungen (2/2) Feinstaubfilter auch für Kleinanlagen müssen zur Serienreife gelangen (zur Verbesserung der Emissionen von Kaminen, Öfen ). Vollständige Verbrennung ist sicherzustellen (Toxizität) -> Einsatz von Pufferspeichern!. Feinstaubemissionen aus häuslichen Holzfeuerungsanlagen sollten soweit reduzierbar sein, dass sie einem weiteren Ausbau dieser wichtigen Nutzungsoption der Biomasse nicht im Wege stehen! 23

24 Vielen herzlichen Dank. Institut für Energetik und Umwelt gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116; D Leipzig Tel: Fax: Kontakt: Dipl.-Ing. und Dipl.-Energiewirt (FH) Volker Lenz 24