Emissionsbilanz von Holzfeuerungen kleiner Leistung in Niederösterreich

Transkript

1 Verfasst von Manfred Wörgetter Wilhelm Moser Datum 20. Juni 2005 Nummer nk-i-1-9 Austrian Bioenergy Centre GmbH Firmensitz Graz Außenstelle Wieselburg Inffeldgasse 21 b Rottenhauserstr. 1 T ++43(0) Graz 3250 Wieselburg F ++43(0) FN: k Österreich centre@abc-energy.at UID-Nr.: ATU [Emissionsbilanz NÖ copyright ABC-energy.at, Druckdatum ]

2 Wissenschaftliche Partner HR DI Manfred Wörgetter, FJ/BLT Wieselburg Dipl.-HLFL-Ing. Leopold Lasselsberger, FJ/BLT Wieselburg Projektleitung DI Wilhelm Moser Mitarbeit DI Walter Haslinger Dr. Günther Friedl Projektnummer nk-i-1-9 Projektlaufzeit 27. Mai 20. Juni 2005 Diese Studie entstand im Austrian Bioenergy Centre in Kooperation mit dem FJ-BLT Wieselburg und wurde vom Land Niederösterreich finanziert. Der Auftrag erfolgte durch die Geschäftsstelle für Energiewirtschaft der Niederösterreichischen Landesregierung. Alle Rechte, auch der Übersetzung, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung von Austrian Bioenergy Centre GmbH reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Für den Inhalt wird keine Haftung übernommen. Austrian Bioenergy Centre GmbH Wieselburg, Mai /51

3 Abstract Die Studie enthält eine Emissionsbilanz für Biomassekleinfeuerungen in Niederösterreich. Dabei werden die Emissionen von Staub sowie von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, organischem Kohlenstoff und Stickoxiden für die Jahre 1980, 1995, 2000 und 2005 betrachtet. Aufgrund der aktuellen Diskussionen liegt der Schwerpunkt auf den Staubemissionen, deren Bewertung und Entwicklung. Als Grundlage für die Bilanzierung dienen die Emissionsfaktoren des Energieberichts 2003 der Österreichischen Bundesregierung. Anhand der Typenprüfungen an der BLT Wieselburgs wird der technologische Fortschritt bei Biomassefeuerungen dargestellt und der Stand der Technik analysiert. Executive Summary Die Geschäftsstelle für Energiewirtschaft der Niederösterreichischen Landesregierung beauftragte die Austrian Bioenergy Centre GmbH mit der Bilanzierung der Feinstaubemissionen von Holzfeuerungen. Bei der Erstellung der Studie sollte eng mit der BLT Wieselburg zusammengearbeitet werden. Die gegenständliche Studie bilanziert für die Jahre 1980, 1995, 2000 und 2005 die Umweltbelastung aus der Emission von Kohlenmonoxid, Stickoxiden, organischen gasförmigen Substanzen und Staub aus Holzfeuerungen des Hausbrandes. Die Bilanzierung basiert auf Mikrozensusdaten, Daten aus der Kesseltauschaktion der Niederösterreichischen Landesregierung und Daten der Niederösterreichischen Landwirtschaftskammer. Die Emissionsfaktoren wurden dem Energiebericht 2003 entnommen [Energiebericht, 2003]. Mangels ausreichender Daten wurde bei der Bilanzierung auf eine differenzierte Betrachtung der einzelnen Partikelgrößen verzichtet, da sämtliche Staubemissionen der Holzverbrennung in die Klasse unter 10 μm (PM 10) fallen und das Immissionsschutzgesetz in der derzeit gültigen Fassung lediglich Grenzwerte für PM 10 festlegt. Holz hat nach der Energiekrise 1973 steigendes Interesse gefunden. Bereits zu Beginn der Entwicklung wurde auf problematische Emissionen hingewiesen. Anlagen des Hausbrands waren durch hohe Emissionen von Schwelprodukten gekennzeichnet. Dabei handelt es sich um Kohlenmonoxid und ein komplexes Gemisch gasförmiger und flüssiger organischer Substanzen, von denen z.b. die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAH) als extrem gesundheitsgefährdend betrachtet werden. In den 80-iger Jahren werden für Kleinfeuerungen folgende Werte berichtet: Stickoxide 30 bis 140 mg/mj Partikel 100 bis 1000 mg/mj Kohlenwasserstoffe 100 bis mg/mj Kohlenmonoxid 1000 bis mg/mj 3/51

4 Ausgehend von einer Initiative der Niederösterreichischen Umweltschutzanstalt wurde 1981 im Österreichischen Normungsinstitut mit der Erarbeitung einer Norm über der Emissionen von Staub und unverbrannten gasförmigen Stoffen aus Strohfeuerungen begonnen. Die Strohfeuerungsnorm gab den Anstoß für eine erstaunliche Entwicklung, die durch die Prüfungen an der Bundesanstalt für Landtechnik in Wieselburg transparent gemacht wurde. Die weit verbreiteten Scheitholzkessel waren zu Beginn der 80-er Jahre durch Wirkungsgrade um 55 % und CO-Emissionen zwischen und mg/m 3 gekennzeichnet. Fehlende Prüfregeln und die hohe Konzentration kondensierender organischer Substanzen haben zunächst verhindert, die Emissionen von Staub und organischen Substanzen in die Prüfung aufzunehmen 1. Wissenschaftliche Arbeiten zeigten geringe Staubemissionen (um 60 mg/m 3 ), aber extreme Kohlenwasserstoffemissionen (1600 mg/mj bei Nennwärmeleistung, mg/mj bei 1/3 Last, mg/mj bei voller Drosselung). Seit 1995 regelt die Vereinbarung gemäß Art. 15 a BVG das Inverkehrbringen von Kleinfeuerungen. Folgende Grenzwerte sind einzuhalten: Stickoxide bis maximal 150 mg/mj Staub bis maximal 60 mg/mj Kohlenwasserstoffe bis maximal 40 bzw. 80 mg/mj 2 Kohlenmonoxid bis maximal 500 bzw mg/mj 2 Gesetzgebung und Behörden haben den Bedarf an Regelwerken erkannt. Strenge gesetzliche Anforderungen wurden ausgearbeitet und gesetzlich vorgeschrieben. Die Hersteller haben die Herausforderung angenommen und, unterstützt durch das Österreichische Normungsinstitut, nationale technische Regeln erarbeitet. Dabei unterscheiden sich die Anforderungen in Österreich wesentlich von denen in anderen europäischen Ländern. CO NOx OGC Staub Emissionsgrenzwerte für Typengenehmigungen in Österreich 1995 in mg/mj Händisch beschickt Automatisch beschickt Emissionsgrenzwerte gemäß EN (1999) in mg/m3 Händisch beschickt, Klasse Autom. beschickt, Klasse Tabelle 1: Vergleich der Emissions-Anforderungen an Kleinfeuerungen in Österreich und in Europa 1 Die Kapillaren des FID (für die Ermittlung des organisch gebundenen Kohlenstoffs) waren nach kurzer Beprobung verklebt. Die Staubmessungen mussten wegen Verklebung der Filter vorzeitig abgebrochen werden. 2 größere Werte für handbediente Feuerungen 4/51

5 Während bereits die ersten Holzhackgutfeuerungen die Verbesserungsmöglichkeiten zeigten, wurden erste Erfolge bei Scheitholz um 1985 beobachtet. Eine Analyse von 169 Prüfberichten aus der Zeit von 1999 bis 2004 brachte folgendes erstaunliches Ergebnis: Stückholz Hackgut Pellets Wirkungsgrad % CO mg/mj Organischer Kohlenstoff mg/mj Staub mg/mj Tabelle 2: Statistische Auswertung der Prüfungen an der BLT von 1999 bis 2004 Biomassefeuerungen kleiner Leistung sind somit durch höchste Effizienz bei geringsten Emissionen gekennzeichnet: Der Wirkungsgrad ist von 55 % auf 90 % gestiegen 3. Die Partikelemissionen moderner Kleinfeuerungen liegen bei einem Fünftel bis einem Zehntel strenger gesetzlicher Grenzwerte. Die Kohlenwasserstoffemissionen sind sogar bei den Stückholzfeuerungen in 15 Jahren um den Faktor bis gefallen, betragen weniger als ein Zwanzigstel strenger gesetzlicher Grenzwerte und unterschreiten teilweise die Nachweisgrenze der Messgeräte. Die Qualität der Verbrennung bildet sich auch in extrem niedrigen Kohlenmonoxidemissionen ab. Verbrennungstechnische Maßnahmen zur Steigerung des Ausbrands und der Effizienz führen zu vermehrter Bildung von Stickoxiden. Die Minderung der Stickoxidemission bei gleichzeitig geringem Gehalt an Kohlenmonoxid ist eine große, aber bewältigbare Herausforderung für Wissenschaft und Technik. Neben der umweltpolitischen Ziele der Minderung der Feinstaub- und der Ozonbelastung (durch Verringerung der Vorläufersubstanzen) ist des Erreichen des Kyoto-Zieles von Bedeutung. Durch die Verfeuerung von Biomasse in den Sektoren private Haushalte und Landwirtschaft werden in Niederösterreich jährlich 1,1 bis 1,3 Mio. t CO 2 eingespart. Die Umweltbilanzierung für Niederösterreich für die Zeit von 1980 bis 2005 erwies sich als schwierig. Die Datenlage ist beim Anlagenbestand und bei der Brennstoffmenge für den Zweck der Abbildung des Verlaufs unzureichend, belastbare Emissionsfaktoren liegen 3 Für die Erzeugung von 1 TJ Nutzwärme werden bei einem Wirkungsgrad von 55 % t Holz, bei 90 % t Holz benötigt; d.h., dass der Brennstoffeinsatz bei gleichem Nutzen um fast 40 % verringert wird bzw. dass aus der gleichen Menge Brennholz um 2/3 mehr Wärme erzeugt werden kann. 5/51

6 lediglich aus dem Jahr 1997/98 vor 4. Eine Differenzierung hinsichtlich Partikelgrößen kleiner 10 μm ist mangels Daten nicht möglich. Trotzdem ist es gelungen, ein klares Bild des Trends plausibel darzustellen. Jahr CO NO x orgc Staub Tonnen pro Jahr Tabelle 3: Gesamtemissionen aus Biomassekleinfeuerungen in Niederösterreich Die Bilanzierung erfolgte mit einem konservativen Ansatz mit den Emissionsfaktoren des Energieberichts 2003, die Ergebnisse können extremer sein. Wir vermuten für die Zeit vor 1980 höhere Werte beim Staub und wesentliche höhere Werte bei den organischen gasförmigen Substanzen. Basierend auf den Ergebnissen der Prüfungen der Bundesanstalt für Landtechnik sind wesentlich stärkere Verbesserungen möglich. Bei ausschließlicher Verwendung von Anlagen nach dem oben genannten Stand der Technik und unter Beachtung des heute verfügbaren Wissens über die Errichtung, den Betrieb und die wiederkehrende Überprüfung könnten die Emissionen organisch gebunden Kohlenstoffs auf 100 bis 200 und die Emissionen von Staub auf 300 bis 400 Tonnen pro Jahr gesenkt werden. 4 DEN Stand der Technik gibt es nicht. Die Emissionen im praktischen Betrieb werden nicht nur durch die Technik, sondern auch wesentlich durch Planung, Errichtung, Betrieb und Wartungszustand der Heizungssysteme beeinflusst. Gute Anlagen müssen nicht neu, neue Anlagen müssen nicht gut sein. 6/51

7 Inhaltsverzeichnis Für den Inhalt wird keine Haftung übernommen. 2 Austrian Bioenergy Centre GmbH 2 Abstract 3 Executive Summary 3 Inhaltsverzeichnis 7 1 Aufgabenstellung und Ziele der Studie 9 2 Fein- und Gesamtstaubemissionen Holzfeuerungen 10 3 Rückschau auf die Entwicklung Problematische Emissionen von Holzfeuerungen Entwicklung der Regelwerke Technische Regelwerke Gesetzliche Regelwerke Entwicklung der Technik aus der Sicht der BLT Wieselburg 19 4 Bilanzierung der Umweltbelastung durch Holzfeuerungen Methode Daten Energetischer Endverbrauch in Niederösterreich Anlagenstruktur Durchschnittliche Emissionswerte Ergebnisse Diskussion Allgemeines Brennbare Gas- und dampfförmige Stoffe Staubemissionen Stickoxide 39 7/51

8 5 Schlussfolgerungen 40 6 Dank 41 7 Quellen 42 8 Verzeichnisse Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 44 9 Anhang: Statistische Daten 46 8/51

9 1 Aufgabenstellung und Ziele der Studie Die Geschäftsstelle für Energiewirtschaft der Niederösterreichischen Landesregierung trat an die BLT Wieselburg heran, die Feinstaubemissionen aus der energetischen Biomassenutzung in Niederösterreich zu beschreiben. Als Ergebnis sollte die Tendenz in den letzten Dekaden erkennbar werden. Eine Kernfrage dabei ist, ob aus den Gesamtemissionen von Staub ein Rückschluss auf Feinstaub möglich ist. Wegen der kurzen Fristsetzung und des Mangels an Ressourcen leitete die BLT die Anfrage an Austrian Bioenergy weiter. Dabei wurde angeregt, in der Studie neben Staub auch organische gasförmige Stoffe, CO und CO 2 zu bilanzieren. Bei der Erstellung der Studie sollte eng mit der BLT Wieselburg (Abt. Landtechnische Forschung, akkreditierte Prüfstelle Prüfung an Feuerungen für biogene Brennstoffe ) zusammen gearbeitet werden. Mit Einverständnis der Geschäftsstelle bot Austrian Bioenergy die Erstellung einer Studie mit folgendem Inhalt an: Die Erstellung einer Emissionsbilanz der in Niederösterreich in Betrieb befindlichen Holzfeuerungen mit einer Leistung von maximal 100 kw Brennstoffwärmeleistung. Betrachtet wird dabei zumindest der Zeitraum von 1995 bis Eine Ausdehnung des Zeitraumes ist möglich, falls entsprechendes Datenmaterial erhoben oder vom Auftraggeber zur Verfügung gestellt werden kann. Bilanziert werde Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO 2 ), Stickoxide (NO x ), Summenkohlenwasserstoffe (orgc 5 ), die Gesamtstaubemissionen und daraus abgeleitet die Feinstaubemissionen Die Bilanzierung erfolgt auf Basis von Mikrozensusdaten zum Anlagenbestand, Brennstoffverbrauch, Daten aus der Kesseltauschförderung des Landes, Erhebung der neu installierten Biomassefeuerungen, Ergebnisse der Typenprüfungen, Emissionsfaktoren für feste Brennstoffe. Für die Bilanzierung werden Modellannahmen erstellt, die nach Absprache mit dem Auftraggeber statistische und experimentelle Daten, gesetzliche Rahmenbedingungen und technische Regelwerke, Lebenszyklus und Erneuerungsrate der in Betrieb befindlichen Biomassekessel und den technologischer Fortschritt der installierten Kessel berücksichtigen. Der Bericht wird zumindest das statistische Datenmaterial, den technologischen Fortschritt, das Ergebnis der Recherche über den Zusammenhang zwischen Feinstaub- und Gesamtstaubemissionen, die Beschreibung des Bilanzierungsmodells und die Ergebnisse der Emissionsbilanzen enthalten. Austrian Bioenergy kooperiert bei der Auftragserfüllung mit der BLT Wieselburg, vertreten durch Hofrat DI Manfred Wörgetter und Dipl.-HLFL-Ing. Leopold Lasselsberger. Deren Leistungen werden kostenfrei als Eigenleistungen der BLT eingebracht. 5 In verschiedenen Quellen werden die Summenkohlenwasserstoffe als Org. C. (organischer Kohlenstoff), HC (Hydrocarbons), C x H y, C n H m, KW (Kohlenwasserstoffe), OGC, unverbrannte gasförmige Stoffe, oder gasförmige Kohlenwasserstoffe bezeichnet. 9/51

10 2 Fein- und Gesamtstaubemissionen Holzfeuerungen Luftgetragener Staub ist ein komplexes Gemisch aus festen und flüssigen Teilchen. Die Charakterisierung von Schwebestaub erfolgt anhand der Größe der Partikel: TSP - Total suspended particulates : Gesamtschwebestaub PM 10 - Particulate matter < 10 μm PM 2,5 - Particulate matter < 2,5 μm Die feinen Partikel (PM 10 und PM 2,5) können tief in den Atemtrakt eindringen und die Gesundheit schädigen. Die derzeit geltenden Grenzwerte für PM 10, die im Immissionsschutzgesetz (G-L, BGBl. 115/97 in der gültigen Fassung) festgelegt sind, werden an zahlreichen Messstellen in Österreich fallweise bzw. häufig überschritten. Die Landeshauptleute in den betreffenden Bundesländern sind angehalten, die Ursachen der Überschreitungen ausfindig zu machen und Maßnahmen zur Verhinderung der Überschreitungen zu treffen. Bezüglich einer österreichischen Gesamtschau der Staubbelastung wird auf eine umfangreiche Studie des Umweltbundesamtes verwiesen [Umweltbundesamt, 2005]. Danach ist die Datenlage bei der Emission primärer Partikel verbesserungswürdig. Die Ermittlung realitätsnaher PM-Emissionen stellt einen erheblichen Aufwand dar, in vielen Fällen sind die Abschätzungen mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Eine einheitliche Methode zur Erhebung der PM 10 Emissionen fehlt [Umweltbundesamt, 2005]. Holzfeuerungen tragen - wie andere Feuerungen auch - zur Umweltbelastung bei, wobei die Staubemissionen auf Grund des Aschegehalts des Brennstoff höher als bei aschefreien Brennstoffen (wie z.b. Erdgas) und Brennstoffen mit sehr geringem Aschegehalt (wie z.b. Gasöl) sein werden. 10/51

11 3 Rückschau auf die Entwicklung 3.1 Problematische Emissionen von Holzfeuerungen Mit der Energiekrise 1973 hat weltweit die Suche nach alternativen Energiequellen begonnen. Der Brundtland-Report der UN hat 1989 die Bedeutung einer nachhaltigen Entwicklung erkennbar gemacht. Das Weisbuch der Europäischen Union Energie für die Zukunft erneuerbare Energieträger hat 1997 auf die Bedeutung der Bioenergie hingewiesen: der Anteil erneuerbarer Energie in Europa soll verdoppelt werden, Biomasse soll dazu 2/3 beitragen. Feste Brennstoffe erscheinen wegen der Kosten von Energiesystemen am besten für stationäre Verbrennungsanlagen geeignet. Wegen des dezentralen Anfalls von Biomasse scheint diese für eine dezentrale Nutzung am besten geeignet, die Nutzung als Brennstoff zur Erzeugung von Raumwärme ist nahe liegend. Die Vorteile der Holzbrennstoffe wurden von Wissenschaft und Gesellschaft frühzeitig erkannt, die Politik unterstützt seit beträchtlicher Zeit die Einführung von Holzfeuerungen im allgemeinen und von Anlagen des Hausbrandes im besonderen. Bereits zu Beginn der Entwicklung wurde auf problematische Emissionen von Holzfeuerungen hingewiesen. Die Prüfungen von Biomassefeuerungen an der Bundesversuchs- und Prüfungsanstalt für Landwirtschaftliche Maschinen und Geräte in Wieselburg (später Bundesanstalt für Landtechnik Wieselburg, jetzt FJ-BLT Wieselburg) zeigten bereits 1979 den Bedarf an einer systematischen Untersuchung problematischer Emissionen, wobei die Emission teeriger Substanzen als besonders problematisch erkannt wurde. JANTUNEN berichtete beim Finish Austrian Workshop on Energy from Wood im November 1983 in Wien über Emissionsfaktoren. Für Holzfeuerungen kleiner Leistung wurden folgende Werte genannt: Particulates NO CO HC BaP Small boilers Large boilers ,1 HC... Hydrocarbons; BaP... Benz-a-Pyren Tabelle 4: Emissionsfaktoren in mg/mj für Holzfeuerungen [Jantunen, 1983] 11/51

12 MARUTZKY berichtete 1985 über emissionsarme Verbrennung in Kleinverbrennungsanlagen. Als problematisch wurden Feststoffbrandkessel mit oberem Abbrand genannt. In Abhängigkeit von der Einstellung wurden folgende Werte gemessen: CO KW NO X Minimum Maximum KW... Kohlewasserstoffe Tabelle 5: Emissionen eines Feststoffbrandkessels mit oberem Abbrand in mg/mj [Marutzky, 1985] WENIGER berichtet 1986 über Schadstoffemissionen von Kleinfeuerungsanlagen, insbesondere über PAH-Emissionen. PAHs kommen als an Ruß gebundene Partikel vor. Sie entstehen durch unzulängliche Verbrennung, durch technologische Maßnahmen kann die Emission dieser Schadstoffe deutlich reduziert werden. Die PAHs verändern sich an der Atmosphäre, ihre Stabilität ist unterschiedlich. Über folgende Werte wird berichtet: CO NO X Partikel PAHs Gasförmige Kohlenwasserstoffe Minimum Maximum PAH... Policyclic aromatic hydrocarbons Tabelle 6: Schadstoffemissionen von Holz-Kleinfeuerungen in mg/mj [Weniger, 1986] MUGRAUER berichtete 1987 über die Emissionen aus einem Universal-Dauerbrandofen bei Betrieb mit Fichtenholz, folgende Werte wurden gemessen: CO SO 2 NO 2 C n H m Tabelle 7: Durchschnittliche Emissionen eines Universal-Dauerbrandofens mit Fichtenholz in mg/mj [Mugrauer et God, 1987] 12/51

13 Der Energiebericht 1990 der Österreichischen Bundesregierung nennt für Holzfeuerungen für den Zeitraum von 1986 bis 1988 folgende Emissionsfaktoren für die Erzeugung von Raumwärme: NO X C X H Y CO Staub Einzelöfen Scheitholz Zentralheizungen Scheitholz Hackgut Tabelle 8: Emissionsfaktoren Holzfeuerungen in mg/mj [Energiebericht, 1990] WÖRGETTER beschreibt 1991 die Lastabhängigkeit der Emission organisch gebundenen Kohlenstoffs eines Scheitholzkessels höchsten Standes der Technik 1982 von der Last [Wörgetter, 1991]. Bei Nennleistung werden 1600 mg/mj, bei 30 % der Nennleistung 5500 mg/mj emittiert, wobei sich die Werte auf die nutzbar gemachte Wärme beziehen (bezogen auf die Brennstoffwärme liegen die Werte um 20 bis 25 % höher). HOFBAUER hat 1991 über Vorortmessungen an 34 Holzbrandkachelöfen in sieben österreichischen Bundesländern berichtet und dabei CO-Werte zwischen 0 und 5000 mg/mj mit typischen Werten zwischen 1000 und 2000 mg/mj ausgewiesen [Hofbauer, 1991]. Nicht berücksichtigt dabei sind drei Ausreißer zwischen und mg/mj. Eine zusammenfassende Bewertung der Daten ist schwierig. Viele der Werte basieren auf aggregierten Daten, die Basiswerte sind nicht zugänglich. Informationen über die untersuchten Anlagen, über die Technik, die Brennstoffe und den Betrieb fehlen. Bei den organischen Verbindungen werden unterschiedliche Substanzen ausgewiesen, die Methoden der Ermittlung sind fallweise nicht bekannt, eindeutige Aussaqen sind wegen der Vielzahl inhomogener Daten nicht möglich. Die Umweltwissenschaft ist skeptisch bezüglich der Umweltverträglichkeit von Holzfeuerungen kleiner Leistung: Bedenken bestehen bezüglich der Emissionen von flüssigen und gasförmigen Produkten unvollständiger Verbrennung Die erhobenen Daten bestätigen diese Bedenken: die CO-Emissionen liegen im Bereich von mg/mj, die Kohlenwasserstoffemissionen zwischen 1000 und mg/mj. Die Stickoxidemissionen sind mit Werten zwischen 12 und 140 mg/mj eher gering Die Werte bei den Partikeln liegen unter den Werten für die Kohlenwasserstoffe, wobei hohe Werte angelagerte Kohlenwasserstoffe einschließen mögen. 13/51

14 Die offiziellen Daten aus dem Energiebericht 1990 zeichnen ein moderateres Bild: NO X C X H Y CO Staub Wissenschaft Energiebericht Tabelle 9: Emissionsfaktoren Holzfeuerungen in mg/mj, Vergleich wissenschaftlicher Daten mit dem Energiebericht 1990 [Energiebericht, 1990] Bezüglich der Einschätzung des Risikos sei auf [Weniger, 1986] verwiesen:... von einigen dieser PAHs ist seit langer Zeit bekannt, dass sie krebserregende Wirkung besitzen. Die PAHs binden sich an Rußpartikel von weniger als 1 μm Durchmesser und können daher Tage bis Wochen in der Atmosphäre als Schwebstoffe existieren und über die Atemwege in den Organismus gelangen. 3.2 Entwicklung der Regelwerke Technische Regelwerke ÖNORM M 9465: Emissionsbegrenzung für luftverunreinigende Stoffe aus Strohheizungsanlagen bis zu einer Brennstoff-Wärmeleistung von 75 kw (1985) Der Betrieb von Strohfeuerungen hat zu Beginn der 80-er Jahre in Niederösterreich zu Anrainerbeschwerden geführt. Grund der Beschwerden waren feste luftverunreinigende Stoffe wie z. B. Asche und Ruß sowie der Geruch. Auf Vorschlag der NÖ Umweltschutzanstalt wurde 1981 im Österreichischen Normungsinstitut begonnen, eine Norm zur Begrenzung der Emissionen zu erstellen. Diese ÖNORM ist für die Verbrennung von Stroh in Heizungsanlagen bis zu einer Brennstoff-Wärmeleistung von 75 kw anzuwenden. Tabelle 10 enthält die einzuhaltenden Grenzwerte: Grauwert der Abgasfahne nach Ringelmann < 1 Staub in mg/m 3 300*) Unverbrannte gasförmige Stoffe in mg/m 3 100*) *) bezogen auf trockenes Rauchgas mit einem CO 2 Gehalt von 7% Tabelle 10: Emissionsgrenzwerte für Strohfeuerung gemäß ÖNORM M 9465 (1985) Diese Norm ist die erste technische Regel, die die Emissionen von Kleinfeuerungen beschränkte und hat beträchtliche Folgen nach sich gezognen: Mit der am Markt befindlichen Technik konnten die Forderungen der Norm nicht erreicht werden. Die Norm hat den Behördenvertretern ein Werkzeug in die Hand gegeben, mit dem der Betrieb von Feuerungen unzureichender Technik verboten werden konnte. Der große Unterschied 14/51

15 zwischen dem Stand der Technik und den Anforderungen hat die Hersteller der Feuerungen abgehalten, eine technische Entwicklung in Gang zu setzen. Die Hersteller haben sich zurückgezogen, Strohfeuerungen sind vom Markt verschwunden. Die Einführung eines Grenzwertes der Emission organischer gasförmiger Stoffe hat das Bewusstsein für problematische Emissionen von Biomassefeuerungen geschärft und die Entwicklung umweltverträglicher Biomasse-Kleinfeuerungen gestartet. ÖNORM M : Überprüfung von Heizanlagen für feste Brennstoffe, mit einer Nenn-Wärmeleistung bis 300 kw (1997) Diese Norm ist für die einfache wiederkehrende Überprüfung von Heizungsanlagen mit Heizkesseln für feste Brennstoffe und einer Nenn-Wärmeleistung bis 300 kw anzuwenden. Folgende Grenzwerte sind einzuhalten: Beschickung Baujahr CO in mg/m 3 maximaler Abgasverlust in % ab händisch bis automatisch ab bis Tabelle 11: Anforderungen an Heizkessel für feste Brennstoffe in Anlagen in mg/m 3, bezogen auf 13 % Sauerstoff ÖNORM M 9466: Emissionsbegrenzung für luftverunreinigende Stoffe aus Feuerungsanlagen für Holzbrennstoffe mit einer Nennwärmeleistung ab 50 kw; Anforderungen und Prüfungen am Aufstellungsort (1998) Diese Norm ist im gewerblichen Bereich für die wiederkehrende Überprüfung von Anlagen zur Verfeuerung von Holzbrennstoffen mit einer Nenn-Wärmeleistung ab 50 kw anzuwenden. Die Prüfintervalle betragen 3 bis 5 Jahre. Bei der Überprüfung sind die Grenzwerte für Abgasverluste und Emissionen gemäß der Feuerungsanlagenverordnung einzuhalten. 15/51

16 ÖNORM EN Heizkessel für feste Brennstoffe, hand- und automatisch beschickte Feuerungen, Nenn-Wärmeleistung bis 300 kw (1999) Diese europäische Norm wird für die Typenprüfung von Feuerungen des Hausbrands angewendet. Den unterschiedlichen Forderungen der 28 CEN Mitgliedsstaaten wir durch die Einteilung in drei Klassen entsprochen. Österreich orientiert sich ausschließlich an den strengsten Anforderungen. Nennleistung in kw CO OGC Staub Klasse Handbeschickt, < bis biogen 150 bis Handbeschickt, < bis fossil 150 bis Automat. < beschickt, 50 bis biogen 150 bis Automat. < beschickt, 50 bis fossil 150 bis Tabelle 12: Emissionsgrenzwerte in der Europäischen Kesselnorm in mg/m 3, bezogen auf 10 % Sauerstoff Dieses Regelwerk ist die Basis für die Durchführung der Typenprüfungen an der BLT Wieselburg, wobei für die Beurteilung nicht die oben genannten Grenzwerte, sondern die jeweils gültigen strengeren nationale gesetzlichen Regelungen herangezogen werden Gesetzliche Regelwerke Vereinbarung gemäß Art. 15 a B-VG über die Einsparung von Energie Im Jahr 1995 sind der Bund und die österreichischen Bundesländer übereingekommen, eine Vereinbarung über die "Einsparung von Energie" zu schließen. Die Vereinbarung legt die in der folgenden Tabelle angeführten Mindestwirkungsgrade fest: Nennleistung Pn händisch beschickt automatisch beschickt bis 10 kw 73 % 76 % 10 bis 200 kw (65,3 + 7,7 log Pn) % (68,3 + 7,7 log Pn) % über 200 kw 83 % 86 % Tabelle 13: Mindestwirkungsgrad von Zentralheizungsgeräten für feste Brennstoffe 16/51

17 Kleinfeuerungen dürfen nur dann in Verkehr gebracht werden, wenn der Nachweis der Einhaltung der Wirkungsgrade durch Einzel- oder Typenprüfung erfolgte. Vereinbarung gemäß Art. 15 a B-VG über die Schutzmaßnahmen betreffend Kleinfeuerungen (1995) Die Vereinbarung in der jeweils gültigen Fassung regelt das Inverkehrbringen von Kleinfeuerungen. Kleinfeuerungen für feste Brennstoffe dürfen folgende Emissionsgrenzwerte nicht überschreiten: CO NO x OGC Staub Händisch beschickt Automatisch beschickt Tabelle 14: Emissionsgrenzwerte für Feuerungen für feste biogene Brennstoffe in mg/mj Feuerungsanlagen-Verordnung Für gewerbliche Betriebsanlagen ist seit 1997 die 331. Verordnung (Feuerungsanlagen- Verordnung FAV) des Bundesministeriums für wirtschaftliche Angelegenheiten zu beachten. Holzfeuerungsanlagen dürfen folgende Emissionsgrenzwerte nicht überschreiten: bis 100 kw kw Staub CO NO x Buche, Eiche, naturbelassene Rinde, Reisig, Zapfen Sonstiges naturbelassenes Holz Reste von Holzwerkstoffen und Holzbauteilen, deren Bindemittel, Härter, Beschichtungen und Holzschutzmittel, soweit sie schwermetall- und halogenverbindungsfrei sind HC Tabelle 15: Emissionsgrenzwerte für Feuerungen im gewerblichen Bereich in mg/m3, bezogen auf 13 % Sauerstoff 17/51

18 Geplante Maßnahmen Die Länderexpertenkonferenz zur Harmonisierung der Länderbestimmungen betreffend Heizungsanlagen hat in den vergangenen Jahren die Vereinbarung über die Schutzmaßnahmen betreffend Kleinfeuerungen überarbeitet und dabei die im folgenden genannten Grenzwerte erarbeitet: Handbeschickt Automatisch beschickt Holz sonstige biogene Brennstoffe bis 50 kw > 50 kw bis 50 kw > 50 kw Holz sonstige biogene Brenn- Stoffe CO NO X OGC Staub Tabelle 16: Emissionsgrenzwerte für die Typengenehmigung von Feuerungsanlagen für biogene Brennstoffe, Vorschlag der Länderexpertenkonferenz 2005; Werte in mg/mj Die neuen Grenzwerte sind innerhalb von 15 Monaten ab Unterfertigung durch die Bundesländer in die Landesgesetze einzuarbeiten. Ebenfalls überarbeitet wurde die wiederkehrende Überprüfung vor Ort, wobei einheitliche Regelungen in allen Bundesländern angestrebt werden. Folgende Grenzwerte sollten bei eingehalten werden: bis 50 kw Beschickung: Händisch Automat. 50 bis 400 kw Maximaler Abgasverlust in % Kohlenmonoxid in mg/m Staub in mg/m OGC in mg/m NO X in Buche, Eiche, naturbel. Rinde, Reisig mg/m 3 sdnstige naturbelassene Holzbrennstoffe nicht standardisierte biogene Brennstoffe Tabelle 17: Überprüfung von Heizungsanlagen vor Ort, Vorschlag Anforderungen der Länderexpertenkonferenz 2005 in mg/m3, bezogen auf 13 % Sauerstoff 18/51

19 3.3 Entwicklung der Technik aus der Sicht der BLT Wieselburg Im Frühjahr 1979 trat die Firma Ideal Stelrad Wiener Neustadt an die Vorgängerorganisation der BLT Wieselburg, die Bundesversuchs- und Prüfungsanstalt für Landwirtschaftliche Maschinen und Geräte mit der Bitte um Unterstützung bei der Entwicklung eines Strohheizungskessels kleiner Leistung heran. Die Erfahrungen dieser Entwicklungsarbeit haben zur Ausarbeitung erster interner Typenprüfungsregeln für Biomasse-Zentralheizungskessel und in Folge zur routinemäßigen Durchführung von Typenprüfungen an Biomasse-Kleinfeuerungen geführt. Ein erstes Gutachten wurde im September 1979 für den Spezial- Heizkessel für Stroh, Holz und Kohle der Firma Thermostrom erstellt 6. Als für die Beurteilung wesentliche Kenngrößen wurden Temperatur, Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidgehalt des Abgases, die bei Nennleistungsbedingungen erzielte Leistung, die Brenndauer bei Schwachlast sowie der Wirkungsgrad bei Nennleistung ausgewiesen. Dabei wurden folgende verbrennungsrelevante Ergebnisse erzielt: CO 2 in % CO in % Wirkungsgrad in % 3,8 4,7 0,26 0,53 63 Tabelle 18: Ergebnisse der ersten Prüfung einer Biomassefeuerung an der BLT Wieselburg, Kessel der Fa. Thermostrom bei Betrieb mit Ballenstroh Ein erstes Gutachten für einen Holz-Spezialkessel wurde 1980 für den Spezial- Langholzkessel der Firma Ideal Stelrad erstellt 7. Geringfügig bessere Ergebnisse konnten mit dem Spezialheizkessel der Fa. Thermostrom erzielt werden 8 : CO 2 in % CO in % Wirkungsgrad in % Langholzkessel Fa. Ideal Stelrad 7,4 1,93 54 Holz-Spezialheizkessel Fa. Thermostrom 8,6 1,15 60 Tabelle 19: Ergebnisse der ersten Prüfung von Holz-Spezialkesseln (1980, 1981) 6 Prüfbericht der Bundesversuchs- und Prüfungsanstalt für landwirtschaftliche Maschinen und Geräte, Prot. Nr. 242/79 vom Prot. Nr. 117/80 8 Prot. Nr. 077/81 19/51

20 In dieser Zeit wurden auch die ersten Holzhackgutfeuerungen auf den Markt gebracht. Im Gegensatz zu den Scheitholzfeuerungen, bei denen Stückholz von Hand aufgebracht wurde, haben die automatisch beschickten Feuerungen auf Anhieb wesentlich bessere Ergebnisse erzielt 9 : CO 2 in % CO in % Wirkungsgrad in % Bei bestimmungsgemäßen Betrieb 10 0,24 66 Unter Bestbedingungen 12,1 0,09 71 Tabelle 20: Erste Prüfung einer Feuerung für Holzhackgut 1981 Bemerkenswert sind die Ergebnisse von Messungen an einem Gussgliederkessel der Fa. Stelrad Kesselfabrikation im Herbst : CO 2 in % CO in % Wirkungsgrad in % Nennwärmeleistung 7,6 bzw. 8,3 0,64 bzw. 0,62 67 Maximale Leistung 6,3 0,45 66 Bei 50 % der Nennleistung 5,1 0,53 67 Tabelle 21: Prüfung des Gußgliederkessel der Fa. Stelrad im Jahr 1983 Der Kessel unterschied sich vom baugleichen Koks-Spezialkessel nur durch geänderte Angaben über die Leistung. Dies mag wohl zeigen, wie gering zu diesem Zeitpunkt die Erfahrungen der Hersteller mit ihren eigenen Produkten waren. Im Jahr 1984 wurde der Umfang der Prüfungen mit der Messung des Staubgehaltes (gravimetrische Methode) und etwas später mit der Messung des organisch gebundenen Kohlenstoffs (FID-Methode) im Abgas erweitert, wobei die Messungen des organisch gebundenen Kohlenstoffs lediglich bei Feuerungen mit automatischer Beschickung durchgeführt werden konnten. Die folgende Tabelle enthält die Ergebnisse der Messungen an der Holzhackgutfeuerung der Fa. Karrer 11 : 9 BLT Prot. Nr. 076/81 10 Prot. Nr. 018/83 11 Prot. Nr. 133/84 20/51

21 CO 2 in % CO in % Staub*) in mg/m 3 Org. C*) in mg/m 3 Wirkungsgrad in % 9,3 0, *) Messwerte, nicht normiert Tabelle 22: Erste Emissionsmessungen im Jahr 1984an der BLT: Holzhackgutfeuerung der Fa. Karrer Dauermessungen mit dem FID waren wegen der hohen Konzentrationen kondensierender teeriger Produkte nicht möglich. Bereits nach kurzer Zeit verlegten sich die Kapillaren des Geräts, teuere Reparaturen waren die Folge. Im folgenden sind die Ergebnisse der Messungen am Festbrennstoffkessel der Firma Strebl 12 dargestellt: CO 2 in % CO in % Staub*) in mg/m 3 Wirkungsgrad in % 11,4 1, *) Messwert, nicht normiert Tabelle 23: Erste Emissionsmessungen an einer Scheitholzfeuerung im Jahr 1984 an der BLT:, Scheitholzfeuerung der Fa. Strebel Die erste Stückholzfeuerung mit akzeptablen Ergebnissen der Emission organisch gebundenen Kohlenstoffs war der Biothermal Feuerlufterhitzer der Firma ADC-Wuck. Dabei handelt es sich um einen gusseisernen Dauerbrandeinsatz mit einem aufgesetzten Luftwärmetauscher 13 : CO 2 in % CO in % Staub*) in mg/m 3 Org. C*) in mg/m 3 Wirkungsgrad in % 9,6 0, *) Messwerte, nicht normiert Tabelle 24: Erste Scheitholzfeuerung mit geringen Emissionen organisch gebunden Kohlenstoffs 1985: gusseiserner Dauerbrandeinsatz mit Luftwärmetauscher 12 Prot. Nr. 144/84 13 Prot. Nr. 125/85 21/51

22 Erst im Jahr 1987 konnte ein Zentralheizungskessel guten Ausbrand erreichen, die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse des LONGOLA Scheitholzkessels der Firma VIESSMANN 14 : CO 2 in % CO in % Staub*) in mg/m 3 Org. C*) in mg/m 3 Wirkungsgrad in % 9,0 0,26 20, *) Messwerte, nicht normiert Tabelle 25: Erster Scheitholz-Zentralheizungskessel mit geringen Emissionen organisch gebunden Kohlenstoffs 1985 Mit dem FHG Turbo Kessel der Firma Fröling konnten 1989 erstmals auch mit Scheitholz die Ausbrandwerte von Feuerungen mit automatischer Brennstoffzufuhr erreicht werden 15 : CO 2 in % CO in ppm Staub*) in mg/m 3 Org. C*) in mg/m 3 Wirkungsgrad in % 12, ,9 84 *) Messwerte, nicht normiert Tabelle 26: 1989: erster Scheitholz-Zentralheizungskessel mit sehr gutem Ausbrand Damit war nach fünf Jahren der Entwicklung emissionsarmer Holzfeuerungen ein Standard erreicht, der strengen Erfordernissen von Seite des Umweltschutzes deutlich unterschritt. Seit 1980 werden die Ergebnisse der Kesselprüfung in Zeitreihen dargestellt. Der Verlauf des Wirkungsgrades zeigt eine Verbesserung von 55 auf 91 % und eine Verringerung der Kohlenmonoxidemission von mg/m 3 in Bereiche unter 100 mg/m 3 (siehe Abbildung 1 und Abbildung 2). 14 Prot. Nr. 099/87 15 Prot. Nr. 066/89 22/51

23 Wirkungsgrad in % Jahr Abbildung 1: Entwicklung des Wirkungsgrades von Biomassekleinfeuerungen am Prüfstand Kohlenmonoxid in mg/nm Jahr Abbildung 2: Entwicklung der Kohlenmonoxidemissionen von Biomassekleinfeuerungen am Prüfstand 23/51

24 Für Hackgutfeuerungen (Abbildung 3) konnte in den letzten knapp 20 Jahren eine Reduktion der Staubfracht von mg/nm³ auf mg/nm³ erreicht werden. Gleichzeitig stieg der Kohlendioxidgehalt im Abgas von durchschnittlich 8-9 % auf etwa 13 % an, was ein Zeichen für eine optimierte Verbrennung mit geringen Abgasverlusten ist. Der Stickoxidausstoß liegt bei etwa 120 mg/nm³ mit leicht steigender Tendenz Staub bzw. Stickoxide in mg/nm Kohlendioxid in % Jahr Staub Stickoxide Kohlendioxid Linear (Staub) Linear (Stickoxide) Linear (Kohlendioxid) Abbildung 3: Emissionen von Hackgutfeuerungen am Prüfstand Pelletsfeuerungen (Abbildung 4) werden seit 1996 geprüft. Praktisch alle liegen bei den Staubemissionen unter 50 mg/nm³, der Durchschnitt liegt bei knapp 22 mg/nm³, Anlagen der letzten beiden Jahre allesamt unter 17 mg/nm³. Die Stickoxide weisen eine steigende Tendenz im Bereich von mg/nm³ auf, die CO 2 -Gehalte im Abgas stiegen von 10 auf über 12 %. Moderne Stückholzkessel (Abbildung 5) emittieren praktisch alle weniger als 50 mg/nm³ Staub, der Durchschnitt der geprüften Anlagen liegt bei gut 28 mg/nm³. Die Stickoxide haben hier eine fallende Tendenz im Bereich von mg/nm³. Kohlendioxid im Abgas ist seit 1986 von 10 auf 14 % gestiegen. 24/51

25 Staub bzw. Stickoxide in mg/nm CO 2 in % Jahr Stickoxide Staub Kohlendioxid Linear (Kohlendioxid) Linear (Staub) Linear (Stickoxide) Abbildung 4: Emissionen von Pelletsfeuerungen am Prüfstand Staub bzw. Stickoxide in mg/nm Kohlendioxid in % Jahr Staub Stickoxide Kohlendioxid Linear (Staub) Linear (Stickoxide) Linear (Kohlendioxid) Abbildung 5: Emissionen von Stückholzkessel am Prüfstand 25/51

26 VOGLAUER hat 2005 die Ergebnisse von Prüfungen der Bundesanstalt für Landtechnik im Zeitraum 1999 bis 2004 statistisch ausgewertet und 169 Prüfungen berücksichtigt: Stückholz Hackgut Pellets Nennleistung kw Wirkungsgrad % CO mg/mj Organischer Kohlenstoff mg/mj 3 1*) 1*) Stickoxide mg/mj Staub mg/mj *) Nachweisgrenze Tabelle 27: Statistische Auswertung der Prüfungen der BLT von 1999 bis 2004 [Voglauer, 2005] 26/51

27 4 Bilanzierung der Umweltbelastung durch Holzfeuerungen 4.1 Methode Um die Emissionen von Biomassekleinfeuerungen bewerten zu können, sind Praxiswerte der in Betrieb befindlichen Anlagen notwendig. Für den Energiebericht 2003 wurden in den Jahren 1997/98 im Bereich Biomasse (Holz) an 118 Feuerungsanlagen die Emissionen während einer Ofenreise 16 gemessen. Im Endbericht [Spitzer et al, 1998] gibt SPITZER durchschnittliche Emissionsfaktoren der Biomassekleinfeuerungen für den damaligen Anlagenbestand an. Analysiert man diese Messdaten nach verschiedenen Baujahren, so lassen sich Aussagen über die installierten Anlagen eines bestimmten Zeitabschnittes machen und man gelangt von den Emissionswerten einzelner Anlagen zu Emissionswerten ganzer Perioden (beispielsweise durchschnittliche Emissionswerte einer Holz-Zentralheizung aus den 80er Jahren). Durch statistische Erhebungen kann die Anzahl der in Betrieb stehenden Anlagen nach verschiedenen Baujahren aufgeschlüsselt werden. Mittelt man dann die zuvor gewonnen Emissionswerte über den Anlagenbestand, so erhält man die Emissionsfaktoren für das jeweilige betrachtete Jahr. Diese Emissionsfaktoren geben an, wie viel mg an Schadstoff je MJ Brennstoffwärmeleistung im österreichischen Durchschnitt emittiert wird. Die Gesamtemissionen erhält man schließlich über den Energieverbrauch. Aufgrund der Messungen sind nur die Gesamtstaubemissionen erfasst. Das TFZ hat in einer aktuellen Arbeit nachgewiesen [Hartmann et al, 2003], dass bei Scheitholz-, Holzhackgut- und Pelletfeuerungen kleiner Leistung der weitaus größte Teil der Gesamtstaubemission im Feinstaubbereich bei aerodynamischen Durchmessern von weniger als 10 μm vorliegt und dass die meisten Messungen ein Maximum im Bereich < 1 μm aufweisen. Bei Scheitholz in Kesseln moderner Bauart ist der Anteil sehr feiner Stäube geringer. Der Feinstaubanteil verschiebt sich bei abnehmender Last in Richtung kleinerer Fraktionen. 16 Einheizen der Feuerungsanlage nach den Gewohnheiten des Benutzers bis zum Erlöschen der Flamme; die detaillierten Messergebnisse befinden sich im Anhang. 27/51

28 4.2 Daten Energetischer Endverbrauch in Niederösterreich Der Energieeinsatz an Brennholz und biogenen Brenn- und Treibstoffen in privaten Haushalten und in der Landwirtschaft in Niederösterreich wird seit 1988 von Statistik Austria erhoben und liegt in einem Bereich von etwa 17 bis 20 PJ bzw. 1,1-1,4 Millionen Tonnen pro Jahr bei leicht steigender Tendenz (im Durchschnitt 3-4% in den 15 dokumentierten Jahren [Energiebilanzen Niederösterreich]). Die zum Teil erheblichen Schwankungen in einzelnen Jahren ergeben sich aufgrund witterungsbedingter unterschiedlicher Heizlasten. Für die Jahrgänge, die zur Bilanzierung der Emissionen betrachtet werden, kann von folgenden tendenziellen Mittelwerten ausgegangen werden: Jahr Energetischer Endverbrauch an Brennholz und biogenen Brenn- und Treibstoffen in privaten Haushalten und in der Landwirtschaft in NÖ ,6 PJ ,3 PJ ,5 PJ ,7 PJ Tabelle 28: Energetischer Endverbrauch an Brennholz und biogenen Brenn- und Treibstoffen in privaten Haushalten und in der Landwirtschaft in NÖ Da für Niederösterreich keine Zahlen vor 1988 vorhanden sind, wurde für 1980 ebenso wie für 2005 der Trend des Energieverbrauchs der bekannten 15 Jahre linear extrapoliert 17. Die detaillierten statistischen Daten befinden sich im Anhang Anlagenstruktur Laut einer Studie der Energieverwertungs Agentur [Benke et al, 2003] kann für das Jahr 2000 für Österreich von folgender Altersstruktur der Heizkessel (exklusive Einzelöfen) im Bereich Holz ausgegangen werden: 17 Für Österreich wird von der Statistik Austria in den 70er Jahren bis Mitte der 80er Jahre etwa ein Drittel weniger energetischer Endverbrauch in diesen Sektoren angegeben als nach 1985 [Energiebilanzen Österreich]. Dieser Anstieg ist nicht nachvollziehbar, der Anlagenbestand hätte von 1980 bis 1985 um 50 % erhöht werden müssen. Deshalb wurde für 1980 nicht von Österreich auf Niederösterreich geschlossen. 28/51

29 Alter der Feuerungsanlagen Anteil Anlagen älter als 20 Jahre 50 % Anlagen zwischen 10 und 20 Jahre 21 % Anlagen bis 10 Jahre 29% Tabelle 29: Altersstruktur der Heizkessel in Österreich im Jahr 2000 [Benke et al, 2003] Diese Daten wurden aus dem Mikrozensus Raumwärme in Abhängigkeit der Gebäudegröße und Energieträger hochgerechnet. Da für Niederösterreich keine eigenen Daten vorliegen, wurden die gesamtösterreichischen Anteile übernommen. Der Anlagenbestand für 1995 wurde gleich angenommen. Für 1980 wurde ein einheitlicher Anlagenbestand alter Feuerungstechnik unterstellt. Für das Jahr 2005 wurden die von der Niederösterreichischen Landwirtschaftskammer (NÖ LWK) ermittelten Verkaufszahlen an Biomassefeuerungen [Furtner et Haneder, 2005] sowie Zahlen der Niederösterreichischen Kesseltauschförderung 18 [Angerer et al, 2004] berücksichtigt, womit sich folgende geringfügig verjüngte Altersstruktur der Heizkessel ergibt: Alter der Feuerungsanlagen Anteil Anlagen älter als 20 Jahre 47 % Anlagen zwischen 10 und 20 Jahre 23 % Anlagen bis 10 Jahre 30 % Tabelle 30: Altersstruktur der Heizkessel in Österreich im Jahr 2005 Nimmt man 1600 Volllaststunden von modernen Zentralheizungsanlagen an, so ergibt sich aus der in den 90er Jahren installierten Kesselleistung ein energetischer Endverbrauch von 3,2 PJ für das Jahr Mit den Anlagen, die älter als 10 Jahre waren, wurden also 10,9 PJ in Zentralheizungen verfeuert und 7,6 PJ in Einzelöfen (59 bzw. 41 % des Gesamtverbrauchs). Diese Aufteilung des Energieverbrauches wurde für alle betrachteten Stichjahre angenommen. Da für die Einzelöfen keine speziellen Daten zur Altersstruktur vorhanden sind, wird dieselbe Altersverteilung angenommen, wie bei den Zentralheizungen. Zwar sind diese Feuerungsanlagen im Durchschnitt wesentlich älter, es ist aber von untergeordneter Bedeutung ob ein Einzelofen 20 oder 40 Jahre alt ist, wenn die verwendete Technik vergleichbar ist. 18 Etwa jeder zweite verkaufte Biomassekessel wird im Rahmen dieser Aktion vom Land Niederösterreich gefördert. 29/51

30 4.2.3 Durchschnittliche Emissionswerte Die von [Spitzer et al, 1998] gemessenen spezifischen Emissionswerte für Holzfeuerungen wurden für verschiedene Zeiträume (Baujahre der Feuerungsanlage) gemittelt. Die Gewichtung erfolgte über den durchschnittlichen Brennstoffeinsatz der jeweiligen Feuerungsanlage. Für Zentralheizung betrieben mit Holz ergeben sich folgende durchschnittlichen Emissionswerte 19 : Periode (Anzahl) CO NO x orgc Staub jeweils in mg Schadstoff je MJ 20 Brennstoffwärmeleistung bis 1974 (6) bis 1979 (17) (23) (26) (34) (31) (11) Tabelle 31: Emissionswerte Zentralheizung Holz für verschiedene Perioden Auffallend sind die verhältnismäßig niedrigen Emissionswerte bis 1974 (vor allem bei Staub und organischen Kohlenwasserstoffen). Unter der geringen Anzahl an gemessenen Feuerungsanlagen waren sowohl die Messwerte niedrig als auch der jeweilige Brennstoffeinsatz deutlich unterdurchschnittlich. Diese statistische Abweichung wirkt sich in der Folge nur auf die Emissionsfaktoren von 1995 aus, da die Gruppe bis 1974 die Anlagen über 20 Jahren in diesem Stichjahr darstellt. Von den 79 gemessenen Zentralheizungsanlagen konnten 77 verwertet werden, bei 3 Anlagen war das Baujahr unbekannt. 19 Die Perioden wurden entsprechend der bekannten Altersverteilungen und der gewünschten Stichjahre gewählt, die Anzahl bezieht sich auf die Zahl der gemessenen Feuerungsanlagen in den jeweiligen Perioden mg/mj entspricht in etwa 1,5 mg/nm³ bei 13 % Sauerstoffgehalt im Abgas, je nach Heizwert des verfeuerten Brennstoffes 30/51

31 Für Einzelofen betrieben mit Holz ergeben sich folgende durchschnittliche Emissionswerte: Periode (Anzahl) CO NO x orgc Staub jeweils in mg Schadstoff je MJ Brennstoffwärmeleistung bis 1974 (7) bis 1979 (11) (6) (3) (3) (6) (4) Tabelle 32: Emissionswerte Einzelofen Holz für verschiedene Perioden Hier ist die Anzahl der gemessenen (29) und vor allem verwertbaren Einzelöfen (20, bei 8 Feuerungsanlagen war das Baujahr nicht bekannt, eine Messung konnte nicht verwertet werden) deutlich geringer, die Gefahr der zufälligen Fehler deshalb höher. Die Werte liegen aber in einer vergleichbaren Größenordnung zu den Zentralheizungsanlagen und die Tendenz im Lauf der Zeit ist plausibel. 4.3 Ergebnisse Biomasse stellt einen CO 2 -neutralen Brennstoff dar. Um Biomassefeuerungen mit fossil befeuerten Anlagen zu vergleichen, wurde das ebenfalls nicht leitungsgebundene Heizöl Extra Leicht herangezogen. Nach [Poupa, 2001] werden kg Kohlendioxid je TJ Heizöl Extra Leicht emittiert. Durch die Verfeuerung von nachwachsenden Rohstoffen in den Sektoren private Haushalte und Landwirtschaft werden in Niederösterreich somit jährlich 1,1 bis 1,3 Millionen Tonnen Kohlendioxid eingespart Angenommen wurden mittlere Jahresnutzungsgrade in den Jahren von 70 % für Biomasseanlagen und 80 % für Anlagen mit Heizöl Extra Leicht, vernachlässigt wurde jeweils der energetische Aufwand für die Bereitstellung des Brennstoffes (6-12 % der Energiemenge). 31/51

32 Mit den zuvor angegebenen Altersstrukturen und über Zeiträume (Baujahre) gemittelten Emissionswerten ergeben sich folgende Emissionsfaktoren für Biomassekleinfeuerungen: Jahr CO NO x orgc Staub jeweils in mg Schadstoff je MJ Brennstoffwärmeleistung Tabelle 33: Entwicklung der Emissionsfaktoren für Biomassekleinfeuerungen von 1980 bis 2005 Die Emissionsfaktoren für Kohlenmonoxid sind im betrachteten Zeitraum um ca. 30 % gesunken, für organische Kohlenwasserstoffe um über 35 % und für Staub um etwa 25 %. Für Stickoxide sind sie von 1980 bis 1995 um etwa % angestiegen und haben sich bei rund 100 mg/mj eingependelt. Mit dem energetischen Endverbrauch an Brennholz und biogenen Brenn- und Treibstoffen in privaten Haushalten und in der Landwirtschaft ergeben sich für Biomassekleinfeuerungen in Niederösterreich folgende jährliche Gesamtemissionen in Tonnen: Jahr CO NO x orgc Staub jeweils in Tonnen pro Jahr Tabelle 34: Entwicklung der Gesamtemissionen für Biomassekleinfeuerungen in Niederösterreich von 1980 bis 2005 Bezogen auf 1980 kam es bei Kohlenmonoxid, organischem Kohlenstoffgehalt und der Staubfracht jeweils zu deutlichen Abnahmen im Bereich von %. Selbst in den letzten 5 Jahren reduzierten sich diese Emissionen nochmals um ca. 10 % (siehe Abbildung 6, Abbildung 7 bzw. Abbildung 8). Für die derzeit in den Medien besonders häufig interessierenden Staubemissionen kann festgehalten werden, dass aufgrund des Anteils moderner Biomassekleinfeuerungen der jährliche Ausstoß seit 1980 um über 400 Tonnen reduziert werden konnte, obwohl die energetische Nutzung um 6 % in diesem Bereich gestiegen ist. 32/51