Halmgutartige Biomasse als Brennstoff. Dipl.-Ing. Th. Hering

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1 Halmgutartige Biomasse als Brennstoff Dipl.-Ing. Th. Hering Heizen mit Schilf ENIM- Projekt , Greifswald Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven und Handlungsbedarf 1

2 Europäische Anbieter von Heizanlagen für Getreide ( < 100 kw th ) Europäische Anbieter von Heizanlagen für Halmgüter 2

3 DEULA SH Paul Künzel GmbH Prisdorf TU Hamburg-Harburg FNR Gülzow WKI Braunschweig FBZ e.v. Merseburg FH Köln TLL Dornburg ILK Dresden FH Bingen Koordination FNR/TLL weitere Felduntersuchungen TLL/TLUG/ILK (5 Anlagen) FH Köln (5 Anlagen), DEULA (1), FBZ (1) Zwischenergebnisse! FuE-Vorhaben primäre/sekundäre Emissionsminderungen IVD Stuttgart Grimm GmbH Amberg FH Amberg-Weiden ATZ Sulzbach Rosenberg TFZ Straubing Koordination F&E Feldtests ; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven und Handlungsbedarf 3

4 Kontinuierliche Messung von: O 2, CO, CO 2, SO x, NO x, N 2 O, Ges-C Diskontinuierliche Messung von: Staub, Feinstaub PCDD/F, HCl PAK (Benzo(a)pyren) BTEX (Benzol) Untersuchte Feuerungsanlagen (Feldtests) Brennstoffe Leistung Hersteller Typ Feuerungsprinzip Getreide Stroh Institution [kw th ] Pellet Ballen/Häcksel Reka HKRST Vorschubrostfeuerung X X TLL Reka HKRST Vorschubrostfeuerung X TLL Reka HKRST Vorschubrostfeuerung X X DEULA Passat C4 40 Brennmuldenfeuerung X X FH Köln Biokompakt AWK 45 SI 45 Unterschubfeuerung X X FBZ, FH Köln Heizomat HSK-RA Kettenumlaufrost X X FH Köln Ökotherm C1L 120 Brennmuldenfeuerung X X FH Köln Agroflamm Agro Unterschubfeuerung X X TLL, FH Köln, IVD/TFZ Guntamatic Powercorn Rostfeuerung X x TLL, FH Köln, TFZ Linka Linka-H Brennmuldenfeuerung X TLL Herlt HSV Ganzballenvergaser X TLL Untersuchte Brennstoffe Getreidekörner Stroh Pellet Ballen/Häcksel Sonstige Winterweizen (Referenz) Winterweizen (Referenz) Winterweizen (Referenz) Holzpellets Wintergerste (Referenz) Winterroggen (Referenz) Winterweizen (grau) Triticale-GP Pellets Winterweizen Triticale Triticale Grüngutpellets Wintergerste GNP Pellets Winterroggen Rapspresskuchen Pellets Triticale ; Peisker, D.; Dr. Vetter A. 4

5 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven und Handlungsbedarf 5

6 Physikalisch-mechanische Parameter von Halmgutballen Exakte Ballenmaße z.b. 1,20 x 1,30 x 2,20 m (Z3150) FG < 20 %, keine Feuchtenester Gleiche Ballenlänge Geringer Beikrautanteil, < 10 % Gleiche Ballenbreite und ~ höhe Gleichmäßige Pressdichte > 120 kg/m³ Brennstoffeigenschaften - Vergleich Rohaschegehalte 16,0 Rohaschegehalt [% d. TM] 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Körner Stroh Rohrglanzgras Schilfrohr Ganzpflanze Holz 0,0 n = 25 n = 2 3 n = 25 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 4 7 n = 42 n = 288 n = 12 n = 51 Roggen Weizen Gerste Triticale Hafer Raps Roggen (Avanti) Hafer Raps Weizen Gerste (Flämling s(express) - (Batis) (Theresa) lo rd ) Triticale - Pappel Laubholz Nadelholz GP MAX 2,0 1,9 3,0 2,1 4,9 4,8 8,4 12,8 9,3 10,9 12,0 7,6 4,5 1,2 2,2 MIN 1,5 1,3 1,9 1,6 3,0 4,1 2,6 3,2 3,0 4,8 4,0 3,4 0,6 0,3 0,2 MW 1,7 1,6 2,5 2,1 3,5 4,4 5,5 6,3 6,5 8,0 8,0 5,0 2,0 0,6 0,8 6

7 Staub-Emissionen Baxi, 23 kw th Holzhackschnitzel/Holzpellets Industrieholzpellets Mischungen Getreidekörner Rapskörner Mühlennebenprodukte Brennstoffeigenschaften - Vergleich Stickstoff 4,50 Stickstoffgehalt [% d. TM] 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 n = 25 n = 2 3 n = 25 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 4 6 n = 47 n = 42 n = 28 8 n = 55 n = 4 1 Roggen Weizen Körner Gerste Triticale Hafer Raps Roggen (Avanti) Weizen (Batis) Stroh Rohrglanzgras Schilfrohr Gerste (Theresa) Hafer Raps (Flämling s- (Express) lo rd ) Triticale - Papp el Laubho lz Nadelholz GP MAX 1,97 2,59 2,22 2,18 2,27 3,85 1,13 0,93 1,27 1,13 1,49 1,42 1,22 2,66 0,28 MIN 1,51 2,10 1,59 1,66 1,54 3,21 0,33 0,28 0,29 0,22 0,42 0,38 0,19 0,11 0,07 MW 1,72 2,36 1,96 1,91 1,87 3,51 0,59 0,58 0,63 0,53 0,76 1,06 0,56 0,49 0,14 Ganzpflanze Holz 7

8 NO x -Emissionen Baxi, 23 kw th Stickoxid-Emissionen Agro 40, 40 kw th 8

9 Brennstoffeigenschaften - Vergleich Chlor Chlorgehalt [% d. TM] 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 n = 25 n = 23 n = 25 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 47 n = 42 n = 288 n = 44 n = 36 Roggen Weizen Körner Gerste Triticale Hafer Raps Roggen (Avanti) Weizen (Batis) Stroh Gerste (Theresa) Hafer Raps (Flämling s(express) - lo rd ) Triticale - Pappel Laubholz Nadelholz GP MAX 0,09 0,10 0,18 0,07 0,12 0,07 0,73 0,67 1,56 1,69 1,83 0,53 0,11 0,07 0,02 MIN 0,03 0,07 0,08 0,03 0,05 0,02 0,03 0,02 0,03 0,06 0,06 0,01 0,00 0,01 0,00 MW 0,07 0,08 0,13 0,05 0,10 0,04 0,24 0,23 0,43 0,64 0,58 0,16 0,02 0,02 0,01 Ganzpflanze Holz HCl-Emissionen Baxi, 23 kw th 9

10 Brennstoffcharakteristik Vergleich Ascheschmelzverhalten Temperatur [ C] Sintertemperatur Erweichungstemperatur Sphärischtemperatur Halbkugelpunkt Fließtemperatur Nacktgetreide Spelzgetreide Triticale-GP Getreidestroh Miscanthus Waldholz Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven und Handlungsbedarf 10

11 C Rechtliche Rahmenbedingungen Relevante Emissionsgrenzwerte Anlagengröß e relevante Bezugs - Emissionsgrenzwerte Vors chrift s auers toff CO S taub Ges.-C NO x SO 2 Vol. % g/m 3 n mg/m 3 n mg/m 3 n mg/m 3 n g/m 3 n Emissionsgrenzwerte bei der Verfeuerung von unbehandeltem Ho lz < 15 kw keine Emissionsbeschränkungen kw 1.BImSchV kw 1.BImSchV kw 1.BImSchV kw 1.BImSchV 13 0, ,5 MW TA-Luft 11 0, ,0 2,5-5 MW TA-Luft 11 0, , MW TA-Luft 11 0, ,0 Besondere Regelung beim Einsatz von Stroh und ähnlichem pflanzlichen Material < 15 kw kein Einsatz von Halmgut erlaubt kw 1.BImSchV kw TA-Luft 11 0, , MW TA-Luft 11 0, ,0 ; Dr. Vetter A. (Quelle: BMU/UBA) 11

12 Brennstoffe nach Nr. 8 3 der 1. BImSchV Grenzwerte (Typenprüfung) für Anlagen und Brennstoffe nach Nr. 8 3 der 1. BImSchV (Bezugs O 2 13 %; Quelle: BMU/UBA) Grenzwerte (Praxismessung) für Anlagen und Brennstoffe nach Nr. 8 3 der 1. BImSchV (Bezugs O 2 13 %; Quelle: BMU/UBA) 12

13 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven und Handlungsbedarf Kohlenmonoxid-Emissionen - Anlagenvergleich Referenzbrennstoff Winterweizenstroh 1. BImSchV CO [mg/nm³, tr.; 13 % O 2 ] UBA 1. Stufe UBA 2. Stufe 0 TLL TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln DEULA HKRST 60 HKRST 30 Agro 40 Agro RHK AK 60 C1L HKRST 100 Häcksel Strohpellets Strohpellets Strohpellets Strohpellets Strohpellets Strohpellets n = 11 n = 18 n = 23 n = 6 n = 66 n = 6 n = 6 MAX MIN MW

14 Kohlenmonoxid-Emissionen - Anlagenvergleich Referenzbrennstoff Winterroggenstrohpellets BImSchV CO [mg/nm³, tr.; 13 % O 2 ] UBA 1. Stufe UBA 2. Stufe 0 TLL FH Köln FH Köln FH Köln DEULA TFZ HKRST 30 Agro RHK AK 60 C1L HKRST 100 Powercorn 30 n = 8 n = 6 n = 6 n = 6 n = 6 n = 3 MAX MIN MW Kohlenmonoxid-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe 4000 CO [mg/nm³, tr.; 13 % O 2 ] Wintergerstenkörner Winterweizenkörner Winterweizenstrohpellets Winterroggenstrohpellets 1. BImSchV UBA 1. Stufe 500 UBA 2. Stufe 0 TLL FBZ TFZ TLL FBZ TFZ TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln TFZ Agro 40 AWK SI Powercorn Agro 40 AWK SI Powercorn Agro 40 HKRST RHK AK Agro RHK AK Powercorn Feldtest Feldtest Prüfstand Feldtest Feldtest Prüfstand Pellet Feldtest Häcksel Feldtest Pellet Feldtest Feldtest Feldtest Prüfstand n = 156 n = 73 n = 3 n = 171 n = 69 n = 4 n = 23 n = 11 n = 66 n = 6 n = 6 n = 3 MAX MIN MW

15 Gesamtstaub-Emissionen Vergleich Referenzbrennstoffe Wintergerstenkörner Winterweizenkörner Winterweizenstrohpellets Winterroggenstrohpellets Staub [mg/nm³, tr.; 13 % O 2 ] BImSchV UBA 1. Stufe 50 UBA 2. Stufe 0 FH Köln FBZ TFZ TLL FBZ TFZ TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln TFZ Agro 40 AWK SI Powercorn Agro 40 AWK SI Powercorn Agro 40 HKRST RHK AK Agro 40 RHK AK Powercorn Feldtest Feldtest Prüfstand Feldtest Feldtest Prüfstand Pellet Feldtest Häcksel Feldtest Pellet Feldtest Feldtest Feldtest Prüfstand n = 6 n = 6 n = 3 n = 3 n = 3 n = 4 n = 3 n = 10 n = 6 n = 6 n = 6 n = 3 MAX MIN MW Stickoxid-Emissionen Vergleich Referenzbrennstoff 1400 Wintergerstenkörner Winterweizenkörner Winterweizenstrohpellet Winterroggenstrohpellets 1200 NO X [mg/nm³, tr.; 13 % O 2 ] UBA 1. Stufe UBA 2. Stufe TLL FBZ TFZ TLL FBZ TFZ TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln TFZ Agro 40 AWK SI Powercorn Agro 40 AWK SI Powercorn Agro 40 HKRST RHK AK Agro 40 RHK AK Powercorn Feldtest Feldtest Prüfstand Feldtest Feldtest Prüfstand Pellet Feldtest Häcksel Feldtest Pellet Feldtest Feldtest Feldtest Prüfstand n = 156 n = 73 n = 3 n = 171 n = 69 n = 4 n = 23 n = 11 n = 66 n = 6 n = 6 n = 3 MAX MIN MW

16 Vorschubrostfeuerung Fa. REKA - Reka-HKRST 60, 54 kw th Vorschubrostfeuerung Fa. REKA - Reka-HKRST 60, 54 kw th CO, NOX, SO2, Ges.-C, Staub [mg/nm³, tr.; 13 % O2] REKA 56 kw, Wi-Weizenstrohhäcksel (Referenz) CO NOX SO2 Ges.-C Staub n = 11 n = 11 n = 11 n = 10 n = 10 MAX MIN MW ; Peisker, D.; Dr. Vetter A. 16

17 Vorschubrostfeuerung Fa. REKA - Reka-HKRST 60, 54 kw th REKA 56 kw, Wi-Weizenstrohhäcksel (Referenz) [%] , ,5 3,1 PM 10 PM 2,5 PM < 2,5 n = 7 Wi-Weizenstrohhäcksel (Referenz) ; Peisker, D.; Dr. Vetter A. Brennmuldenfeuerung - Fa. Linka, Dk Wärmeversorgung von Ställen: 5000 m², Büro u. Sozialgebäude: 400 m² Brennstoff: Strohballen aufgelöst Leistung: 400 kw th Fernwärmenetz: 400 m 17

18 Brennmuldenfeuerung Firma Lin-Ka (Dk), 400 kw th Ergebnisse der kontinuierlichen Messungen 1000 CO, NOX, SOX, Ges.-C [mg/nm³, tr.; 11 % O2] CO: n = 9 CO: n = 27 NOX: n = 9 NOX: n = 27 SOX: n = 9 SOX: n = 27 Ges.-C: n = 9 Ges.-C: n = 27 Weizenstroh Triticalestroh Weizenstroh Triticalestroh Weizenstroh Triticalestroh Weizenstroh Triticalestroh MAX MIN MW

19 diskontinuierliche Stroh-Ganzballen-Vergasung (Rundballen) Firma Herlt, Vielist (D), 145 kw Nachlegeautomatik Einziger deutscher Hersteller Fa. Herlt, Vielist (Wiesenburg) CO, NOX, Ges.-C, Staub, HCl [mg/nm³, tr.; 11 % O2] Weizenstroh (Rund-Ballen) CO: n = 12 NOX: n = 12 Ges.-C: n = 12 Staub: n = 10 HCl: n = 9 MAX MIN MW Quelle: Messbericht UBG, April

20 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven und Handlungsbedarf weitere Entwicklungen 1. Entwicklung von neuen Feuerungssystemen (Praxis) Fa. IHT Fa. Hargassner 20

21 E Perspektiven - weitere Entwicklungen 2. Entwicklung von Abscheidetechnologien Brennwerttechnik Fa. Guntamatic, Fa. Schräder, TLL/TLUG E Perspektiven - weitere Entwicklungen 3. Entwicklung von Abscheidetechnologien elektrostatische Abscheider (Praxisreife Prototypen) Bioenergie-Technik, Starnberg EMPA, Zürich ILK, Dresden; TLL Jena 21

22 E Perspektiven - weitere Entwicklungen 4. Erprobung innovativer Brennstoffe, Feuerungsysteme und Abscheidetechniken TLL TZNR Dornburg bei Jena Misch-Wäge-Anlage wassergekühlte Vorschubrostfeuerung mit Rauchgasrezirkulation + Filter Ausgewählte strohgefeuerte (Heiz-) Kraftwerke in Europa (nach D. Thrän, M. Kaltschmitt 2001) Standort Leistung Feuerungssysteme Jährlicher Brennstoffeinsatz Inbetriebnahme Ensted aufgelöst/ Mg Stroh 40 MW Dänemark el Stoker Mg Hackschnitzel 1998 Cambridgeshire aufgelöst/ Mg Stroh 36 MW Großbritannien el Stoker (50-miles-Radius)sowie Erdgas 2001 Studstrup Dänemark 30 von 150 MW el aufgelöst/ Stoker Mg Stroh sowie mind. 80 % Kohle 1995 Sangüesa 25 MW el aufgelöst/ Spanien mit KWK Stoker Mg Stroh 2002 Slagelse 11,7 MW el aufgelöst/ Mg Stroh Dänemark mit KWK Stoker Mg Hausmüll 1990 Maribo 9,3 MW el aufgelöst/ Dänemark mit KWK Stoker Mg Stroh ,5 von 17 Grena aufgelöst/ Mg Stroh MW Dänemark el pneumatisch Mg Kohle mit KWK 1992 MasnedØ 8,3 MW el aufgelöst/ Mg Stroh Dänemark mit KWK Stoker Mg Hackschnitzel Mg Stroh, 5,6 von 28 Mabjerg Zigarrenbrenner, Mg Hausmüll, MW Dänemark el 2 weitere Kessel Mg Hackschnitzel, mit KWK Erdgas 1993 Haslev 5,0 MW el Dänemark mit KWK Zigarrenbrenner Mg Stroh 1989 RundkØbing 2,3 MW el aufgelöst/ Mg Stroh

23 Handlungsbedarf 1. Differenzierte Grenzwerte für Anlagen für halmgutartige Bioenergieträger gegenüber holzartigen Brennstoffen. 2. Anhebung der Leistungsgrenze genehmigungspflichtiger Anlagen für Halmgüter von 100 kw auf 1 MW (gleiche Leistungsgrenzen für die Genehmigungspflicht von Anlagen mit Biobrennstoffen). Holz 1.BImSchV Getreide 1.BImSchV- Verbot Stroh und Halmgut 1.BImSchV- Verbot Feuerungswärmeleistung bis 15 * kw 15 * bis 100 kw 15 * bis 100 kw 100 kw bis 1 MW 100 kw bis 1 MW über 1 MW über 1 MW 1.BImSchV 1.BImSchV 1.BImSchV 1.BImSchV 4.BImSchV mit 4.BImSchV TA Luft mit TA Luft 1.BImSchV 1.BImSchV 4.BImSchV 1.BImSchVmit 4.BImSchV TA Luft mit TA 4.BImSchV Luft mit TA Luft nur 1.BImSchV mit Sondergenehmigung 4.BImSchV 1.BImSchVmit 4.BImSchV TA Luft mit 4.BImSchV TA Luft mit TA Luft Weitere Informationen unter t.hering@dornburg.tll.de bzw. 23