Biomasseheiztechniken und Emissionen - Prüfergebnisse -

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1 Biomasseheiztechniken und Emissionen - Prüfergebnisse - Dipl.-Ing. Th. Hering Wärme aus Biomasse Stand der Technik und Perspektiven , Bad Sassendorf, Haus Düsse Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven - Handlungsbedarf 1

2 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 s Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven - Handlungsbedarf 2

3 Dipl.-Ing. Th. Hering 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 (s) 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 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 3

4 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven - Handlungsbedarf Brennstoffeigenschaften - Vergleich Stickstoff 4,50 Stickstoffgehalt [% d. TM] 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 Körner Stroh Ganzpflanze Holz 0,50 0,00 n = 2 5 n = 2 3 n = 2 5 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 4 6 n = 4 7 n = 4 2 n = n = 55 n = 4 1 Roggen Weizen Gerste Triticale Hafer Raps Roggen (Avanti) Weizen (Batis) Gerste (Theresa) Hafer Raps (Flämling s- (Express) lo rd ) Triticale - GP Pappel Laubholz Nadelholz 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 4

5 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 = 2 5 n = 2 3 n = 2 5 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 4 6 n = 4 7 n = 4 2 n = n = 4 4 n = 3 6 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 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven - Handlungsbedarf 5

6 C Rechtliche Rahmenbedingungen In Anlagen < 100 kw th kann Getreide nur mit Sondergenehmigung genutzt werden, da Getreide kein Regelbrennstoff laut 3 der 1. BImSchV ist. Für Anlagen > 100 kw th FWL ist gemäß der 4. BImSchV ein aufwendiges Genehmigungsverfahren mit Einhaltung der TA-Luft erforderlich (bei Holz ab 1 MW FWL). Feuerungswärmeleistung Holz Stroh und Halmgut Getreide bis 15 * kw - Verbot - Verbot 15 * bis 100 kw nur mit Sondergenehmigung 100 kw bis 1 MW 4.BImSchV mit 4.BImSchV mit über 1 MW 4.BImSchV mit 4.BImSchV mit 4.BImSchV mit (Quelle: BMU/UBA) 6

7 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) Stufe 1: Anlagen, nach Inkrafttreten der Verordnung errichtet werden Brennstoff gemäß 3 Abs. 1 Nr. 1-3a Nennwärmeleistung [kw] Staub [g/m³] CO[g/m³]? ,09 1,0 > 500 0,09 0,5 Nr. 4-5 und? ,10 1,0 Nr. 8 > 500 0,10 0,5 Nr. 5a Nr. 6-7 Nr. 1 5a und Stufe 2: Anlagen, die nach Nr. 8 dem errichtet werden Nr. 6-7? ,06 0,8 > 500 0,06 0,5? 50 kw 100 0,10 0,8 > ,10 0,5 > 500 0,10 0,3?4 0,02 0,4? ,02 0,4 > 500 0,02 0,3 7

8 Grenzwerte (Praxismessung) für Anlagen und Brennstoffe nach Nr. 8 3 der 1. BImSchV (Bezugs O 2 13 %; Quelle: BMU/UBA) Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven - Handlungsbedarf 8

9 Kohlenmonoxid-Emissionen - Anlagenvergleich Referenzbrennstoff Wintergerstenkörner BImSchV CO [mg/nm³, tr.; 13 % O2] UBA 1. Stufe UBA 2. Stufe 0 TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln FH Köln TFZ FBZ DEULA HKRST 30 Agro 40 Agro 40 Passat C4 RHK AK 60 Powercorn 30 Powercorn 30 AWK SI 45 HKRST 100 n = 52 n = 156 n = 6 n = 6 n = 57 n = 6 n = 3 n = 73 n = 6 MAX MIN MW Kohlenmonoxid-Emissionen - Anlagenvergleich Referenzbrennstoff Winterweizenstroh 1. BImSchV CO [mg/nm³, tr.; 13 % O2] 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

10 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 Prüfstand Prüfstand Pellet Häcksel Pellet 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 Gesamtstaub-Emissionen Vergleich Referenzbrennstoffe Wintergerstenkörner Winterweizenkörner Winterweizenstrohpellets Winterroggenstrohpellets Staub [mg/nm³, tr.; 13 % O2] 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 Prüfstand Prüfstand Pellet Häcksel Pellet 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

11 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 Prüfstand Prüfstand Pellet Häcksel Pellet 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 PCDD/F Anlagen/Referenzbrennstoffvergleich (Körner) 1,000 Getreidekörner (RB) PCDD/F [ng I-TE/Nm 3, tr.; 11% O 2] 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 WG (RB) WW (RB) UBA Typenprüfung 0,100 0,000 HKRST 30 Agro 40 AWK SI 46 RHK-AK 60 Reka Agroflamm Biokompakt Heizomat TLL TLL FBZ FH Köln 11

12 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

13 diskontinuierliche Stroh-Ganzballen-Vergasung (Rundballen) Firma Herlt, Vielist (D) Nachlegeautomatik 145 kw th Einziger deutscher Hersteller Fa. Herlt, Vielist (Wiesenburg) 450 Weizenstroh (Rund-Ballen) CO, NOX, Ges.-C, Staub, HCl [mg/nm³, tr.; 11 % O2] CO: n = 12 NOX: n = 12 Ges.-C: n = 12 Staub: n = 10 HCl: n = 9 MAX MIN MW Quelle: Messbericht UBG, April

14 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Inhalte der Untersuchungen B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen C Rechtliche Rahmenbedingungen D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen E Perspektiven - Handlungsbedarf weitere Entwicklungen 2. Entwicklung von neuen Feuerungssystemen (Praxis) Fa. IHT Fa. Hargassner 14

15 E Perspektiven - weitere Entwicklungen 3. Entwicklung von Abscheidetechnologien Brennwerttechnik Fa. Guntamatic, Fa. Schräder, TLL/TLUG E Perspektiven - weitere Entwicklungen 4. Entwicklung von Abscheidetechnologien elektrostatische Abscheider (Praxisreife Prototypen) Bioenergie-Technik, Starnberg EMPA, Zürich ILK, Dresden; TLL Jena 15

16 E Perspektiven - weitere Entwicklungen 7. Erprobung innovativer Brennstoffe, Feuerungsysteme und Abscheidetechniken TLL TZNR Dornburg bei Jena Misch-Wäge-Anlage wassergekühlte Vorschubrostfeuerung mit Rauchgasrezirkulation + Filter Handlungsbedarf 1. Differenzierte Grenzwerte für Anlagen für Getreide und nicht holzartigen Bioenergieträgern gegenüber holzartigen Brennstoffen. 2. Anhebung der Leistungsgrenze genehmigungspflichtiger Anlagen mit Getreide und Stroh von 100 kw auf 1 MW (gleiche Leistungsgrenzen für die Genehmigungspflicht von Anlagen mit Biobrennstoffen). Feuerungswärmeleistung Holz Stroh und Halmgut Getreide bis 15 * kw - Verbot - Verbot 15 * bis 100 kw 15 * bis 100 kw 100 kw bis 1 MW 100 kw bis 1 MW über 1 MW über 1 MW 4.BImSchV mit 4.BImSchV mit 4.BImSchV mit 4.BImSchV mit TA 4.BImSchV Luft mit TA Luft nur mit Sondergenehmigung 4.BImSchV mit 4.BImSchV mit 4.BImSchV mit 16

17 Handlungsbedarf 1. Differenzierte Grenzwerte für Anlagen für Getreide und nicht holzartigen Bioenergieträgern gegenüber holzartigen Brennstoffen. 2. Anhebung der Leistungsgrenze genehmigungspflichtiger Anlagen mit Getreide und Stroh von 100 kw auf 1 MW (gleiche Leistungsgrenzen für die Genehmigungspflicht von Anlagen mit Biobrennstoffen). Feuerungswärmeleistung Holz Stroh und Halmgut Getreide bis 15 * kw 15 * bis 100 kw 100 kw bis 1 MW über 1 MW 4.BImSchV mit 4.BImSchV mit TA Luft 4.BImSchV mit Weitere Informationen unter t.hering@dornburg.tll.de bzw. 17