Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungsanlagen der 1. BImSchV in Hinsicht auf ihre Wirtschaftlichkeit Dr.-Ing. Andrej Stanev, Dr. Steffen Daebeler Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v.
Gliederung Einleitung Ziele im Bereich Umwelt- und Energiepolitik Problemstellung zur Emissionsreduktion bei Anlagen der 1. BImSchV FuE-Aktivitäten zur innovativen Emissionsminderung Entwicklungsstand im Bereich Reduzierung der Feinstaubemission von Holzfeuerungen der 1. BImSchV Ausblick Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 2
Einleitung Biomasse und nachhaltige Energieversorgung Die dezentrale Wertschöpfung über lokale Wirtschaftskreisläufe wird durch die Wärmeerzeugung aus Biobrennstoffen unterstützt. Die Wärmeerzeugung im dezentralen Bereich ist u.u. wirtschaftlich, aber Konkurrenzsituationen und Preissteigerungen sind denkbar. Eine hohe Brennstoffausnutzung ist bei modernen Kleinfeuerungen gängig, aber u.u. negative Effekte wie Emissionen, insbesondere Staubemissionen können auftreten. Die Wärmeerzeugung aus Biobrennstoffen wie z.b. Holz ist im Bereich der 1. BImSchV Stand der Technik, zur umweltfreundlichen Nutzung der Biobrennstoffe (neue Regelbrennstoffe, wirtschaftliche Einhaltung von Grenzwerten) liegt noch FuE-Bedarf vor. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 3
EU-Ziele der Umwelt- und Energiepolitik RL 2009/28/EG Vermeidung von CO 2 -Emissionen durch GESAMTZIEL: Nutzung Erneuerbarer Energien / Nachhaltigkeit EU: Länderspezifischer Plan der EU zur Erhöhung des EE-Anteils am Endenergieverbrauch bis 2020! Emissionshandel: CO 2 -Zertifikate ab 2013 vollständig am Markt 3 X 20 %: - 20 % Steigerung der Energieeffizienz, - 20 % Verringerung der Treibhausgasemissionen, - 20 % Anteil erneuerbarer Energiequellen am Gesamtenergieverbrauch der EU im Jahr 2020 Zielwert von 10 % für den Anteil der Biokraftstoffe im Jahr 2020 - soll nur durch nachhaltig und ökologisch produzierte Rohstoffe erreicht werden! Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 4
Rahmenbedingungen Meseberg -Ziel der Bundesregierung RE-Wärme : Erhöhung des Anteils der Wärmeproduktion aus regenerativen Energien auf 14% bis zum Jahr 2020 (Stand 2009: 8,8 % * ) Regelungen zur Wärmeerzeugung mit Biobrennstoffen: Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) ab 01.01.2009, Marktanreizprogramm (MAP) zur Förderung erneuerbarer Wärme (neue Fassung vom 07.07.2010), Bundesimmissionsschutzgesetz BImSchG mit Verordnungen: 1. BImSchG, 4. BImSchG / TA Luft u.a. FuE-Maßnahmen (BMELV, BMU, BMBF) * Quelle: BMU, Stand EE, Juli 2010 Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 5
Feste Bioenergieträger Holzpellets Hackgut aus Waldholz Stück- bzw. Scheitholz Holzindustriebrennstoffe Energiepflanzen Stroh-, Getreide und Rest- und Abfallstoffe aus der Landwirtschaft Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 6
Rahmenbedingungen 1. BImSchV Aktuelle Novelle der 1. BImSchV * vom 22.03.2010: Regelbrennstoffe - 3, Abs. 1, Nr. 8: Stroh und ähnliche pflanzliche Stoffe, nicht als Lebensmittel bestimmtes Getreide, wie Getreidekörner und Getreidebruchkörner, Getreideganzpflanzen, Getreideausputz, Getreidespelzen und Getreidehalmreste sowie Pellets aus den vorgenannten Brennstoffen, Regelbrennstoffe - 3, Abs. 1, Nr. 13: sonstige nachwachsende Rohstoffe, soweit diese die Anforderungen nach 3, Abs. 5 (Qualität, Messprogramm) einhalten. * Quelle: BMU, 2010 Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 7
Problemstellung Die Novellierung der 1. BImSchV sieht vor, dass künftig verschärfte Emissionsgrenzwerte für Staub/Feinstaub einzuhalten sind (ca. 10 % der 1 Mio. Zentralheizungsanlagen sind modern, von 14 Mio. Feuerstätten sind ca. 2 Mio. veraltet * ). Innovative Lösungen zur Minderung der gesundheits- und umweltschädigenden Emissionen können dazu führen, dass Hemmnisse auf dem Gebiet der energetischen Nutzung von biogenen Festbrennstoffen abgebaut werden. Dies erfordert die Entwicklung von primären und/oder sekundären Anlagentechniken zur Emissionsminderung bzw. zur Staubreduktion, welche die Wärmeerzeugung aus Biobrennstoffen auch wirtschaftlich unterstützen. * Quelle: BMU, 2008 Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 8
Projektförderung Bioenergie Für die Förderung von FuE- sowie Demonstrationsvorhaben zur Bioenergie ist das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) bzw. die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. (FNR) zuständig Projektförderung im Bereich Energetische Nutzung von Biomasse Richtlinie des BMELV zur Förderung von Demonstrationsvorhaben zur energetischen Nutzung nachwachsender Rohstoffe Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 9
FuE-Projekte Staubemissionsminderung 14 Projekte zur Staubemissionsminderung für Biomassefeuerungsanlagen im Geltungsbereich der 1. BImSchV mit 7 Entwicklungen neuer Techniken (2007-2010) Budget: 0,8 Mio., Fördersumme: 0,5 Mio. Neuartige technische Lösungen auf dem Gebiet der Abgasreinigungstechnik und/oder der Optimierung des Feuerungsprozesses für mit zugelassenen festen Biobrennstoffen befeuerte Kleinfeuerungsanlagen m Geltungsbereich der 1. BImSchV Verbesserung des Staub-Emissionsverhaltens, insbesondere Reduzierung der Feinstaubemissionen Scheitholzkessel, Scheitholzöfen, Pelletkessel, Pelletöfen, Strohfeuerungsanlagen Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 10
Strategien und FuE-Maßnahmen zur Reduktion von Feinstaub Primäre Maßnahmen: Brennstoffqualität, -aufbereitung Konstruktions-/Verbrennungstechnik Regelungs-/Verbrennungstechnik Sekundäre Maßnahmen: Mechanische Einrichtungen Elektrostatische Filter (nass/trocken) Kondensationseinrichtungen mit Brennwertfunktion Kombinierte Maßnahmen EFFIZIENZ, REGENERIERUNG, BETRIEBSVERHALTEN und WIRTSCHAFTLICHKEIT zentrale Schwerpunkte Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 11
FuE zur Emissionsreduzierung Primäre Maßnahmen Sekundäre Maßnahmen Verbrennungstechnik/Optimierung des Verbrennungsablaufes Kondensation/Wärmeübergang/ Verbrennungstechnik MTM Energy Consult Manderbach GmbH Elektrostatik/Kondensation/Fliehkraft/ Wärmeübergang Adhäsion, Filtration, Fliehkraft Fliehkraft/Katalyse/Oxidation IZES ggmbh / OTS GmbH Spartherm GmbH Viessmann/ BIOS TU Dresden Vereta GmbH ILK Dresden /Kiefel GmbH FH Gelsenkirchen/ Schräder GmbH ÖkoMetri-Institut / Kliewe GmbH Institut für Energieund Umwelttechnik e.v. ( IUTA) Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 12
FuE zur Feinstaubemission von Holzfeuerungen Projekte der Bekanntmachung vom 11.10.2006 FH Gelsenkirchen FKZ: 06NR214 Optimierung des Staubabscheiders Hydrocube: Variante mit E-Aufladung Quellen: Schräder GmbH/ FH Gelsenkirchen Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 13
FuE zur Feinstaubemission von Holzfeuerungen Projekte der Bekanntmachung vom 11.10.2006 ILK Dresden, FKZ: 06NR207 Abscheidegrade Abscheider-Typ I 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Rohgaskonzentration: 19,3 mg/mn³ 13 Vol.-% O Rohgaskonzentration: 19,0 mg/mn³ 13 Vol.-% O Rohgaskonzentration: 64,0 mg/mn³ 13 Vol.-% O Rohgaskonzentration: 24,6 mg/mn³ 13 Vol.-% O 10% 0% 1 2 3 4 Messreihe Quelle: ILK Dresden ggmbh Nennleistung/abgegebene Kesselleistung: 18 kw Brennstoff: Holzpellets (DIN) Abgastemperatur: 75 C eingestellte Elektrodenspannung: 15 kv Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 14
FuE zur Feinstaubemission von Holzfeuerungen Projekte der Bekanntmachung vom 11.10.2006 TU Dresden FKZ: 06NR225 Kaskaden-Staubabscheider mit Wäscher Spartherm GmbH FKZ: 06NR219 Elektrostatischer Staubabscheider für Einzelraumfeuerungen Quelle: TU Dresden Quelle: Spartherm GmbH Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 15
FuE zur Feinstaubemission von Holzfeuerungen Projekte der Bekanntmachung vom 11.10.2006 IUTA e.v. FKZ: 06NR217 Katalytischer Staubabscheider FhG Institut UMSICHT FKZ: 06NR211 Staubabscheider mit Mikrosiebtechnik Quelle: IUTA e.v. Quelle: FhG UMSICHT Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 16
Projekt der Viessmann AG Low-Dust-Biomassefeuerung 2 Low-Dust-Konzepte wurden im Rahmen des Projektes FKZ: 07NR205 entwickelt, geprüft und getestet: Low-Dust-Konzept mit getrenntem Pyrolyseschritt und nachgeschalteter Holzkohleverbrennung: die Ergebnisse zeigten, dass das Potential zur Reduktion von Feinstaubemissionen geringer als erwartet war. Low-Dust-Konzept mit extremer Luftstufung Vorversuche zeigten, dass eine Reduktion der Feinstaubemissionen unter 10 mg/nm 3 (13 Vol.% O 2, trockenes Rauchgas) mit diesem Konzept möglich ist. Projekt erfolgreich abgeschlossen - Prototyp mit extremer Luftstufung wird z.z. für die Produktion in Serie vorbereitet. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 17
Projekt der Viessmann AG Low-Dust-Biomassefeuerung Brennstoffbehälter Kessel- Prüfstand Zellradschleuse Brennstoffzufuhr Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 18
Wirtschaftlichkeit der Emissionsminderungsmaßnahmen Projekte der Bekanntmachung vom 11.10.2006 FKZ 06NR219 der Spartherm GmbH: Integrierter elektrostatischer Partikelabscheider - Produktionsmehrkosten liegen mit 331,- Euro im Rahmen (10 15 %). Die angegebenen Betriebskosten sind bei einer elektrischen Energieaufnahme von 10W bis 20W im Betrieb und um 1W im Bereitschaftszustand gering. Neuentwicklungen mit hohem Kostenreduktionspotential: FKZ: 06NR211 des FhG-Institutes UMSICHT Staubabscheider mit Mikrosiebtechnik Investitionskosten des Mikrosiebfilters in, je nach Filtermedium, ohne Anlagensteuerung Prototyp mit hohen Produktionskosten: - 50 kw: 3.400 5.200-100 kw: 6.500 9.800-500 kw: 23.400 35.100 (Schätzung) Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 19
Ausblick Trotz erkennbarer Erfolge im Bereich der erneuerbaren Energien sind die Ziele der EU und der Bundesregierung nur mit weiteren Anstrengungen erreichbar. Holz und nichtholzartige Brennstoffe stellen eine wichtige Option im Bereich Klimaschutz dar. Erste gezielte Maßnahmen des BMELV zur Emissionsminderung und Anlagenoptimierung konnten entwickelt und z.t. eingeführt werden! Es besteht weiterer FuE-Bedarf! Weitere FuE-Aktivitäten des BMELV bzw. der FNR zur Emissionsminderung bei Kleinfeuerungsanlagen mit Biobrennstoffen sind zur Umsetzung der neuen Umweltschutzanforderungen notwendig! Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 20
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Hofplatz 1 18276 Gülzow Tel: 03843/6930-112, Fax: 03843/6930-102 E-Ma l: info@fnr.de Internet: www.fnr.de Besuchen Sie das Internetportal: www.nachwachsende-rohstoffe.de Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Emissionsreduktion bei Kleinfeuerungen, Seite: 21