Feinstaubminderung im Umfeld der Braunkohlentagebaue Heinz-Michael Erken, RWE Power AG, Köln Feinstaubbelastung im Umfeld der Tagebaue Seit über 10 Jahren finden Feinstaubmessungen im Rheinischen Revier statt. Bisher wurden an zwei Messstellen (Niederzier; 2005, 2012, 2011 und Grevenbroich; 2006 und 2007) unzulässige Überschreitungen der Tagesmittelwerte (mehr als 35 Überschreitungen pro Jahr) festgestellt, in deren Folge zunächst Aktion- und später Luftreinhaltepläne [1] und [2] aufgestellt wurden. Alle übrigen Messergebnisse lagen unterhalb der gesetzlich festgelegten Grenzwerte. Die Umsetzung der in den Plänen zur Luftreinhalteplanung festgelegten Maßnahmen hat zu einer spürbaren Verringerung der Lufqualitätstbelastung durch die Tagebaue beigetragen. Die Anteile der Tagebaue sanken auf jeweils 11% an der Gesamtbelastung. Das entspricht einem Rückgang um bis zu 50%. Die Grenzwerte werden seit 2012 flächendeckend eingehalten. Darauf hin wurden Überlegungen zur Aufstellung eines revierweiten Luftreinhalteplans, der vom MKULNV und Umweltverbänden immer wieder vehement gefordert wurde, zurückgestellt. Feinstaubentstehung und Feinstaubquellen in Tagebauen Im Zuge der Erarbeitung des Aktionsplans für die Umgebung des Tagebaus Hambach [3] im Jahr 2005 wurde ein erstes umfassendes Maßnahmenpaket zur Minderung der Feinstaubimmissionen entwickelt. Hierzu bediente sich RWE Power insbesondere des Sachverstandes der Bergischen Universität Wuppertal, Fachbereich für Sicherheitstechnik und Umweltschutz, und der Technischen Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Geowissenschaften/Umweltmineralogie. Zunächst ging es um die Lokalisierung von Feinstaubquellen [4] und im Weiteren um die Entwicklung von wirksamen Feinstaubminderungsmaßnahmen. Als Ergebnis der bisherigen Untersuchungen kann festgehalten werden, dass die Feinstäube in den Tagebauen in erster Linie durch mechanische Zerkleinerung entstehen. Hierbei steht der Massentransport auf den Bandanlagen im Vordergrund. Bei der Übergabe von einer Bandanlage auf die nächste sowie beim Abrieb von anhaftendem Material an den Bandgurten findet zum einen eine mechanische Kornzerkleinerung statt. Zum anderen können bereits vorhandene Partikel aus dem Sediment gelöst und aufgewirbelt werden. Staubungsschwerpunkte, auch Hot Spots genannt, sind mit Blick auf den Tagebaubetrieb daher die Bandsammelpunkte und die Kohlebunker der Tagebaue. An den Bandsammelpunkten laufen alle Förderbänder der Gewinnungsseite zusammen. Der Abraum wird hier auf die Förderbänder aufgegeben, die zu den Absetzern führen, und die Kohle auf die Bänder zum Kohlebunker. Während einzelne Bänder und auch die Gewinnungs- 1
geräte im weitläufigen Tagebaufeld als Einzelquelle immissionsseitig kaum in Erscheinung treten, findet an einem Bandsammelpunkt, über den sämtliches gewonnene Material des Tagebaus gefördert wird, eine entsprechende Konzentration statt. Emissionen auf Fahrwegen durch Aufwirbelung können in den Bereichen relevant sein, in denen sich der Fahrzeugverkehr der Tagebaue konzentriert. Dies sind in der Regel die befestigten Straßen zwischen den sogenannten Tagesanlagen, in denen sich die Sozialräume, die Werkstätten und die Betriebsführung befinden, und dem Tagebaugelände. Im eigentlichen Tagebaubereich ist der Fahrzeugverkehr wie zuvor geschildert eher gering. Feinstaubminderungsmaßnahmen Im Folgenden werden ausgewählte Beispiele beschrieben. Um den Abrieb von anhaftendem Material auf der Gurttragseite im Untergurt zu reduzieren, wurden Gurtintensivreinigungsanlagen entwickelt. Zusammen mit einer sogenannten Untergurtbedüsung, einem Düsenbalken der in regelmäßigen Abständen den Untergurt der Bandanlagen befeuchtet, konnte die Feinstaubentstehung im Bereich der Bandanlagen erheblich reduziert werden. Da Braunkohle hydrophob ist, lässt sie sich nicht ohne weiteres durch Wasser binden. Um den Einsatz optimierter Düsenformen für den gesamten Kohleförderweg zu untersuchen, hat RWE Power hierzu ein Forschungs- und Entwicklungs-Projekt mit der Bergischen Universität Wuppertal durchgeführt. An einem sogenannten Düsenprüfstand auf dem Gelände der Deutschen Montan Technologie, Essen, wurden mehr als 70 Düsen hinsichtlich ihrer Staubminderungswirkung untersucht und für verschiedene Anwendungsfälle bewertet. Im Ergebnis werden für die unterschiedlichen Einbauorte optimierte Düsentypen an den Sprühanlagen eingesetzt. Für die Bandschleifenwagen (Abwurfgeräte) des Kohlebunkers wurde eine Hochdruckbedüsung entwickelt, eingebaut und getestet. Die Hochdruckbedüsung zeichnet sich durch eine höhere Wurfweite und einen umfassenden Wasserschleier aus. Auch die Aufnahmegeräte im Kohlebunker Hambach wurden nach dem erfolgreichen Einsatz an den Bandschleifenwagen mit einer Hochdruckbedüsung ausgestattet. Nach erfolgreichem Test einer modifizierten optimierten Bedüsung an einem Kohlebagger, wird das System auch an weiteren für den Einsatz in der Kohleförderung disponierten Baggern installiert. An den Bunkergeräten wurden Staubschutznetze eingebaut. Diese verringern die Windangriffsfläche und reduzieren damit den Staubaustrag. Auch in den Zugbeladungen wurden Staubschutznetze eingebaut, wodurch eine gezieltere Staubniederschlagung möglich ist. Zur Vermeidung der Staubausbreitung wurde dieses System gemeinsam mit Abdeckungen auch in den Übergabebereichen von Kohlebandanlagen und an den Übergaben der Kohlebagger etabliert. Im Tagebau Hambach wurden innerhalb der beiden Kohleförderwege die Bandübergaben mit eingebauten Kohlebrechern eingehaust. Gleichzeitig werden Abstreifersysteme 2
und Gurtintensivreinigungssysteme eingebaut. Diese Maßnahme stellt eine der größten konstruktiven Herausforderungen für die Kollegen im Tagebau dar, gepaart mit dem Umstand, dass der Einbau sukzessive in einzelnen Stillständen erfolgen muss, da die Verfügbarkeit der Kohleversorgung oberste Priorität hat. Über diese beiden Bandanlagen wird die Kohle für gut 15 % des Stroms in NRW gefördert! In Abhängigkeit von der Infrastruktur der Wasserver- und -entsorgung, erfolgte an den Bandsammelpunkten der Aufbau eines Wenderegnersystems oder die Inbetriebnahme von stationären Staubbindemaschinen. Die Wenderegner und die Staubbindemaschinen decken mit ihren Sprühnebeln die Staubungsschwerpunkte an den Förderwegen ab. Die Festlegung der Einbauorte der Staubbindemaschinen erfolgte nach lokalen Immissionsmessungen in Abstimmung mit der BU Wuppertal. Für den Einsatz im Rahmen von Instandhaltungen oder bei Störungen an Immissionsschutzeinrichtungen wurden mehrere mobile Staubbindemaschinen angeschafft. Zur optimierten Steuerung der Immissionsschutzeinrichtungen wurden neue Wettermessstationen in der Nähe der Immissionsschutzanlagen aufgebaut. Hierdurch wird vermieden, dass aufgrund der großen räumlichen Entfernung innerhalb der Tagebaue unterschiedliche Windrichtungen und -geschwindigkeiten sowie Niederschlagsmengen zu einer Fehlsteuerung der Immissionsschutzeinrichtungen durch eine zentrale Wettermessung mit abweichender Meteorologie führen. Diese Maßnahme steht in Zusammenhang mit einer fortschreitenden automatisierten Steuerung der Immissionsschutzanlagen der Tagebaue. Diese erfolgt inzwischen nicht mehr manuell, sondern über eine Fernsteuerung der zentralen Betriebsüberwachung des Tagebaus. Der einwandfreie Betrieb der Immissionsschutzeinrichtungen wird durch Kameras und Prozessmeldungen in der Betriebsüberwachung überwacht. Auch sämtliche Bedüsungen an den Förderwegen werden vom Laufsignal der Bandanlagen angesteuert und gehen beim Anfahren des jeweiligen Förderweges automatisch in Betrieb. Für den Bereich des innerbetrieblichen Verkehrs besteht mittlerweile ein ganzes Maßnahmenbündel. Angefangen von LKW-Reifenwaschanlagen über Stützpunkte zur Fahrzeugreinigung bis hin zur Einrichtung von Reinigungsstrecken zur Reifenreinigung, kombiniert mit einer Zwangsführung über diese sogenannten nassen Straßen. Weiter bei den Verkehrswegen mit der Beschaffung und dem Einsatz von mehreren Spezialkehrmaschinen mit Feinstaubfiltern zur Reinigung befestigter Flächen in Kombination mit der Versiegelung unbefestigter Fahrwege zur optimierten Reinigung und der Benetzung der unbefestigten Wege. Zudem erfolgten die Ausweitung der innerbetrieblichen Geschwindigkeitsbegrenzungen und die Einführung eines GPS-gestützten Hilfsgeräteleitsystem, dass auch für die Immissionsschutzfahrzeuge eingesetzt wird. Nach erfolgreichen Versuchen im Tagebau Inden zum Einsatz von Magnesium-Chlorid- Lösung als Staubbindemittel auf Fahrwegen, werden diese nun auch im Tagebau Hambach und im Tagebau Garzweiler auch während der Winterperioden auf befestigten und unbefestigten Wegen eingesetzt. Bedingt durch den erweiterten Umfang für den Einsatz von MgCl 2 -Lösung wurden dezentrale Siloanlagen für den Umschlag erforderlich. 3
Diese Aufzählung ist bei weitem nicht vollständig. Zudem wird das Maßnahmenportfolio der RWE Power auch zukünftig permanent weiterentwickelt. Herausforderungen bei der Feinstaubminderung Einen erheblichen Einfluss auf die Immissionssituation hat die Meteorologie. Im Rheinland herrschen in den Sommermonaten überwiegend Windrichtungen aus Süd-West vor, die meist mit auskömmlichen Windgeschwindigkeiten und gering vorbelasteter Luft daherkommen. In den Wintermonaten treten oft Inversionswetterlagen auf. Dabei ist der vertikale Luftaustausch ist dann unterbrochen. Gleichzeitig herrschen Ostwinde vor, die nur über geringe Windgeschwindigkeiten verfügen. Die Kontinentalluft ist auf ihrem Weg aus den östlichen Regionen Europas, aber auch aus dem Ruhrgebiet, bereits höher vorbelastet. Die Schwachwinde führen zu einer Aufkonzentrierung der Schadstoffe. Die Zusatzbelastung durch den Bandsammelpunkt im Tagebau Hambach wirkt sich dann entsprechend an der Messstelle Niederzier aus. Eine weitere Herausforderung für den Immissionsschutz ergibt sich im Winter bei Frost. Wasserbasierte Maßnahmen stehen dann nur eingeschränkt zur Verfügung. In den letzten Jahren arbeitet RWE Power daher verstärkt daran, wasserbasierte Maßnahmen in der Form weiterzuentwickeln, dass sie bis in den Frostbereich hinein weiterbetrieben werden können. Hierzu gehört, dass verstärkt Hochdrucksysteme zum Einsatz kommen, deren Leitungen systembedingt frostsicher sind und daher keinen Schaden nehmen können. Diese Systeme können auch bei Minustemperaturen von bis zu 10 betrieben werden, sofern nicht durch Eisbildung die Sicherheit von Mitarbeitern gefährdet ist. Eine weitere Form der Weiterentwicklung wasserbasierter Minderungsmaßnahmen sind Zweistoffsysteme, die mit Wasser und Druckluft arbeiten. Durch die Druckluft ist es möglich, die Leitungssysteme bei Frost auszublasen und kurzfristig bei Plusgraden wieder in Betrieb zu nehmen. Hierdurch wird die Anlagenverfügbarkeit entscheidend erhöht. Diese Anlagen arbeiten dann entsprechend mit einer Meteorologiesteuerung vollautomatisiert. Sofern es angezeigt und möglich ist, werden Anlagenteile gekapselt oder abgedeckt und hinsichtlich des Materialflusses optimiert. Damit ist ein nachgewiesen wirksamer Schutz vor Feinstaubaustrag ganzjährig möglich. Eine große Herausforderung dabei ist, dass es sich um bestehende und im Betrieb befindliche Anlagen handelt. Nahezu jeder Umbau erfordert daher gesonderte Konstruktionsleistung und bei der Umsetzung eine sehr aufwendige Stillstandsplanung. Zu Bedenken ist hierbei, dass jede Arbeit an einem Bauteil innerhalb eines Förderweges Auswirkungen auf die Verfügbarkeit der gesamten Förderkette vom Bagger bis zum Absetzer hat. Auch die nachfolgende Instandhaltung an eingehausten Anlagen wird erheblich erschwert. Ein nicht zu vernachlässigender Aspekt ist die Sensibilisierung der Mitarbeiter. Immissionsschutzsysteme beeinflussen in vielfältiger Weise die Arbeitsabläufe, insbesondere beim Einsatz von Wasser. Dies erfordert Akzeptanz bei den Mitarbeitern. Ferner bedingen die Immissionsschutzeinrichtungen teilweise einen hohen Instandhaltungsaufwand. Im weitläufigen Tagebaubereich ist daher jeder Mitarbeiter aufgefordert ein besonderes Augenmerk auf die Funktionstüchtigkeit der Anlagen zu legen, auch wenn deren Betrieb nicht in den eigenen Aufgabenbereich fällt. Hier wurden in den vergangenen Jahren in- 4
nerbetriebliche Monitoring- und Meldesysteme etabliert, die den störungsfreien Betrieb und eine hohe Anlagenverfügbarkeit gewährleisten. Die Sensibilisierung der Mitarbeiter findet regelmäßig in Ablösegesprächen und gesondert in Immissionsschutzworkshops statt. Letztere legen ein besonderes Augenmerk auf die Themen Lärm und Staub. Sie werden zudem genutzt, die Ideen und das Know how der Mitarbeiter abzufragen und in neue Minderungsmaßnahmen zu überführen. In diese Veranstaltungen werden auch die Mitarbeiter von Fremdfirmen eingebunden. Darüber hinaus werden sämtliche Arbeitsgruppenleiter regelmäßig in Lehrgängen geschult. Das Thema Immissionsschutz ist dabei neben Themen wie Betriebs- und Mitarbeiterführung oder Arbeitsschutz ein fester Schulungsbestandteil. Für das Thema Immissionsschutz wurde aufgrund des Umfangs der Maßnahmen, die für die drei Tagebaue umgesetzt werden, zudem eine eigene Projektorganisation erforderlich. In einem Lenkungskreis werden Beschlüsse zu Budget und Maßnahmen getroffen und innerhalb der Tagebaue koordiniert. Auf der Ebene der Tagebaue erfolgt dann in Projektteams die Maßnahmenumsetzung. Die Maßnahmenentwicklung ergibt sich aus den Ergebnissen der Grundlagenuntersuchungen der BU Wuppertal und den Vorschlägen der Mitarbeiter vor Ort und wird durch die Fachabteilung Immissionsschutz und die Projektteams koordiniert. Eine weitere Herausforderung, die sich im Winter ergibt, sind zusätzliche Quellen, die mit sinkenden Temperaturen auftreten. Eine Quelle mit wachsender Bedeutung ist dabei der Hausbrand. Um einen Überblick über diese zusätzliche Quelle zu erhalten, hat RWE Power nach den Veröffentlichungen der Landesumweltamtes Baden-Württemberg die BU Wuppertal damit beauftragt, entsprechende Untersuchungen in Niederzier anzustellen. Fazit RWE Power betreibt einen erheblichen Aufwand zur Reduzierung der Feinstaubemissionen der Tagebaue. Alle Mitarbeiter sind sich der Verantwortung bewusst, dass am Thema Feinstaub ein wesentlicher Teil der Akzeptanz unserer bergbaulichen Tätigkeit gekoppelt ist. Entsprechend hoch ist das Engagement auf diesem Gebiet. Dies gilt für alle Ebenen. Literaturverzeichnis [1] Bezirksregierung Düsseldorf, Luftreinhalteplan Grevenbroich, i.d.f. vom 01.04.2009 [2] Bezirksregierung Köln, Luftreinhalteplan Hambach vom 31.12.2012 [3] Bezirksregierung Köln, Aktionsplan in der Umgebung des Tagebaus Hambach, 29. September 2005 [4] U. Klenk, Entwicklung eines Verfahrens zur Lokalisierung von Feinstaubquellen am Beispiel eines Braunkohlentagebaus, 1., Aufl. Shaker, 2009. 5