Biomasseheiztechniken und Emissionen - Prüfergebnisse - Dipl.-Ing. Th. Hering Wärme aus Biomasse Stand der Technik und Perspektiven 24.01.2008, 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
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
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 30 30 Vorschubrostfeuerung X X TLL Reka HKRST 60 60 Vorschubrostfeuerung X TLL Reka HKRST 100 98 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 60 60 Kettenumlaufrost X X FH Köln Ökotherm C1L 120 Brennmuldenfeuerung X X FH Köln Agroflamm Agro 40 40 Unterschubfeuerung X X TLL, FH Köln, IVD/TFZ Guntamatic Powercorn 30 30 Rostfeuerung X TLL, FH Köln, TFZ Linka Linka-H 400 400 Brennmuldenfeuerung X TLL Herlt HSV 145 145 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
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 = 2 8 8 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
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 = 2 8 8 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
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
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]? 4-500 0,09 1,0 > 500 0,09 0,5 Nr. 4-5 und? 4 500 0,10 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 31.12.2014 errichtet werden Nr. 6-7? 4-500 0,06 0,8 > 500 0,06 0,5? 50 kw 100 0,10 0,8 > 100 500 0,10 0,5 > 500 0,10 0,3?4 0,02 0,4? 4 500 0,02 0,4 > 500 0,02 0,3 7
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
Kohlenmonoxid-Emissionen - Anlagenvergleich Referenzbrennstoff Wintergerstenkörner 4000 3500 1. BImSchV CO [mg/nm³, tr.; 13 % O2] 3000 2500 2000 1500 1000 500 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 2626 22 1 1578 73 47 54 37 900 MIN 56 3 0 663 4 21 39 2 300 MW 262 6 0 1185 21 34 48 6 650 Kohlenmonoxid-Emissionen - Anlagenvergleich 4000 3500 Referenzbrennstoff Winterweizenstroh 1. BImSchV CO [mg/nm³, tr.; 13 % O2] 3000 2500 2000 1500 1000 500 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 264 4602 321 951 140 706 2000 MIN 49 271 21 30 9 167 400 MW 98 2374 110 189 33 346 1067 9
Kohlenmonoxid-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe 4000 CO [mg/nm³, tr.; 13 % O 2 ] 3500 3000 2500 2000 1500 1000 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 45 30 45 30 60 60 60 30 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 22 37 54 38 106 361 321 264 140 588 344 182 MIN 3 2 39 2 6 11 21 49 9 148 45 170 MW 6 6 48 6 34 109 110 98 33 260 157 175 Gesamtstaub-Emissionen Vergleich Referenzbrennstoffe 450 400 Wintergerstenkörner Winterweizenkörner Winterweizenstrohpellets Winterroggenstrohpellets Staub [mg/nm³, tr.; 13 % O2] 350 300 250 200 150 100 1. 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 45 30 45 30 60 60 60 30 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 65 104 70 34 132 176 44 67 28 143 232 302 MIN 19 72 55 27 102 138 24 29 16 93 145 245 MW 30 85 65 31 114 150 36 48 21 118 192 267 10
Stickoxid-Emissionen Vergleich Referenzbrennstoff 1400 Wintergerstenkörner Winterweizenkörner Winterweizenstrohpellet Winterroggenstrohpellets 1200 NO X [mg/nm³, tr.; 13 % O 2 ] 1000 800 600 400 UBA 1. Stufe UBA 2. Stufe 200 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 40 RHK AK Powercorn 45 30 45 30 60 60 60 30 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 698 670 452 792 792 474 364 456 328 427 414 380 MIN 600 497 440 585 211 393 226 386 210 354 300 362 MW 652 598 447 706 657 442 269 423 265 387 352 358 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
Brennmuldenfeuerung Firma Lin-Ka (Dk), 400 kw th Ergebnisse der kontinuierlichen Messungen 1000 CO, NOX, SOX, Ges.-C [mg/nm³, tr.; 11 % O2] 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 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 925 10074 388 479 25 28 33 303 MIN 258 2052 332 347 5 6 5 30 MW 623 5572 356 417 13 18 15 148 12
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] 400 350 300 250 200 150 100 50 0 CO: n = 12 NOX: n = 12 Ges.-C: n = 12 Staub: n = 10 HCl: n = 9 MAX 378 445 7 133 10 MIN 17 190 4 34 2 MW 86 286 5 67 6 Quelle: Messbericht UBG, April 2005 13
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
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
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
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 www.tll.de/nawaro t.hering@dornburg.tll.de bzw. 17