Auf der mitteleuropäischen Biomassekonferenz 2008 in Graz Österreich (16. bis 19. Jan.) stellten Forscher im internationalen Workshops “Fine particulate emissions from small-scale biomass combustion” neueste Untersuchungen zur Feinstaubemission aus Holzheizungen vor. Feinstaubemissionen und die daraus resultierendenGesundheitsrisiken haben sich in den vergangenen Jahren zu einem heiß diskutierten Thema entwickelt. Als die öffentliche Diskussion um Feinstaub nicht nur Dieselfahrzeuge betraf sondern auch den Hausbrand von Biomasse-Kleinfeuerungen, stand die Forschung allgemein vor dem Problem, dass kaum belastbares Datenmaterial zu Partikelemissionen von Biomasse-Kleinfeuerungen verfügbar war. Aus diesem Grund wurden nach Aufflammen der Diskussionen entsprechende Forschungsaktivitäten eingeleitet, deren Ergebnisse auf dem Grazer Workshop vorgestellt wurden.
Das Projekt “Feinstaubemissionen aus Biomasse-Kleinfeuerungen”, das von Prof. Obernberger, Institut fürProzesstechnik (IPT), TU Graz, geleitet wurde, beinhaltet die
wesentlichen Charakteristika von Feinstaubemissionen aus Biomasse-Kleinfeuerungen (Pellet-, Hackgut- und Stückholzkessel) sowie deren Konzentration im Rauchgas, Korngrößenverteilung und chemische Zusammensetzung. Auch wurden die Einflussgrößen auf dieFeinstaubbildung und Feinstaubemissionen erarbeitet. Das Projekt
wurde in einer Kooperation des IPT mit dem Austrian Bioenergy Centre(ABC) und namhaften österreichischen Biomasse-Kleinfeuerungsherstellern durchgeführt.
Moderne Biomasse-Kleinfeuerungen emittieren weniger Feinstaub als oftmals unterstellt
Ein zentrales Ergebnis der Studie ist, dass moderne automatische Biomasse-Kleinfeuerungen weniger Feinstaub emittieren als ihnen lange unterstellt wurde. Während Altanlagen mehr als 100 mg/MJ an Feinstaub ausstoßen, liegen die Emissionen im Nennlastbetrieb bei modernen Pelletkesseln unter 13 mg/MJ, bei Hackgutkesseln unter 30 mg/MJ und bei Stückholzkesseln unter 10 mg/MJ. Das entspricht einer Emissionsreduktion im Vergleich zu Altanlagen von 70 bis 90%. Ermöglicht wurde diese Emissionsminderung, durch neu entwickelte und optimierte Verbrennungstechnologien, die einen fast vollständigen Ausbrand gewährleisten, sowie durch die Anwendung moderner Regelungstechnologien, die einen vollautomatischen Anlagenbetrieb in einem breiten Leistungsspektrum sicherstellen.
Feinstaub ist nicht gleich Feinstaub
Im Vergleich zu Heizöl und Gas enthält Biomasse einen erheblichen Anteil an Asche. Dadurch entstehen bei der Verbrennung gezwungenermaßen Flugaschenemissionen (Staubemissionen), die bei vollständigem Ausbrand hauptsächlich aus Kaliumsulfaten, Kaliumchloriden und Kaliumcarbonaten, also Salzen, zusammengesetzt
sind. Bei Kleinfeuerungen ist ein Großteil dieser Flugaschenemissionen – mehr als 90% – dem Bereich PM1 zuzuordnen, besitzt also eine Korngröße <1 mikrometer. Neben diesen unvermeidbaren anorganischen Feinstaubemissionen werden bei der Biomasseverbrennung aber auch organische Partikel und Ruß emittiert. Diese kohlenstoffhaltigen Feinstaubemissionen sind ein Produkt der unvollständigen Verbrennung und können durch feuerungs- und regelungstechnische Maßnahmen minimiert werden. Während Feinstaubemissionen aus alten, schlecht geregelten oder unsachgemäß betriebenen Biomassefeuerungen von kohlenstoffhaltigen Partikeln deutlich dominiert werden, enthalten Feinstaubemissionen aus modernen automatischen Biomasse-Kleinfeuerungen weniger als 10 Gew% kohlenstoffhaltige Verbindungen und bestehen zu mehr als 90% aus anorganischen Salzen.Feinstaubemissionen aus Ölfeuerungen hingegen bestehen zum überwiegenden Anteil aus kohlenstoffhaltigen Partikeln und Schwefelverbindungen. Feinstäube aus unterschiedlichen Quellen weisen somit deutlich unterschiedliche Zusammensetzungen auf.
Feinstaubzusammensetzung und Gesundheitsrelevanz
Erste Ergebnisse von Forschungsarbeiten zeigen, dass die Gesundheitsrelevanz von Partikelemissionen stark von den Konzentrationen an kohlenstoffhaltigen Partikel im Feinstaub abzuhängen scheint. Im Zuge des Feinstaub-Workshops im Rahmen der Mitteleuropäischen Biomassekonferenz 2008 wurden erste Ergebnisse internationaler Studien zu diesem Thema präsentiert:
So zeigten finnische Untersuchungen (1), bei denen Lungenzellen Feinstaubproben aus der Holzverbrennung ausgesetzt wurden (sog.in-vitro Tests), dass deutlich stärkere Reaktionen sowie erhöhter Zelltod bei Partikelproben aus der unvollständigen Verbrennung auftraten als bei Partikelemissionen, die bei guten Anlagenbetriebsbedingungen beprobt wurden. In-vivo Studien (Inhalationstests) bei denen in Deutschland Ratten Partikeln aus der vollständigen Biomasseverbrennung ausgesetzt wurden, zeigten, dass
durch diese Partikel kaum Beeinträchtigungen der Atemwege auftraten
(2).
In diesem Zusammenhang weisen Prof. Obernberger sowie Prof. Jokiniemi (Universität Kuopio, Finland) darauf hin, dass es somit wichtig ist, die chemische Zusammensetzung von Feinstaubemissionen bei deren toxikologischen Beurteilung zu berücksichtigen. Generell lässt sich aus diesen Studien ableiten, dass das
Gesundheitsgefährdungspotential, das von Feinstaubemissionen moderner Biomasse-Kleinfeuerungen ausgeht, deutlich geringer ist, als das von
Partikeln aus Altanlagen.
Das Ersetzen von Altanlagen durch moderne Biomassefeuerungen reduziert Feinstaubemissionen
Aus dem derzeit vorliegenden Datenmaterial zu Feinstaubemissionen aus Biomasse-Kleinfeuerungen lässt sich wie folgt ableiten:
- Moderne automatische Feuerungen emittieren um 70 bis 90% weniger Feinstaub als alte, schlecht geregelte Anlagen.
- Durch verbesserte Verbrennungs- und Regelungstechnik konnte der Anteil an gesundheitlich besonders relevanten kohlenstoffhaltigen Feinstaubpartikeln bei modernen
Biomassefeuerungen auf 10% gemindert werden.
- Der Einsatz moderner Pellet-, Hackgut- und Stückholzkessel als Ersatz für alte Festbrennstofföfen sollte forciert, und entsprechend gefördert werden. Mit dieser Maßnahme könnten mehr als 3.900 t/a an Feinstaubemissionen eingespart werden.
Dass diese Aussagen nicht nur für Österreich Gültigkeit haben, bestätigt Prof. Jokiniemi (Universität Kuopio, Finnland), der ähnliche Maßnahmen für Finnland, wo ca. 20 bis 30% der landesweit emittierten Feinstaubpartikel derzeit der Biomasseverbrennung zugeordnet werden, vorschlägt. Dieser Argumentation schließt sich auch Erwin Stubenschrott, Geschäftsführer des Biomasse-Kleinfeuerungsherstellers KWB, an. “Heute wissen wir”, so Stubenschrott, “dass moderne Biomasse-Kleinfeuerungen nur einen Bruchteil der Feinstaubemissionen von Altanlagen verursachen. Dies ist vor allem auf die Entwicklungsarbeiten der vergangenen Jahre zurückzuführen, die neben der Optimierung der Benutzfreundlichkeit der Anlagen vor allem auch auf die Umsetzung emissionsmindernder Maßnahmen abzielten. Aus diesem Grund kann nur ein gezielter Austausch von Altanlagen gegen Neuanlagen zur gewünschten Reduktion der emittierten Staubfrachten führen.”
Der Grenzwert für Gesamtstaubemissionen aus automatischen Biomasse-Kleinfeuerungen soll in Österreich in naher Zukunft von 150 mg/MJ (derzeitiger Grenzwert) auf 50 mg/MJ abgesenkt werden. In Deutschland ist vorgesehen, die Staubemissionsgrenzwerte schrittweise zuerst auf 60 mg/Nm³ (Pelletskessel) bzw. 100 mg/Nm³ (Hackgut- und Stückholzkessel) und dann ab 2015 auf 20 mg/Nm³ zu reduzieren (1.BImSchV-Novelle). “Wie die Ergebnisse des Forschungsprojektes Feinstaubemissionen aus
Biomasse-Kleinfeuerungen deutlich zeigten”, so Stubenschrott, “liegen moderne Biomasse-Kleinfeuerungen schon heute bereits unter diesen neuen zukünftigen Grenzwerten für Österreich und Deutschland (Stufe 1/BImSchV). Selbst die in Deutschland ab 2015 geforderten besonders niedrigen Grenzwerte können bereits heute von einigen Produkten eingehalten werden.”
Ausblick – nicht auf den erfolgreichen Entwicklungen ausruhen
Stubenschrott führt aus, dass es erklärtes Ziel der Biomasse-Kleinfeuerungshersteller ist, eine umweltverträgliche, CO2-neutrale Wärmeversorgung mit heimischen Biomasse-Brennstoffen unter vernünftigen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zu ermöglichen. Die österreichischen Kleinfeuerungshersteller haben sich in den
vergangenen Jahren dem Problem der Feinstaubemissionen gestellt und dabei schon beachtliche Erfolge erzielt. Um in Zukunft noch niedrigere Feinstaubemissionen garantieren zu können, werden Erkenntnisse aus Forschungsprojekten laufend in der Anlagenentwicklung umgesetzt. Parallel wird auch an der Entwicklung von Feuerungs- und Filtertechnologien gearbeitet, die in Zukunft eine weitere Senkung der Feinstaubemissionen sicherstellen sollen. Die Entwicklung soll weiter in Richtung von “Zero-Emission Technologien”vorangetrieben werden.
Prof. Obernberger wies abschließend darauf hin, dass es in Zukunft wichtig sein wird, noch genauere Daten zur Gesundheitsauswirkung von Feinstaubemissionen aus
Biomasse-Kleinfeuerungen zu erlangen. Die genannten Studien haben zwar erste Ergebnisse und Indikationen bezüglich der Zusammenhänge zwischen den physikalischen und chemischen Eigenschaften von Feinstaubemissionen aus Biomasse-Kleinfeuerungen und ihrer Gesundheitsrelevanz gebracht, eine systematische Untersuchung ist
aber noch ausständig. Aus diesem Grund wird zur Zeit am IPT gemeinsam mit dem ABC und führenden österreichischen Kleinfeuerungsherstellern ein Projekt gestartet, bei dem, in Zusammenarbeit mit anerkannten internationalen Partnern, die toxikologischen Auswirkungen von Feinstäuben aus der Holzverbrennung systematisch untersucht werden sollen. Dabei sollen sowohl Partikelemissionen aus alten, schlecht verbrennenden Anlagen wie auch aus Neuanlagen einer genauen wissenschaftlichen Untersuchung und Bewertung unterzogen werden.
Literatur:
(1) Maija-Riitta Hirvonen, Pasi Jalava, Mikko Happo, Arto
Pennanen, Jarkko Tissari, Jorma Jokiniemi, Raimo O. Salonen, 2008:
In-vitro Inflammatory and Cytotoxic Effects of Size-Segregated
ParticulateSamples Collected from Flue Gas of Normal and Poor Wood
Combustion in Masonry Heater. in: Tagungsband zur Mitteleuopäischen
Biomassekonferenz, 16. – 19. Jänner 2008, Graz, Österreich
(2) Bernd Bellmann, Otto Creutzenberg, Jan Knebel, Detlef Ritter,
Gerhard Pohlmann, 2008: Health effects of aerosols from biomass
combustion plants. in: Tagungsband zur Mitteleuopäischen
Biomassekonferenz, 16. – 19. Jänner 2008, Graz, Österreich
Rückfragehinweis:
Prof. Dipl.-Ing. Dr. Ingwald Obernberger
Institut für Prozesstechnik, TU Graz
Austrian Bioenergy Centre GmbH, Inffeldgasse 21b, 8010 Graz
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Quelle: OTS-AT (leicht gekürzt)
