Sekundärmaßnahmen verringern Feinstaubausstoß

In den letzten Jahren haben die Verbraucher Holz als Energieträger neu für sich entdeckt. Rund 14 Mio. Feuerstätten sind in Deutschland in Betrieb, Tendenz nach wie vor steigend. Das Heizen mit dem traditionellen Brennstoff ist nahezu CO2-neutral und es gilt daher als besonders umweltfreundlich. Dies relativiert sich, wenn man die aus der Verbrennung resultierende Feinstaubbelastung berücksichtigt. Stand nach der erfolgreichen Reduzierung der Gesamtstaubemissionen aus Industrieprozessen1) überwiegend der Verkehr im Rampenlicht, wurde vor etwa zwei Jahren die öffentliche Diskussion auch auf die Landwirtschaft und mit Festbrennstoff betriebene Feuerstätten ausgeweitet.

Ein Vergleich verdeutlicht zumindest das quantitative das Ausmaß des Problems: Bereits heute sind in Deutschland die Feinstaubemissionen aus Holzfeuerungsanlagen2) in Haushalten und im Kleingewerbe insgesamt etwa so hoch wie die aus dem Verkehr (ohne Abrieb von Reifen und Bremsen und ohne Aufwirbelungen). Nicht nur an viel befahrenen Straßen, sondern auch in Wohngebieten gelangen so Feinstäube in niedriger Höhe in die Luft. Obwohl die Belastung in Wohngebieten niedriger ist als im Straßenraum, stellt sie doch für Menschen eine Gesundheitsbeeinträchtigung dar.

Was ist Feinstaub?

Staub ist ein Gemisch aus Partikeln unterschiedlichster Größe und Herkunft und kann sowohl aus natürlichen (Pollen, Bodenerosion) und aus anthropogenen Quellen, z.B. Feuerungs- oder Produktionsanlagen, stammen. Grobstäube halten sich nur relativ kurze Zeit in der Luft, während Feinstäube auch über längere Zeit in der Atmosphäre verbleiben und über größere Strecken transportiert werden können. Staub ist in Abhängigkeit von der Partikelgröße und der ihm anhaftenden Stoffe unterschiedlich stark gesundheitsgefährdend. Als Feinstaub bezeichnet man Partikel kleiner als 10 µm. Die dafür meistens benutzte Bezeichnung PM10 setzt sich aus der englischen Abkürzung für „particulate matter“ und der Größenbezeichnung zusammen. Da sich der Durch­messer von Partikeln dieser Größenordnung nicht sinnvoll messen lässt, sind PM10 nach offizieller Definition „Partikel, die einen größenselektierenden Lufteinlass passieren, der für einen aerodynamischen Durchmesser von 10 μm eine Abscheidewirksamkeit von 50 % aufweist“.

Ins öffentliche Bewusstsein gelangte das Feinstaubproblem durch die seit 2005 geltende EU-Richtlinie 1999/30/EG3). Schon 1999 verabschiedet, legt sie als Grenzwerte (Tagesmittelwerte) eine Konzentration von 50 µg/m3 Luft an maximal 35 Tagen und einen Jahresmittelwert von 40 µg/m3 fest4). Die zurzeit geltende (aber in Überarbeitung befindliche) 1. Bundes-Immissionsschutzverordnung (1. BImSchV5)) regelt nur den Schadstoffausstoß für Feuerungsanlagen mit einer Nennwärmeleistung über 15 kW. Verschiedene Städte haben deshalb für die Feuerstätten mit geringerer Leistung Verordnungen erlassen, die einen Betrieb nur bei Einhaltung strenger Emissionsgrenzwerte erlaubt. So gelten beispielsweise in München seit dem 3. Mai 2006 für neue Feststofffeuerungsanlagen unter 15 kW Grenzwerte für CO (1,5 g/m3), für Staub (75 mg/m3) und für Stickoxid (200 mg/m3).

Ansätze in BImSchV-Novelle

Wird, wie vom Umweltbundesamt geplant, die 1. BImSchV in Kürze geändert, werden generell alle Einzelraumfeuerstätten von 4 bis 15 kW in den Anwendungsbereich der Verordnung fallen. Im Referentenentwurf vom Juni 2007 werden einige Werte genannt, z.B. 0,10 g/m3 Staub für Feuerstätten, die mit naturbelassenem Holz oder Holzbriketts betrieben werden. Bei Wärmeerzeugern für Pellets sind es in der 1. Stufe der geplanten BImSchV-Novelle 0,03 bis 0,05 g/m3 Rauchgas.

Für die Einhaltung der Grenzwerte dieser Feuerstätten ist ein Zweistufenprogramm vorgesehen (Tabelle 1). Nach Inkrafttreten der neuen BImSchV wird ein Staubgrenzwert für Prüfstandsmessungen der Feuerstätten gefordert, der derzeit schon von Feuerstätten eingehalten wird, die beispielsweise das EFA-Qualitätssiegel tragen. 2014 soll dann die Anforderung an die Staubemission weiter angezogen werden. Darüber hinaus ist eine Initialberatung für den Feuerstättenbetreiber geplant, z.B. durch den Schornsteinfeger. So soll sichergestellt werden, dass die Feuerstätten ordnungsgemäß betrieben werden. Eine wiederkehrende Messung an Einzelraumfeuerstätten bis 8 kW ist bisher nicht vorgesehen. Ab 2015 ist in einem Stufenplan das „aus dem Verkehr nehmen“ alter Feuerstätten geplant, wenn diese eine Einstufungsmessung nicht bestehen. Betreiber von Altanlagen müssen ihren Wärmeerzeuger dann entweder stilllegen oder mit emissionsreduzierenden Maßnahmen nachrüsten. Hier sind bereits erste Lösungen in Sicht.

Sekundärmaßnahmen

Bereits heute verfügbar ist eine regelungstechnische Maßnahme, die Kutzner + Weber entwickelt hat, mit der die Emissionen deutlich ver­ringert werden können. Mit der K+W-Universal-Ofenregelung6) lässt sich der Abbrand bei allen handbeschickten Feuerstätten optimieren, wobei das System herstellerunabhängig funktioniert. Ausgangspunkt ist die reale Betriebssituation der Feuerstätte, die mit einem hochwertigen Sensor erfasst wird. Die maßgeblichen Parameter sind die Strömungsgeschwindigkeit und -richtung sowie die Temperatur im Verbindungsstück. Der Ist-Zustand zum Zeitpunkt der Messung wird dann von der Regeleinheit mit gespeicherten besten Bedingungen verglichen. Werden Abweichungen vom Optimalwert festgestellt, sendet der Regler Vorgaben an die angeschlossenen Komponenten, um das Ergebnis zu verändern. Vom Anheizen bis zum Halten der Glut steuert die Ofenregelung die installierten Bestandteile immer so, dass in der Feuerstätte beste Verhältnisse in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustands herrschen. So wird ein energiesparender und emissionsarmer Verbrennungsprozess gewährleistet.

Eine direkte Feinstaubreduzierung leistet der Partikelabscheider ZumikRon von Kutzner + Weber. Das auf dem Prinzip der elektrostatischen Abscheidung beruhende Bauteil wird in die Verbindungsleitung integriert und entfernt aus dem Rauchgas bis zu 80 % des Feinstaubs (PM10 und kleiner). Der Partikelabscheider kann als sekundäre Maßnahme bei den meisten Holzfeuerungsanlagen unabhängig von Marke und System mit einer maximalen Leistung von 35 kW und einem Abgasrohrdurchmesser von 150 bis 300 mm eingesetzt werden.

Ein anderes Konzept hat Schräder umgesetzt. Der HydroCube7) besteht aus einem Abgaswärmeübertrager mit Kondensatwäsche, was neben einer Wirkungsgradverbesserung gleichzeitig zu einer Reduzierung der Staubemission um rund zwei Drittel führt. Der HydroCube wird direkt hinter der Feuerstätte nach dem Feuerungsstutzen installiert, auch der nachträgliche Einbau ist möglich. Die heißen Abgase durchströmen den wasserführenden Wärmeübertrager und erwärmen so indirekt das Heizungswasser. Gleichzeitig bewirkt die anschließende Rauchgaswäsche die Entfernung der meisten Rußpartikel und Stäube aus dem Abgas. Motorisch gesteuerte Bypassklappen sorgen im Dauer- und Volllastbetrieb für eine störungsfreie Funktion. Der HydroCube wird im Leistungsbereich von 15 bis 2000 kW insbesondere für Feuerstätten eingesetzt, die mit Holz und Getreide beschickt werden.

Aufklärungsarbeit

Die Emissionen aus Festbrennstofffeuerstätten sind zu einem guten Teil von individuellen Faktoren abhängig. Wie viel Feinstaub tatsächlich ausgestoßen wird, hängt nicht nur von Art, Alter und Eigenschaft der Anlage ab. Auch die Befeuerung, der Wartungszustand des Wärmeerzeugers sowie die Auswahl und Qualität des Brennstoffs spielen eine große Rolle. Grundsätzlich darf nur naturbelassenes, ausreichend getrocknetes Heizmaterial eingesetzt werden. Für Scheitholz werden einfache Feuchtemessgeräte angeboten, mit denen auch der Endverbraucher seinen Brennstoff prüfen kann. Mehr als 20 % Restfeuchte sollte generell nicht im Brennholz vorhanden sein, wobei der Referentenentwurf zur 1. BImSchV „unter 25 % Feuchtegehalt bezogen auf das Trockengewicht“ nennt.

Anders als bei automatisch beschickten Pellet-Heizkesseln hat der Verbraucher einen großen Einfluss auf die Emissionsentwicklung. Daher ist eine offensive Informationspolitik zum sachgerechten Heizen von enormer Bedeutung. Die intensive Beratung über die richtige Bedienung der Feuerstätte muss deswegen einen größeren Stellenwert bekommen. Im Anforderungskatalog des EFA-Qualitätssiegels (Europäische Feuerstätten Arbeitsgemeinschaft) wird diesem Aspekt bereits Rechnung getragen. So werden unter dem Stichwort „Bedienungsanleitung“ zahlreiche Punkte abgefragt, die auf eine korrekte Handhabung und damit auf einen emissionsarmen Betrieb ausgerichtet sind.

Moderne Feuerstätten mit optimierter Verbrennungstechnik erfüllen die derzeit diskutierten Kriterien der ersten Stufe der BImSchV und genießen nach dem aktuellen Referentenentwurf eine Bestandsgarantie. Strengere Grenzwerte können in Zukunft durch intensive Entwicklungsarbeit eingehalten werden.

1) Reduzierung verbrennungsbedingter Gesamtstaubemissionen zwischen 1990 und 2002 von 431 kt auf 95 kt (1991 bereits auf 150 kt durch Effekte nach der Wiedervereinigung).

2) Laut Bundestagsdrucksache 16/4811 wurden 2005 aus Holzfeuerungsanlagen der 1. BImSchV etwa 24 kt Feinstaub emittiert, davon etwa 22 kt aus privaten und 2 kt aus gewerblichen Anlagen. Die motorbedingten Emissionen des Straßenverkehrs (vorwiegend Dieselruß) beliefen sich im gleichen Zeitraum auf ca. 20,8 kt. Die Feinstaubemissionen durch private und gewerbliche Holz­verbrennung tragen zu etwa 13 % zu den gesamten Feinstaub­emissionen in Deutschland bei.

3) Richtlinie 1999/30/EG Des Rates vom 22. April 1999 über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide, Partikel und Blei in der Luft.

4) Der 35-Tage-Grenzwert wurde 2003 bei 140 von 368 Stationen in Deutschland überschritten. Bei 24 Stationen wurde der Jahresgrenzwert von 40 µg überschritten.

5) Aktueller Referentenentwurf zur 1. BImSchV auf: http://http://www.bmu.de/luftreinhaltung/downloads/doc/39616.php

6) Universal Ofenregelung für Kamin- und Kachelöfen – Beste Voraussetzungen für optimale Verbrennung, TGA 9-2006

7) „HydroCube“ erhöht den Wirkungsgrad von Heizungsanlagen – Mehr Wärme, weniger Staub, TGA 9-2006

Im Referentenentwurf zur 1. BImSchV werden die Brennstoffe in § 3 geregelt:

(1) In Feuerungsanlagen nach § 1 dürfen nur die folgenden Brennstoffe eingesetzt werden:

1. Steinkohlen, nicht pechgebundene Steinkohlenbriketts, Steinkohlenkoks,

2. Braunkohlen, Braunkohlenbriketts, Braunkohlenkoks,

3. Torfbriketts, Brenntorf bis [36 Monate nach dem Tag der Verkündung],

3a. Grill-Holzkohle, Grill-Holzkohlebriketts entsprechend DIN EN 1860, Ausgabe September 2005,

4. naturbelassenes stückiges Holz einschließlich anhaftender Rinde, beispielsweise in Form von Scheitholz, Hackschnitzeln, sowie Reisig und Zapfen,

5. naturbelassenes nicht stückiges Holz, beispielsweise in Form von Sägemehl, Spänen, Schleifstaub oder Rinde,

5a. Presslinge aus naturbelassenem Holz in Form von Holzbriketts entsprechend DIN 51731, Ausgabe Oktober 1996, oder in Form von Holzpellets entsprechend den brennstofftechnischen Anforderungen des DINplus-Zertifizierungsprogramms „Holzpellets zur Verwendung in Kleinfeuerstätten nach DIN 51731-HP 5“, Ausgabe Januar 2004“, oder andere Holzpellets aus naturbelassenem Holz mit gleichwertiger Qualität.

6. gestrichenes, lackiertes oder beschichtetes Holz sowie daraus anfallende Reste, soweit keine Holzschutzmittel aufgetragen oder infolge einer Behandlung enthalten sind und Beschichtungen keine halogenorganischen Verbindungen oder Schwermetalle enthalten,

7. Sperrholz, Spanplatten, Faserplatten oder sonst verleimtes Holz sowie daraus anfallende Reste, soweit keine Holzschutzmittel aufgetragen oder infolge einer Behandlung enthalten sind und Beschichtungen keine halogenorganischen Verbindungen oder Schwermetalle enthalten,

8. Stroh, Getreideganzpflanzen, Getreidekörner und -bruchkörner, Pellets aus Getreideganzpflanzen oder Getreidekörnern, Getreideausputz, Getreidespelzen und Halmreste, […].

Dr., Geschäftsführer Europäische Feuerstätten Arbeitsgemeinschaft, Koblenz, E-Mail: mail@efa-europe.com, https://www.efa-europe.com/