Holzfeuerungen mit bis zu 80% weniger NOx-Emissionen

Fraunhofer Forscher haben gemeinsam mit dem Projektpartner Endress Holzfeuerungen eine neuartige Feuerungstechnik entwickelt, die NOx-Emissionen um bis zu 80 Prozent reduzieren kann. Damit können auch zukünftige Grenzwerte zuverlässig eingehalten werden.

In einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekt ist es dem Projektkonsortium gelungen, das Prinzip der Brennstoffstufung in einer mittelgroßen Feuerungsanlage zu demonstrieren. Das Ziel, die Reduktion von Stickoxidemissionen um mindestens 50 Prozent im Vergleich zum Stand der Technik zu erreichen, wurde dabei übertroffen: im Projekt konnte eine Reduzierung um bis zu 80 Prozent gezeigt werden.

Die Versuche wurden an einer Unterschubfeuerung mit einer Nennleistung von 250 kW durchgeführt. Als Brennstoff dienten Briketts aus Spanplattenresten mit einem hohen Stickstoffanteil von 4,75 Prozent. Ohne Minderungsmaßnahmen lagen die NOx-Emissionen des Testsystems bei durchschnittlich 1.955 mg/m³N (bezogen auf einen Volumengehalt von 6 Prozent Sauerstoff im Abgas). Mit der Brennstoffstufung ließen sich die Werte im Mittel auf 361 mg/Nm³ senken. Ein Grenzwert von 370 mg/ m³N Stockoxidemissionen bei 6 Vol.-% O2, wie er in der 44. BImSchV für mittelgroße Feuerungsanlagen vorgeschrieben ist, könnte damit zuverlässig unterschritten werden.

Markus Heese, Geschäftsführer von Endress Holzfeuerungsanlagen sagt zu den Ergebnissen: »Wir waren zuversichtlich, dass die Technik auch für dezentrale, kleinere Anlagen funktioniert. Die Machbarkeit wurde im Vorfeld von Fraunhofer gezeigt. Umso erfreulicher, dass sich dies im Prototypen nun bestätigt hat und sogar die Zielsetzungen übertrifft. Wir verfolgen den Ansatz auf jeden Fall weiter.«

Bei der Entwicklung, Konstruktion und Fertigung des Prototyps wurde darauf geachtet, dass auch die Nachrüstbarkeit von Bestandsanlagen künftig möglich ist: in einer industrialisierten Form könnte die Brennstoffstufung als Zwischenmodul zwischen Gewölbe und Kessel eingefügt werden.

Der Anwendungsbereich der Technologie fokussiert sich auf mittelgroße Feuerungen im Leistungsbereich zwischen 100 kW und 2 MW. Bislang gibt es hier keine adäquate technische Lösung für die Stickoxidminderung. Vor allem für holzverarbeitende Betriebe wäre eine solche jedoch wichtig, um auch in Zukunft gestrichenes, lackiertes oder beschichtetes Holz, Spanplatten, Sperrholz oder verleimtes Holz energetisch nutzen zu können. Dessen Verbrennung ist in der Regel mit hohen Stickoxidemissionen verbunden. Die Diskussionen über Grenzwertüberschreitungen bei NOx und Feinstaub verdeutlichen zusätzlich den Handlungsbedarf.

Aktuell gibt es in der 1. BImSchV, die für kleine und mittlere Verbrennungsanlagen gilt, keine Grenzwerte für Stockoxidemissionen. Mittelfristig ist auf gesetzlicher Seite zu erwarten, dass ein solcher eingeführt wird. Hersteller und Betreiber von Biomasse-Feuerungen würde dies vor große Herausforderungen stellen.

Die Reduktion der Stickoxid-Emissionen wird in der neuen Anlage ausschließlich mit Hilfe von Primärmaßnahmen erreicht. Dr. Martin Meiller, Leiter der Abteilung Clean Combustion and Process Heat am Fraunhofer Institut UMSICHT erklärt es so: »In der Primärzone werden feste Brennstoffe wie zum Beispiel Holzreste oder andere biogene Brennstoffe herkömmlich verbrannt. In die Sekundärzone wird ein weiterer Brennstoff, der Reduktionsbrennstoff eingebracht. Dadurch entsteht eine Reduktionszone, in der Stickoxide mit Hilfe von Kohlenwasserstoffradikalen abgebaut werden.«

Der verwendete Sekundärbrennstoff ist bislang Erdgas, später sollen weitere Sekundärbrennstoffe wie beispielsweise Holzstaub erprobt werden, um komplett auf fossile Brennstoffe verzichten zu können. Forschungsteam und Industriepartner wollen das Projekt auf Basis der vielversprechenden Ergebnisse nun fortsetzen und in den kommenden Jahren ein Serienprodukt auf den Markt bringen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Martin Meiller
Abteilungsleiter Clean Combustion and Process Heat
Telefon +49 9661 8155-421
E-Mail martin.meiller@umsicht.fraunhofer.de

Weitere Informationen:

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