Fraunhofer Forscher haben gemeinsam mit dem Projektpartner Endress Holzfeuerungsanlagen eine neuartige Feuerungstechnik entwickelt, die NOx-Emissionen um bis zu 80 % reduzieren kann. Damit können auch zukünftige Grenzwerte zuverlässig eingehalten werden.
In einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekt ist es dem Projektbeteiligten gelungen, das Prinzip der Brennstoffstufung in einer mittelgroßen Feuerungsanlage zu demonstrieren. Das Ziel etwa, die Reduktion von Stickoxid (NOx)-Emissionen um mindestens 50 % im Vergleich zum Stand der Technik zu erreichen. Das wurde dabei übertroffen. Im Projekt konnte eine Reduzierung um bis zu 80 % gezeigt werden.
Brennstoffstufung senkt NOx-Emissionen
Die Forscher haben Versuche an einer Unterschubfeuerung mit einer Nennleistung von 250 kW durchgeführt. Als Brennstoff dienten Briketts aus Spanplattenresten mit einem hohen Stickstoffanteil von 4,75 %. Ohne Minderungsmaßnahmen lagen die NOx-Emissionen des Testsystems bei durchschnittlich 1.955 mg/m³N (bezogen auf einen Volumengehalt von 6 % Sauerstoff im Abgas). Mit der Brennstoffstufung ließen sich die Werte im Mittel auf 361 mg/Nm³ senken. Ein Grenzwert von 370 mg/ m³N Stickoxid-Emissionen bei 6 Vol.-% O2, wie er in der 44. BImSchV für mittelgroße Feuerungsanlagen vorgeschrieben ist, könnte damit zuverlässig unterschritten werden.
Bei der Entwicklung, Konstruktion und Fertigung des Prototyps haben die Forschenden 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.
Wichtig für holzverarbeitende Industrie
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 Stickoxid-Minderung. 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 Stickoxid-Emissionen 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 Stockoxid-Emissionen. Mittelfristig ist auf gesetzlicher Seite zu erwarten, dass ein solcher eingeführt wird. Hersteller und Betreiber von Biomasse-Feuerungen würde dies vor große Herausforderungen stellen.
Technik zur Senkung der NOx-Emissionen
Die Reduktion der Stickoxid-Emissionen erreichen in der neuen Anlage ausschließlich Primärmaßnahmen. In der Primärzone verbrennt der Kessel Holzreste oder andere biogene Brennstoffe herkömmlich. In die Sekundärzone wird ein weiterer Reduktionsbrennstoff eingebracht. Dadurch entsteht eine Reduktionszone, in der sich Stickoxide mithilfe von Kohlenwasserstoffradikalen abbauen lassen. 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 Endress wollen das Projekt auf Basis der vielversprechenden Ergebnisse nun fortsetzen und in den kommenden Jahren ein Serienprodukt auf den Markt bringen.