Emissionsmessungen


 Biogasanlagen - Grundlagen, genehmigungsrechtliche Aspekte und Anforderungen an die Messstrecke und den Messplatz


1. Einleitung

Biogas ist einer der m√∂glichen Energietr√§ger der Zukunft. Man sch√§tzt, dass dieser umweltschonende Energietr√§ger in den n√§chsten 15 Jahren 20% unseres Stromverbrauchs decken kann. Bis Mitte unseres Jahrhunderts sollen sogar 50% des gesamten Energiebedarfs aus erneuerbaren Energien angestrebt werden. Die F√∂rderung dieser Anlagen mit staatlichen Mitteln nach dem Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) hat zu einer Verdoppelung der Anlagen innerhalb der letzten 4 Jahre gef√ľhrt und der Branche einen ¬†neuen Exportschlager gebracht.


Die wichtigste Form der Biogasnutzung erfolgt heute mit wachsendem Erfolg in „Biogasanlagen“, genauer: in Verbrennungsmotoranlagen¬† zum Antrieb von Arbeitsmaschinen (Blockheizkraftwerke). Diese Anlagen sind genehmigungspflichtig nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz bzw. nach der 4. Bundesimmissions-schutzverordnung (4. BImSchV) und unterliegen damit der beh√∂rdlichen Aufsicht

.

2. Genehmigungsgrundlagen

Die Genehmigungspflicht der Anlagenart und Anlagengr√∂√üe regelt die 4. BImSchV, hier Ziffer 1.2.2.2 bzw. 1.2.3.2 und / oder 8.6.3 des Anhang 1. Bei einer Feuerungsw√§rmleistung von 1 MW (entspricht ca. 300 kW elektrischer Leistung) bis 50 MW werden die Anlagen nach dem Vereinfachten Verfahren gem√§√ü ¬ß 19 BImSchG (ohne √Ėffentlichkeitsbeteiligung) genehmigt. Bei einer h√∂herer Feuerungsw√§rmeleistung als 50 MW werden die Anlagen nach dem Genehmigungsverfahren gem√§√ü ¬ß 10 BImSchG (mit √Ėffentlichkeitsbeteiligung) genehmigt.

 

Verfahrensart:
G: Genehmigungsverfahren gem√§√ü ¬ß 10 BImSchG (mit √Ėffentlichkeitsbeteiligung)
V: Vereinfachtes Verfahren gem√§√ü ¬ß 19 BImSchG (ohne √Ėffentlichkeitsbeteiligung)

 

Nr.

Anlagenbeschreibung

Verfahrensart

Anlage
gemäß
Art. 10 der RL
2010/75/EU

1.2.

Anlagen zur Erzeugung von Strom, Dampf, Warmwasser,
Prozesswärme oder erhitztem Abgas in einer Verbrennungseinrichtung (wie Kraftwerk, Heizkraftwerk,
Heizwerk, Gasturbinenanlage, Verbrennungsmotoranlage, sonstige
Feuerungsanlage), einschließlich zugehöriger Dampfkessel,
ausgenommen Verbrennungsmotoranlagen f√ľr Bohranlagen und Notstromaggregate, durch den Einsatz von

 

 

1.2.2

gasförmigen Brennstoffen (insbesondere Koksofengas, Grubengas,
Stahlgas, Raffineriegas, Synthesegas, Erdölgas aus der
Tertiärförderung von Erdöl, Klärgas, Biogas), ausgenommen
naturbelassenem Erdgas, Fl√ľssiggas, Gasen der √∂ffentlichen
Gasversorgung oder Wasserstoff, mit einer Feuerungswärmeleistung von

 

 

1.2.2.2

1 Megawatt bis weniger als 10 Megawatt, bei
Verbrennungsmotoranlagen

V

 

1.2.3

Heiz√∂l EL, Dieselkraftstoff, Methanol, Ethanol, naturbelassenen Pflanzen√∂len oder Pflanzen√∂lmethylestern, naturbelassenem Erdgas,Fl√ľssiggas, Gasen der √∂ffentlichen Gasversorgung oder Wasserstoff
mit einer Feuerungswärmeleistung von

 

 

1.2.3.2

1 Megawatt bis weniger als 20 Megawatt, bei Verbrennungsmotoranlagen

 

 

8.6

Anlagen zur biologischen Behandlung von

 

 

8.6.3

G√ľlle, soweit die Behandlung ausschlie√ülich zur Verwertung durch anaerobe Verg√§rung (Biogaserzeugung) erfolgt, mit einerDurchsatzkapazit√§t von

 

 

8.6.3.2

weniger als 100 Tonnen je Tag, soweit die Produktionskapazität von Rohgas 1,2 Mio. Normkubikmetern je Jahr oder mehr beträgt

V

 

 

 

Man unterscheidet zwischen reinen Gasmotoren und so genannten Z√ľndstrahlmotoren, die auch mit fl√ľssigen Brennstoffen laufen k√∂nnen. Die Begrenzung der Emissionen sind in der TA Luft, Ziffer 5.4.1.4 festgelegt, wobei f√ľr die verschiedenen Anlagentypen Grenzwerte f√ľr die Komponenten Gesamtstaub (einschlie√ülich Anteile krebserzeugender und reproduktionstoxischer Stoffe) Kohlenmonoxid , Stickoxide, Schwefeloxide und Formaldehyd einzuhalten sind. Von den Genehmigungsbeh√∂rden werden teilweise auch Messauflagen f√ľr die Komponenten Chlor- und Fluorwasserstoff sowie f√ľr Gesamt-Kohlenstoff erteilt.

 




Tabelle 2: TA Luft, Emissionsgrenzwerte

5.4.1.4

Anlagen der Nummer 1.4:
Verbrennungsmotoranlagen (einschließlich Verbrennungsmotoranlagen der Nummern 1.1 und 1.2)

 

 

Bezugsgröße: 
Die Emissionswerte beziehen sich auf einen Volumengehalt an Sauerstoff im Abgas von 5 vom Hundert.  

Massenströme:
Die in Nummer 5.2 festgelegten Massenströme finden keine Anwendung.

 

 

Gesamtstaub, einschließlich der Anteile an krebserzeugenden, erbgutverändernden oder reproduktionstoxischen Stoffen
Die staubf√∂rmigen Emissionen im Abgas von Selbstz√ľndungsmotoren, die mit fl√ľssigen Brennstoffen betrieben werden, d√ľrfen als Mindestanforderung die Massenkonzentration 20 mg/m3 nicht √ľberschreiten.
Die staubf√∂rmigen Emissionen im Abgas d√ľrfen bei Verbrennungsmotoranlagen, die ausschlie√ülich dem Notantrieb dienen oder bis zu 300 Stunden je Jahr zur Abdeckung der Spitzenlast (z. B. bei der Stromerzeugung, der Gas- oder Wasserversorgung) betrieben werden, als Mindestanforderung die Massenkonzentration 80 mg/m3 nicht √ľberschreiten.

Die Möglichkeiten, die Emissionen durch motorische und andere dem Stand der Technik entsprechende Maßnahmen weiter zu vermindern, sind auszuschöpfen.

 

 

 

Kohlenmonoxid
Die Emissionen an Kohlenmonoxid im Abgas dürfen folgende Massenkonzentrationen nicht überschreiten: 

 

a) 

bei Selbstz√ľndungsmotoren und Fremdz√ľndungsmotoren, die mit fl√ľssigen Brennstoffen betrieben werden, sowie bei Selbstz√ľndungsmotoren (Z√ľndstrahlmotoren) und Fremdz√ľndungsmotoren, die mit gasf√∂rmigen Brennstoffen, ausgenommen Biogas, Kl√§rgas oder Grubengas, betrieben werden,

0,30 g/m³,

b) 

bei Fremdzündungsmotoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von 

  

  

aa) 3 MW oder mehr 

0,65 g/m³,

  

bb) weniger als 3 MW 

1,0 g/m³,

c) 

bei Fremdzündungsmotoren, die mit Grubengas betrieben werden, 

0,65 g/m³,

d) 

bei Zündstrahlmotoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von 

  

  

aa) 3 MW oder mehr 

0,65 g/m³,

  

bb) weniger als 3 MW 

   2,0 g/m³

 

Bei Einsatz von Biogas, Kl√§rgas oder Grubengas sind die M√∂glichkeiten, die Emissionen an Kohlenmonoxid durch motorische und andere dem Stand der Technik entsprechende Ma√ünahmen weiter zu vermindern, auszusch√∂pfen. Die Emissionswerte f√ľr Kohlenmonoxid finden keine Anwendung bei Verbrennungsmotoranlagen, die ausschlie√ülich dem Notantrieb dienen oder bis zu 300 Stunden je Jahr zur Abdeckung der Spitzenlast (z. B. bei der Stromerzeugung, der Gas- oder Wasserversorgung) betrieben werden; die M√∂glichkeiten der Emissionsminderung durch motorische Ma√ünahmen sind auszusch√∂pfen.  

 

 

  

  

 

Stickstoffoxide
Die Emissionen an Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid im Abgas dürfen folgende Massenkonzentrationen, angegeben als Stickstoffdioxid, nicht überschreiten:  

 

a) 

bei Selbstzündungsmotoren, die mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von 

  

  

aa) 3 MW oder mehr 

0,50 g/m3,

  

bb) weniger als 3 MW 

1,0 g/m3,

b) 

bei gasbetriebenen Selbstzündungsmotoren (Zündstrahlmotoren) und Fremdzündungsmotoren 

  

  

aa) bei Zündstrahlmotoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von 

  

  

  - 3 MW oder mehr 

0,50 g/m3,

  

  - weniger als 3 MW 

1,0 g/m3,

  

bb) bei Magergasmotoren und anderen Viertakt-Otto-Motoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden, 

0,50 g/m3,

  

cc) bei Zündstrahlmotoren und Magergasmotoren, die mit sonstigen gasförmigen Brennstoffen betrieben werden, 

0,50 g/m3,

c) 

bei sonstigen Viertakt-Otto-Motoren 

0,25 g/m3,

d) 

bei Zweitaktmotoren 

0,80 g/m3

 

Bei Einsatz von Biogas oder Kl√§rgas in Z√ľndstrahlmotoren mit einer Feuerungsw√§rmeleistung von weniger als 3 MW sind die M√∂glichkeiten, die Emissionen an Stickstoffoxiden durch motorische Ma√ünahmen weiter zu vermindern, auszusch√∂pfen. Die Emissionswerte f√ľr Stickstoffoxide finden keine Anwendung bei Verbrennungsmotoranlagen, die ausschlie√ülich dem Notantrieb dienen oder bis zu 300 Stunden je Jahr zur Abdeckung der Spitzenlast (z.B. bei der Stromerzeugung, der Gas- oder Wasserversorgung) betrieben werden. 

 

 

Schwefeloxide

Bei Einsatz fl√ľssiger mineralischer Brennstoffe d√ľrfen nur Heiz√∂le nach DIN 51603 Teil 1 (Ausgabe M√§rz 1998) mit einem Massengehalt an Schwefel f√ľr leichtes Heiz√∂l nach der 3. BImSchV, in der jeweils g√ľltigen Fassung, oder Dieselkraftstoffe mit einem Massengehalt an Schwefel nach der 3. BImSchV, in der jeweils g√ľltigen Fassung, verwendet werden oder es sind gleichwertige Ma√ünahmen zur Emissionsminderung anzuwenden.

Bei Einsatz gasförmiger Brennstoffe gelten die Anforderungen der Nummer 5.4.1.2.3 mit der Maßgabe, dass auf einen Bezugssauerstoffgehalt im Abgas von 5 vom Hundert umzurechnen ist. Bei Einsatz von Biogas oder Klärgas sind die Möglichkeiten, die Emissionen an Schwefeloxiden durch primärseitige Maßnahmen nach dem Stand der Technik (Gasreinigung) weiter zu vermindern, auszuschöpfen

.

 

 

 

Organische Stoffe
Die Emissionen an Formaldehyd im Abgas dürfen die Massenkonzentration 60 mg/m3 nicht überschreiten. Für die Emissionen an sonstigen organischen Stoffen finden die Anforderungen der Nummer 5.2.5 keine Anwendung.

Die Möglichkeiten, die Emissionen an organischen Stoffen durch motorische und andere dem Stand der Technik entsprechende Maßnahmen, weiter zu vermindern, sind auszuschöpfen.  

 

 

Dar√ľber hinaus wird die Vollzugsempfehlung des LAI vom 09.12.2015 zusehens von den Bundesl√§ndern bzw. den zust√§ndigen Aufsichtsbeh√∂rden umgesetzt.

Tabelle zur Vollzugsempfehlung Formaldehyd wegen der Neueinstufung von Formaldehyd
Stand 09.12.2015

4. BImSchV Nr.

Anlagenbeschreibung

Emissionswert [mg/m3]

1.1/1.2.2/ 1.2.3/ 1.4.1/1.4.2

Z√ľndstrahl- oder Magermotoren, die mit Biogas, Erdgas, Grubengas oder Kl√§rgas betrieben werden und nach dem Inkrafttreten der Vollzugsempfehlung errichtet werden

Altanlagen
Z√ľndstrahl- oder Magermotoren, die mit Biogas , Erdgas, Grubengas oder Kl√§rgas betrieben werden und Emissionswerte > 40 mg/m¬≥ aufweisen, sollen einen Emissionswert von 30 mg/m¬≥ sp√§testens ab dem 05.02.2018 einhalten;
Z√ľndstrahl- oder Magermotoren, die mit Biogas, Erdgas, Kl√§rgas oder Grubengas betrieben werden und Emissionswerte ‚ȧ40 mg/m¬≥ aufweisen, sollen einen Emissionswert von 30 mg/m¬≥ sp√§testens ab dem 05.02.2019 einhalten;

Die f√ľr die Festlegung der Sanierungsfrist heranzuziehenden Messwerte sollen m√∂glichst aktuell und mit Datum des Inkrafttretens dieser Vollzugsempfehlung nicht √§lter als ein Jahr sein.

Messung und √úberwachung der Emissionen :

Anlagen mit Biogas, Erdgas, Grubengas oder Klärgas
F√ľr Formaldehyd, Stickstoffoxide und Kohlenstoffmonoxid sollen j√§hrlich wiederkehrende Einzelmessungen gefordert werden.

 

30

ab 01.01.2020
20


Begr√ľndung f√ľr die Vollzugsempfehlung f√ľr Formaldehyd vom 09.12.2015

Das „Committee for Risk Assessment“ (RAC) der Europ√§ische Chemikalienagentur (ECHA) hat der EU-Kommission vorgeschlagen, Formaldehyd entsprechend den aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen neu einzustufen. Die EU-Kommission ist dem RAC nun gefolgt und hat Formaldehyd mit der Verordnung (EU) Nr. 605/2014 der Kommission vom
5. Juni 2014 zur √Ąnderung der Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 rechtskr√§ftig als „wahrscheinlich beim Menschen karzinogen“ in die Gefahrenkategorie Carc. 1B eingestuft.


Formaldehyd ist demnach mit dem Gefahrenhinweis „H350: Kann Krebs erzeugen“ zu kennzeichnen. Nach der Verordnung (EU) 2015/491 der Kommission vom 23. M√§rz 2015 zur √Ąnderung der Verordnung (EU) Nr. 605/2014 tritt die Neueinstufung von Formaldehyd am 01.01.2016 in Kraft.

Formaldehyd ist bisher als organischer Stoff der Klasse I nach Nr. 5.2.5 (Anhang 4) der TA Luft 2002 eingestuft. F√ľr einzelne Anlagenarten werden in Nr. 5.4 TA Luft 2002 abweichende Emissionsbegrenzungen zugelassen. Diese Einstufung ist durch die Neueinstufung der EU nicht mehr aktuell. Gem√§√ü Nr. 5.2.7.1.1 sind karzinogene Stoffe, die nicht namentlich aufgef√ľhrt sind, den Klassen zuzuordnen, deren Stoffen sie in ihrer Wirkungsst√§rke am n√§chsten stehen. Durch die neue Einstufung von Formaldehyd war zu pr√ľfen, welcher Klasse der karzinogenen Stoffe Formaldehyd zugeordnet werden kann.
Dabei hat sich bei der Bewertung der Wirkung herausgestellt, dass Formaldehyd ein karzinogener Stoff mit besonderen Eigenschaften ist. F√ľr ihn wird eine f√ľr Karzinogene untypische Wirkschwelle angenommen. Deshalb kann Formaldehyd keiner der Klassen der Nr. 5.2.7.1.1 der TA Luft 2002 zugeordnet werden. F√ľr Formaldehyd sollte k√ľnftig aufgrund der vermuteten Wirkschwelle und der nachgewiesenen Wirkungsst√§rke ein separater allgemeiner Emissionswert eingef√ľhrt werden.

 

Die LAI legt hiermit in Verbindung mit dem grunds√§tzlich geltenden Minimierungsgebot f√ľr die Emissionen karzinogener Stoffe f√ľr Formaldehyd eine Vollzugsempfehlung vor, wonach die Emissionen an Formaldehyd im Abgas gem√§√ü Nr. 5.2.7.1.1 den Massenstrom 12,5 g/h oder die Massenkonzentration 5 mg/m¬≥ nicht √ľberschreiten d√ľrfen.

F√ľr bestimmte Anlagenarten k√∂nnen in Anlehnung an Nr. 5.2.7.1.1 TA Luft abweichende Regelungen getroffen werden, sofern die zuvor genannten Emissionswerte nicht mit verh√§ltnism√§√üigem Aufwand eingehalten werden k√∂nnen.
Hierzu war festzustellen, welche Branchen in welchem Ma√üe von einer Umstufung und Absenkung eines Grenzwertes betroffen sind. Dazu wurden Daten bei betroffenen Industrieverb√§nden bzw. Betreibern angefragt. Einige Verb√§nde veranlassten kurzfristige Messprogramme. Sofern diese Ergebnisse vorlagen, wurden sie bei der Festlegung der nachstehend genannten besonderen Regelungen f√ľr Formaldehyd ber√ľcksichtigt. Zus√§tzlich wurden die L√§nder f√ľr relevante Anlagenarten um Daten √ľber Formaldehydemissionen gebeten. Insgesamt haben die L√§nder rund 2000 Datens√§tze berichtet.
Die Daten zeigen, dass einige Anlagenarten einen Emissionswert von 1 mg Formaldehyd/m3 einhalten können. Viele Anlagenarten können Formaldehydemissionswerte von kleiner 5 mg/m3 sicher einhalten. Wenige Anlagenarten können den Formaldehydemissionswert von 5 mg/m3 nicht, oder nicht sicher einhalten.

 

F√ľr diese Anlagenarten werden auf Grundlage der vorliegenden Daten und unter Abw√§gung des Gefahrenpotentials von Formaldehyd und unter Beachtung des Grundsatzes der Verh√§ltnism√§√üigkeit die in der Tabelle in Anhang 1 angegebenen Emissionswerte f√ľr vorgeschlagen.



3. Durchführung von Emissionsmessungen

A)  Allgemeines

In den folgenden Ausführungen wird beschrieben, was der Betreiber von Blockheizkraftwerken im Zusammenhang mit den notwendigen Emissionsmessungen zu beachten hat. Dies sind insbesondere die Pflichten des Betreibers, die sich aus gesetzlichen Vorschriften und den dazu gehörigen Richtlinien ergeben.

 

Die Emissionsmessungen müssen nach Maßgabe der Nebenbestimmungen des Genehmigungsbescheides, entsprechend § 12 Bundesimmissionschutzgesetz  (BImSchG), durchgeführt werden. Die einzelnen Auflagen sind dem Bescheid zu entnehmen. Die Erfüllung dieser Auflagen ist die Voraussetzung für einen genehmigten Betrieb.

B)  Wann müssen die Emissionsmessungen durchgeführt werden? 

Die Messungen müssen i.d.R. frühestens 3 und spätestens 6 Monate nach Inbetriebnahme durchgeführt werden. Danach müssen Wiederholungsmessungen alle 3 Jahre durchgeführt werden (vgl. § 28 BImSchG).

Gem. der o.g. Vollzugsempfehlung des LAI sollen f√ľr die Parameter Kohlenmonoxid, Stickstoffoxide und Formaldehyd j√§hrliche Messungen erfolgen.

Sollte es dem Betreiber nicht  möglich sein, diese Messungen rechtzeitig zu veranlassen, so sollte er sich unbedingt mit der Genehmigungsbehörde in Verbindung setzen.

C)  Wer kann diese Messungen durchführen? 

Alle im jeweiligen Bundesland beh√∂rdlich anerkannten (d.h. notifizierten) Messstellen nach ¬ß¬ß 29b BImSchG k√∂nnen diese Messungen durchf√ľhren. Die chemlab GmbH ist eine zugelassene Messstelle und bundesweit messtechnisch aktiv. 

D)  Welche technischen Voraussetzungen muss ein Messplatz am Abgaskamin erfüllen?

Die Gestaltung eines normgerechten Messplatzes ist  in der EN 13284- 1 und der DIN EN 15259 beschrieben.  Hinweise finden sich weiterhin in der Regel im Genehmigungsbescheid. Danach sind mindestens folgende Dinge vom Betreiber zu beachten:

 

  • Es muss eine ausreichend große und gesicherte Arbeitsbühne an dem Messplatz eingerichtet sein
  • Es muss eine ausreichende Zahl von Messöffnungen vorhanden sein 
  • Die Ausführung der Messstutzen soll mindestens 2-Zoll Innengewinde besitzen, die am Abgaskamin um 90° und etwas in der Höhe versetzt sind (siehe Abbildung) 
  • Die Lage der Messstutzen soll im Abgasrohr oder am Kamin so angebracht sein, dass die ungestörte Beruhigungsstrecke mindestens 5xd vor und 2xd (d =  Durchmesser des Abgasrohres) nach der Messöffnung beträgt (siehe Abbildung)

Abbildung:  Ausführung des Messplatzes  (schematisch)



Die Mess√∂ffnungen k√∂nnen auch im horizontalen Abgasrohr installiert werden, wenn die Anforderungen der EN 13284- 1 und der DIN EN 15259 erf√ľllt werden.

 

 

E) Was muss noch berücksichtigt werden?

Die Emissionsmessungen müssen repräsentativ sein, d.h. außer eine fachgerechten Messdurchführung (Aufgabe des Messinstitutes) muss die Anlage während der Messung mit den genehmigten Betriebszuständen und der genehmigten Kapazität betrieben werden (Aufgabe des Betreibers).

Vor der Messung muss ein detaillierter Messplan nach VDI 2448, Blatt 1, erstellt werden, der mit den zuständigen Behörden abzustimmen ist. Auch hierum kümmert sich das Messinstitut.

Die Beachtung aller hier beschriebenen Punkte gewährleistet eine reibungslose Zusammenarbeit zwischen Betreiber und Messinstitut und vermeidet Rückfragen oder Nachforderungen von den Behörden.




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letzte Änderung 17.04.2018