Emissionsmessungen


Biogasanlagen - Erfahrungen der chemlab GmbH bei Emissionsmessungen in der Praxis


Die chemlab GmbH hat bis Ende des Jahres 2017 √ľber 10000 Emissionsmessungen an Biogasanlagen durchgef√ľhrt. Die hier gewonnenen Erfahrungen sind im Folgenden dargestellt, um Betreibern und anderen Interessenten Praxistipps zu vermitteln, wie die Anlagen sicherer und umweltschonender betrieben werden k√∂nnen.

Diese Vielzahl von Messungen brachten folgende Erkenntnisse:


  • Gem√§ss einer Studie der TU-M√ľnchen k√∂nnen folgende Ursachen f√ľr die Formaldehydbildung mit grosser Wahrscheinlichkeit angenommen werden:
    • Spaltma√üe innerhalb des Zylinders (punktuelle Flammenl√∂schung)
    • „kalte Zonen“ (inhomogenes Flammenbild) bei der Verbrennung
    • geringe Brennraumtemperatur.
    Wobei diese Studie keinen signifikanten Einfluss des sog. „Sp√ľlverlustes“ auf die Formaldehydkonzentration im Abgas feststellen konnte.

  • Gem. LAI-Beschluss vom 17.10.2017 wird der Grenzwert zur Beantragung des Luftreinhaltebonus („Formaldehydbonus“) von momentan 40 mg/m3 ab dem 01.07.2018 auf 20 mg/m3 abgesenkt. Um eine Unterbrechungsfreie Zahlung des Bonus sicher zu stellen, sollte bereits bei Messungen im ersten Halbjahr 2018 darauf geachtet werden den neuen Grenzwert einzuhalten. In diesem Rahmen empfehlen wir den rechtzeitigen Austausch bzw. den Einbau eines f√ľr die neuen Grenzwerte ausgelegten Katalysators.

  • Die Vollzugsempfehlung des LAI (Stand 09.12.2015) wird von den zust√§ndigen Beh√∂rden zusehends umgesetzt. D. h. dass Motoren die mit Biogas, Erdgas, Grubengas oder Kl√§rgas betrieben werden und nach dem Inkrafttreten der Vollzugsempfehlung in Betrieb genommen wurden, einen Formaldehydgrenzwert von 30 mg/m3 einhalten m√ľssen. Ab dem 01.01.2020 ist ein Wert von 20mg/m3 einzuhalten. Bei Altanlagen (die bereits vor dem Inkrafttreten der o. g. Vollzugsempfehlung in Betrieb waren) gilt, soweit sie Formaldehydwerte von > 40 mg/m3 aufweisen, ein Grenzwert von 30 mg/m3 ab dem 05.02.2018 und, soweit sie Formaldehydwerte von < 40 mg/m3 aufweisen (z. B. mit Biogas betriebene Motoren die bereits den „Formaldehydbonus“ bekommen), ein Grenzwert von 30 mg/m3 ab dem 05.02.2019. Dar√ľber hinaus fordert die o.g. Vollzugsempfehlung eine j√§hrliche Messung der Abgasparameter Kohlenmonoxid, Stickstoffoxide und Formaldehyd.

  • Die Einhaltung ¬†der neuen o.g. Grenzwerte f√ľr Formaldehyd ist somit ohne Abgasreinigungsanlage (Katalysator / Thermoreaktor o. √§.) aus unserer Sicht ¬†nahezu unm√∂glich.

  • Die Unterschreitung des im EEG bzw. LAI Beschluss (Stand 17.10.2017) genannten Grenzwertes von ¬†20 mg/m¬≥ zur Beantragung des Luftreinhaltebonus („Formaldehydbonus) ist unserer Erfahrung nach nur durch den Einbau einer entsprechend ausgelegten Abgasreinigungsanlage  (s. o.) sicher und dauerhaft realisierbar.

  • Durch den Einbau eines Oxi-Kats kann die Formaldehydkonzentration deutlich gesenkt werden. (mehr als 95 % der von uns gemessenen, mit einem Katalysator ausger√ľsteten Anlagen halten den EEG-Grenzwert problemlos ein). Ein Nachteil bei der Verwendung eines Oxi-Kats ist dessen begrenzte Standzeit. Diese l√§sst sich nur durch eine Rohgasaufbereitung (Trocknung und anschlie√üende Entschwefelung √ľber einen Aktivkohlefilter) verbessern. Durch die Absenkung der Grenzwerte kommt einer Kontrolle der Aktivkohle (Messung der H2S-Konzentration nach dem Filter und entspr. rechtzeitiger Wechsel des Absorbers eine gesteigerte Bedeutung bei.

    Daraus folgt, dass sowohl der Katalysator als auch die Aktivkohle als Verschlei√üartikel zu sehen sind, und in regelm√§√üigen Abst√§nden getauscht bzw. kontrolliert werden m√ľssen.

    Eine normale Standzeit f√ľr die g√§ngigen Oxidationskatalysatoren betr√§gt ca. 1- 1,5 Jahre (8.000 bis ca. 13.000 Betriebsstunden); in Ausnahmef√§llen auch bis 2 Jahre. .

  • Um eine Verl√§ngerung der o. g. Standzeiten der Katalysatoren zu erreichen ist eine Reinigung, nach Aussage diverser Hersteller, nicht oder nur sehr begrenzt zielf√ľhrend. Da durch die Reinigung nur der Belag auf der Oberfl√§che entfernt wird, aber keine Reaktivierung der Beschichtung erfolgt.
    Ist diese verbraucht ist die Umsatz-Lleistung des Katalysators so gering, dass eine dauerhafte sichere Einhaltung der geforderten Grenzwerte nicht gew√§hrleistet werden kann. Eine Reinigung f√ľhrt daher meist nur zu einer sehr kurzfristigen Verbesserung.

  • Eine Alternative zu der Rohgasaufbereitung mittels Aktivkohle stellen sog. „Schwefelresistente“ Katalysatoren dar, wie sie mittlerweile von einigen Herstellern angeboten werden. Diese k√∂nnen ohne eine Vorentschwefelung betrieben werden ohne die von den Oxidationskatalysatoren bekannte S√§urebildung zu verursachen. Die Standzeit dieser speziellen Art ist allerdings √§hnlich wie bei den normalen Katalysatoren (s.o.).

  • Ein weiteres Verfahren zu Abgasreinigung stellt der sog. Thermoreaktor dar, welcher in der Lage ist, einen Zielwert von <20 mg/m¬≥ zu erreichen.
    Die Nachteile dieses Verfahrens sind einerseits der hohe Anschaffungspreis, andererseits der mit dem Betrieb verbundene hohe Wartungsaufwand und erh√∂hte Betriebskosten (z. B. f√ľr das Brenngas der Bettenheizung).

  • Da eine „fettere“ Verbrennung ein deutliches Plus beim Wirkungsgrad des Motors bringt, wird zur dauerhaften Einhaltung der NOx-Grenzwerte auch die SCR-Technologie (Harnstoffeind√ľsung zur NOx-Reduktion) zuk√ľnftig an Bedeutung gewinnen. An einigen Anlagen wurde bereits testweise sog. SCR-Katalysatoren eingebaut. Momentan befindet sich diese Art der Abgasreinigung aber noch im Prototypenstadium. Der Vorteil dieser Technologie ist die M√∂glichkeit den Motor in einem wirkungsgradoptimierten Bereich betreiben zu k√∂nnen, und trotzdem die geltenden NOx-Grenzwerte einhalten zu k√∂nnen bzw. f√ľr evtl. zuk√ľnftige Absenkungen der Grenzwerte gewappnet zu sein. Als Nachteil ist der hohe Aufwand der Erstinstallation bzw. die Nachr√ľstung an bestehenden Anlagen und die komplexe Mess- und Regeltechnik zu nennen. Dazu kommt der Verbrauch an Harnstoffl√∂sung, dieser kann, je nach Jahresbetriebsstunden, einen durchaus signifikanten Kostenbetrag verursachen. Allerdings sollen sich diese Kosten durch die erzielte Wirkungsgradsteigerung in absehbarer Zeit amortisieren.

  • Bei einer regelm√§√üigen Wartung der Motoren durch Servicetechniker des Herstellers (Stichwort: Einhaltung des Wartungsintervalls) ist eine Einhaltung der Grenzwerte f√ľr Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffoxide (NOx) meist kein Problem. ¬†Diesen „Standardwartungen“ kommt durch die zunehmende Fleixibilisierung der bestehenden Anlagen eine erh√∂hte Bedeutung bei, da die Motoren nicht mehr im Dauerlauf mit hoher Last, sondern zum Teil mit verminderter Last (bis min. 60%) betrieben werden oder sogar l√§ngere Stillstandszeiten haben. Diese flexible Fahrweise der Anlagen stellt auch die Abgasreinigungstechnik vor Herausforderungen, da durch die h√§ufigeren Warm- Kaltwechsel die Alterung der Katalysatoren beschleunigt wird.

  • Die Emissionswerte von Schwefeldioxid sind durch regelm√§√üige Kontrolle des Rohgases und evtl. Zugabe von Fe(II)chlorid gut steuerbar. Zu hohe Schwefelwerte f√ľhren zu Ablagerungen im Motorraum und damit zu erh√∂htem Verschlei√ü bzw. Festfressen des Motors.
    Nach Aussage zahlreicher Betreiber lassen sich die o. g. Ablagerungen durch den Einsatz einer Rohgasreinigung (Trocknung und Aktivkohlefilterung) deutlich minimieren, ebenso wurde uns von l√§ngeren √Ėlstandszeiten und einem geringeren Verschlei√ü der Z√ľndkerzen berichtet..

  • Polychlorierte Dibenzodioxine und ‚Äďfurane (PCDD/F) sind bei keiner bisher durchgef√ľhrten Messung (nicht nur von chemlab) nachweisbar


Weitere allgemeine Erfahrungen sind:


  • Eine gleichm√§√üige und regelm√§√üige F√ľtterung f√ľhrt zu einer konstanten Gasqualit√§t und damit zu einem guten Dauerlauf der Motoren.

  • Es treten ¬†hin und wieder Probleme der Entmischung des Rohgases im Gasspeicher auf. Leichtere Gase (z.B. H2) setzen sich oben ab, bzw. schwerere Gase (z. B. NH3) unten. Durch Ansaugen bzw. Verbrennen dieser Gase k√∂nnen dann starke Schwankungen der CO- bzw. NOx-Werte entstehen. Leider ist hier keine Einstellung m√∂glich.

  • „Wassers√§cke“ in den Gasleitungen f√ľhren zu einem sehr unruhigen Motorlauf. Dadurch kommt es zu hohen bzw. stark schwankenden CO-  und NOx-Werten.

  • Bei Einsatz von Luft- bzw. Wasserw√§rmetauschern kann eine z. T. zu starke Abk√ľhlung der Verbrennungsgase auftreten. In diesem Fall kann es zu Korrosion der abgasf√ľhrenden Teile kommen. Deshalb sollte man hier auf die Dimensionierung und die eingesetzten Materialien achten.

  • Wichtig ist weiterhin, dass eine regelm√§√üige Wartung und Kontrolle der Motoren durch einen Techniker erfolgt (Wechsel der Einspritzd√ľsen bzw. Z√ľndkerzen, Ersatz des Luftfilters, √Ėlwechsel, Reinigung des Brennraums ‚Ķ usw.). Dies  gew√§hrleistet in der Regel dauerhafte Einhaltung der Grenzwerte und einen st√∂rungsfreien und wirtschaftlichen Betrieb der Anlage..


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letzte Änderung 17 .04.2018