Abluft: Katalysator für den Kaminofen senkt die Emission von Rußpartikeln

Um Rußemissionen aus Scheitholzöfen zu senken, bieten sich Katalysatoren als Alternative zu herkömmlichen Filtern an. Auch ältere Einzelraumfeuerungsanlagen lassen sich damit nachrüsten.

Ein Katalysator könnte die Masse an Ruß aus Kaminöfen deutlich senken. Er ließe sich problemlos in neue Einzelraumfeuerungsanlagen einbauen, die nicht mehr als 40 mg Staub/m³ emittieren dürfen, heißt es bei der Firma Blue Fire in Saterland-Ramsloh.

Auch alte Feuerungen, die technisch in einwandfreiem Zustand sind, müssten somit nicht unbedingt stillgelegt werden. Nachgerüstet könnten sie durchaus die künftigen Grenzwerte einhalten, verkündet das niedersächsische Unternehmen. Dabei gilt: Vor März 2010 in Betrieb genommene Kaminöfen müssen je nach Baujahr den Grenzwert von 150 mg Staub/m³ einhalten (s. Kasten). Mit dem Katalysator ausgestattete ältere Öfen emittierten weniger als 150 mg Staub/m³. Bei neuen werde der 40-mg-Wert um bis zu 20 % unterschritten, wenn das System optimal ausgelegt ist, betont die Firma.

Der Clou des Katasysators ist sein Aufbau

Und mehr noch: Der Katalysator senkt zudem die Emissionen an Kohlenmonoxid (CO) um bis zu 80 % sowie die Emissionen an Formaldehyd und anderen Kohlenwasserstoffen um mehr als 50 %. Dies zeigten Messungen am Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) in Leipzig. Der CO-Grenzwert von 4 g/m³ für ältere Kaminöfen und von 1,25 g/m³ für neue wird demnach deutlich unterschritten. „Der Clou des Katalysators ist sein Aufbau“, erklärt Volker Lenz. Der Luft- und Raumfahrtingenieur leitet die DBFZ-Abteilung Thermo-chemische Konversion, in der der Kat getestet wurde.

Die Trägersubstanz ist eine feinverästelte offene Schwammkeramik aus Aluminiumoxid (Al2O3). Sie lässt sich kostengünstig in vielen Formen herstellen und kann somit an verschiedenste Ofenmodelle angepasst werden. „Die Schwammkeramik wirkt wie ein Filter“, so Lenz. Das Abgas durchströmt den Katalysator. Feine und grobe Partikel haften vor allem an der Unterfläche der Schwammkeramik. Da der Katalysator im Brennraum nahe der Feuerstelle angebracht ist, werden dort immer wieder Temperaturen von mindestens 400 °C erreicht. „Der Ruß verbrennt größtenteils zu CO und zu CO₂“, erklärt der Ingenieur.

Die katalytische Aktivität bleibt hoch

Der Katalysator überzieht die Schwammkeramik in einer dünnen Schicht. Er besteht aus dem Oxid eines Übergangsmetalls sowie aus den Edelmetallen Palladium (Pd) und Platin (Pt). Das Metalloxid bildet eine Struktur, in die die Edelmetallatome als katalytische Zentren eingebaut sind. Dies verhindere, dass sie bei hohen Temperaturen im Katalysator wandern und agglomerieren, so Lenz. Das Metalloxid schirme zudem die Pd- und Pt-Atome vor Katalysatorgiften wie Schwefelverbindungen ab. „Die katalytische Aktivität bleibt so hoch.“

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Die CO-Moleküle sowie Kohlenwasserstoffe adsorbieren auf der Oberfläche und werden an den Pt- und Pd-Atomen durch Elektronentransfer aktiviert. Die Sauerstoffatome des Metalloxids dienen dem oxidativen Abbau der angelagerten CO- und Kohlenwasserstoffmoleküle, wobei Sauerstoff aus der Gasphase für die Reaktion nachgeliefert wird. Der Sauerstoff aus der Gasphase wird dabei durch das Metalloxid ebenfalls aktiviert. In der Folge oxidieren CO-Moleküle zu CO₂ und Kohlenwasserstoffe zu CO₂ und Wasser. Auch hier helfen die Temperaturen im Brennraum von über 400 °C, sodass der Katalysatorschwamm ausreichend warm ist, sagt Lenz.

Umweltbundesamt: Neben Staub auch Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe mindern

Das Umweltbundesamt (UBA) begrüßt es, wenn Katalysatoren für kleine Holzfeuerungen auf den Markt kommen, da diese neben Staub auch Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe mindern können. Wichtig ist dem UBA, dass die Katalysatoren lange halten und nicht durch Rußablagerungen schnell inaktiv werden.

Blue Fire verweist hier auf zwei Feldtestanlagen von Dauerheizern. Dort werden regelmäßig Staub-, CO- und Kohlenwasserstoffgehalt im Abgas gemessen. Anhand der Erfahrungen geht die Firma von einer Haltbarkeit von mehr als drei Heizperioden bei bestimmungsgemäßer Anwendung aus.

Katalysator für den Kaminofen regelmäßig mit Staubsauger oder Pinselbürste reinigen

Doch jeder Katalysator altert. Untersuchungen am DBFZ zeigten, dass sich Staub fast nur an der Oberfläche des Katalysators ablagert. Rußanteile werden nachverbrannt, nicht jedoch Bestandteile wie mineralischer Staub, der sich nicht oxidieren lässt. Blue Fire empfiehlt daher, den Katalysator regelmäßig mit Staubsauger oder Pinselbürste zu reinigen. Dies verlangsame nachweislich den Alterungseffekt, heißt es beim Hersteller. Nach der Reinigung steige die Aktivität des Katalysators wieder und liege im Bereich des Neuzustandes.

Der niedersächsische Kat befindet sich bereits im Einsatz. Die Firma Olsberg im Sauerland bietet ihn in zwei Nachrüstsätzen für deren Feuerungen HK8 und Quadro an. Diese Feuerungen haben die Sauerländer in den Jahren von 1989 bis 2004 vermarktet.

Nachrüsten erfordert die Typenprüfung durch eine Feuerstättenprüfstelle

Allerdings ist beim Verwenden der Nachrüstsets einiges zu beachten, betont Hersteller Blue Fire. Da sie im Abgasweg der Kaminöfen platziert werden, sind sie Bestandteil der Feuerung. Solch eine Nachrüstung erfordert die Typenprüfung durch eine Feuerstättenprüfstelle. Im Falle der Olsberg-Feuerungen hat die Feuerstättenprüfstelle Kahl in Castrop-Rauxel diese im März 2017 vorgenommen.

Dank der Nachrüstsets können viele Tausend alte Olsberg-Feuerungen staubarm betrieben werden. Ein Set kostet etwa 500 € und kann anhand einer Anleitung selbst eingebaut werden. Vor Inbetriebnahme muss jedoch der Bezirksschornsteinfegermeister den ordnungsgemäßen Einbau begutachten und eine Freigabe erteilen. Danach gibt es keine weitere Einschränkung für die alte Feuerung.

Grenzwerte entsprechen der Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV)

Eine solche Möglichkeit zum Nachrüsten kann Ende 2020 wichtig werden. Denn die erste Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV), also die Kleinfeuerungsanlagenverordnung, führt auch für alte Kaminöfen schrittweise den Staubgrenzwert von 150 mg/m³ ein.

Ende dieses Jahres steht bereits die erste Frist an. Von 2018 an dürfen Kaminöfen, die zwischen 1975 und 1984 in Betrieb genommen wurden, nur noch feuern, wenn sie weniger als 150 mg Staub/m³ emittieren – nachzuweisen durch Unterlagen der Typenprüfung, die der Feuerungshersteller bereithält. Noch hat außer Olsberg kein weiterer Hersteller solcher älteren Modelle eine Typprüfung beantragt. Sprich: Wer solch einen Ofen besitzt und ihn behalten will, muss weiterhin auf einen Filter zurückgreifen.

Gestaffelte Grenzwerte

Ab 2018 dürfen Einzelraumfeuerungen, die zwischen 1975 und 1984 in Betrieb genommen wurden, noch maximal 150 mg Staub/m³ ausstoßen.
Ab 2021 dürfen auch Kaminöfen, die von 1985 bis 1994 eingebaut wurden und mit Scheitholz befeuert werden, nicht mehr als 150 mg Staub/m³ emittieren.
Ab 2025 gilt dann der gleiche Grenzwert für Kaminöfen, die zwischen 1995 und 2010 eingebaut wurden.