Weniger Feinstaubemissionen bei der Holzverbrennung
Vor allem die Einzelraumfeuerung macht den Umwelt- und Gesundheitsschützern Sorgen aufgrund der Feinstaubemissionen. Doch neue Techniken versprechen Abhilfe.
Foto: DBFZ
Bei der Verbrennung von Holz entsteht nicht nur Ruß und Kohlenmonoxid, sondern auch Staub. Das gefährdet sowohl die Umwelt als auch die menschliche Gesundheit.
Holzfeuerungen
Feuerungsanlage: nach der 1. BImSchV* eine Anlage, bei der durch Verfeuerung von Brennstoffen Wärme erzeugt wird; hierzu gehören die Feuerstätte und, soweit vorhanden, Einrichtungen zur Verbrennungsluftzuführung, Verbindungsstück und Abgaseinrichtung.
Einzelraumfeuerungsanlage: eine Feuerungsanlage, die vorrangig zur Beheizung des Aufstellraums verwendet wird. Hierzu gehören neben offenen Feuerstätten (Kamin) auch Öfen verschiedenster Art. Holzöfen nutzen Holzheizstoffe, hierzu zählen unter anderem Scheitholz, Holzhackschnitzel, Pellets oder Sägespäne. Der Raum wird in der Regel direkt durch die abgestrahlte Wärme beheizt.
Holzheizkessel sind Einheiten, in der Regel größer als Einzelraumfeuerungsanlagen, die zentral aufgestellt sind und über ein Versorgungssystem die angeschlossenen Räume mit erwärmtem Wasser versorgen.
*1. BImSchV: Erste Bundesimmissionsschutzverordnung
Beim Staub gilt: Je feiner die Partikel sind, desto schädlicher; Feinstaub unterteilt sich hierbei in die Größen PM10 und PM2,5 (s. Kästen S. 20/21). Gerade die besonders feinen Partikel können tief in das Lungengewebe eindringen. Für 17,4 % der schädlichen PM2,5-Emissionen sollen laut Umweltbundesamt mit Holz betriebene Feuerungen verantwortlich sein.
Vor allem handelt es sich dabei um Einzelraumfeuerungen, zum Beispiel die mit Stückholz befeuerten Kaminöfen. Wegen der hohen Emissionen aus den alten Stückholzöfen stehen mitunter Holzheizungen insgesamt in der Kritik, obwohl diese – vor allem automatisiert betriebene Holzheizkessel – mit einem zertifizierten Brennstoff wie Holzpellets durchaus emissionsarm betrieben werden können. Technologische Ansätze für reduzierte Staubemissionen der Einzelraumfeuerungen existieren bereits, sind in der Praxis aber noch nicht angekommen.
Eine unabhängige Untersuchung der schwedischen Energieagentur aus dem Jahr 2014 belegt, dass moderne Einzelraumfeuerstätten erheblich effizienter sind und bis zu 80 % weniger Feinstaub als ihre Vorgänger aus den 1980er- und 1990er-Jahren emittieren. So erzeugten die modernen Geräte die gleiche Wärmeleistung mit bis zu einem Fünftel weniger Brennholzeinsatz.
Im Rahmen der Untersuchung wurden zwei alte Holzöfen mit insgesamt 15 modernen Festbrennstoffgeräten mit einer Leistung zwischen 4,6 kW und 7,2 kW verglichen. Die Ergebnisse spiegeln den technischen Fortschritt wider und zeigen ein positives Gesamtbild. Hatten die Altgeräte noch einen Wirkungsgrad von 59 % bzw. 66 %, so wiesen die modernen Geräte einen Wirkungsgrad von bis zu 80 % auf. Dieser wirkt sich vor allem auf die eingesetzte Brennstoffmenge aus.
Moderne Feuerstätten sind generell alle Kaminöfen, Pelletöfen, Kachelöfen und Heizkamine, die seit dem 1. Januar 2015 im Handel erhältlich sind, sowie alle älteren Anlagen, die die verschärften Anforderungen der 2. Stufe der ersten Verordnung zur Durchführung des Bundesimmissionsschutzgesetzes (1. BImSchV) erfüllen.
In Deutschland wurden nach jüngsten Zahlen des Bundesverbands des Schornsteinfegerhandwerks 2016 insgesamt 11 Mio. Einzelfeuerstätten genutzt. Nach Angaben des HKI Industrieverbands Haus-, Heiz- und Küchentechnik seien bereits 1,5 Mio. Feuerstätten ausgetauscht worden, weitere 4 Mio. müssten im Rahmen der 1. BImSchV bis zum Jahr 2024 ausgetauscht, stillgelegt oder nachgerüstet werden. „Bei einem konsequenten Austausch veralteter Feuerstätten können enorme Fortschritte bei der Effizienz und der Luftreinhaltung erzielt werden“, betont HKI-Präsidentin Christiane Wodtke.
Was mit einer Einzelraumfeuerung technisch möglich ist, zeigt eine Entwicklung von Wissenschaftlern am Deutschen Biomasse-Forschungszentrum (DBFZ) in Leipzig. Dabei handelt es sich um eine neuartige Kombination aus Scheitholzkamin und einem Pelletbrennofen. Diese Kombination mit dem Namen „Pellwood“ ermöglicht niedrige Emissionswerte, was im April durch unabhängige Messungen bestätigt wurde.
Dass der Ofen mit einer Leistung von 13 kW so wenige Schadstoffe ausstößt, liegt an der Kombination aus Sturzbrandofen und neu entwickeltem, zweistufigen Brenner sowie einem integrierten Katalysator. Bei Sturzbrandöfen verbrennt zuerst das Brenngut in einer oberen Kammer, die Brandgase werden in einer unteren Kammer nachverbrannt. Entsprechend erfolgt die Verbrennung im Pellwood-Ofen: Zuerst werden Holzpellets bei einer hohen Temperatur verbrannt und in ein Brenngas überführt. Dann verbrennen diese Gase, wobei der vollständige Ausbrand im Sturzbrandofen erfolgt. Eine Feinreinigung erfolgt abschließend mit einem Katalysator.
Die durch den unabhängigen Schornsteinfeger und technischen Innungswart Dietrich Leonhard gemessenen Emissionswerte für Staubausschuss liegen knapp oberhalb der Nachweisgrenze. Beim Pellwood-Versuchsofen wurden 0,003 g /m3 Abgas erreicht, bei Kohlenmonoxid (CO) waren es 6 g /m3 Abgas. Zum Vergleich: Der zulässige Grenzwert nach der 1. BImSchV liegt für Staub bei 0,03 g /m3 Abgas beziehungsweise für CO bei 250 g /m3 Abgas. Niedrige Werte werden auch beim Verbrennen von Scheitholz erreicht, auch wenn diese etwas höher als bei Pellets sind, wie Projektleiter Ingo Hartmann auf Nachfrage der VDI nachrichten einräumt.
Diese niedrigen Emissionswerte kommen durch die besondere Kombination aus Pelletbrenner und Katalysator zustande. Im Test handelte es sich um ein verallgemeinertes Kombi-Ofen-Versuchsmodell. Dieses Modell soll aber in der Praxis durch jeden beliebigen Scheitholzofen ersetzt werden können.
In einem derzeit laufenden Projekt wird untersucht, ob sich dieses Feuerungsprinzip zu einem Kombi-Ofen-Modell weiterentwickeln lässt, das dann auch auf den Markt kommen soll. Hier stehen nach Angaben von Hartmann noch weitere Entwicklungsaufgaben an. So muss ein entsprechend geeigneter Pelletbrenner für den Ofenbetrieb vollständig neu entwickelt werden. „Das wird noch zwei, drei Jahre dauern“, schätzt Hartmann. Im Alltagsbetrieb soll es dann möglich sein, die Wohnung tagsüber im automatischen Feuerungsbetrieb mit Pellets zu heizen und abends ein Scheitholz aufzulegen.
