Potenziale eines integrierten Abgasbehandlungssystems für die Emissionsminderung bei Einzelraumfeuerstätten

Das Heizen mit Holz und Holzbrennstoffen ist in Deutschland weit verbreitet. Dabei haben Kaminöfen einen signifikanten Anteil und sind als Ergänzung zu bestehenden Heizsystemen besonders beliebt. Allerdings entstehen bei der Verbrennung von Holz schädliche Emissionen von Feinstaub- und gasförmigen Luftschadstoffen. In Wohngebieten mit vielen Kamine kann es daher zu erhöhten Feinstaub- und Schadstoffbelastungen kommen. Um die Luftqualität nachhaltig zu verbessern, wurden mit der Einführung der Ökodesignrichtlinie und des Umweltzeichens Blauer Engel neue Emissionsgrenzwerte für Kaminöfen festgelegt.
Im Projekt "CleanKFA" arbeitete das Fraunhofer IKTS an der Entwicklung und Erprobung eines integrierten Abgasbehandlungssystems aus zellulären keramischen Filtern und Katalysatoren zur Schadstoffminderung bei der Holzverbrennung in Kaminöfen. Das Ziel bestand in einer erheblichen Senkung der Emissionen bezüglich Feinstaub, Kohlenstoffmonoxid und gasförmigen organischen Verbindungen im Vergleich zu konventionellen Feuerstätten.
Dazu wurden am IKTS geeignete Schaumkeramikfilter und -katalysatoren entwickelt und mit Unterstützung der DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, Freiberg auf deren Wirksamkeit im realen Feuerstättenbetrieb erprobt. Mit Hilfe der Filter und Katalysatoren sowie durch Optimierung der Verbrennungsbedingungen bzgl. Temperatur, Luftzufuhr und Leistung konnten im Vergleich zu konventionellen Feuerstätten deutliche Schadstoffminderungen erreicht werden. Die katalytische Abgasbehandlung führte bei Emissionsmessungen nach den Vergabekriterien des Blauen Engels zu sehr niedrigen Werten für
• Kohlenstoffmonoxid < 350 mg/m³
• Organischen Gesamtkohlenstoff < 50 mg/m³
• Stickoxide < 125 mg/m³,
womit die Vorgaben des Umweltzeichens sicher eingehalten werden.
Außerdem schützt der vorgelagerte Schaumkeramikfilter den Katalysator vor zu hoher Temperaturbelastung und übermäßiger Beaufschlagung mit Ruß- und Aschepartikeln. Damit wird die thermische und chemische Alterung des Katalysators reduziert und die Langzeitstabilität gesteigert. Ein erster Nachweis konnte im Projekt für eine Betriebsdauer von 100 h erbracht werden, in denen keine signifikante Katalysatoralterung aufgetreten ist. Auf Grund der Ergebnisse ist davon auszugehen, dass die Emissionsminderung für die gasförmigen Schadstoffe auch über einen längeren Zeitraum stabil bleibt.
Durch die Kombination von Schaumkeramikfilter und -katalysator konnten die Partikelemissionen bei der Holzverbrennung ebenfalls stark gesenkt werden. Bei der neuen realitätsnahen Emissionsprüfung unter Einbeziehung der Anheizphase wurden deutlich niedrigere Partikelmassewerte im Vergleich zu den Vorgaben der 1. BImSchV erreicht und zudem die Partikelanzahl gegenüber der Feuerstätte im Ausgangszustand von 1,5 x 107/cm³ auf 8,2 x 106/cm³ nahezu halbiert. Weitergehende Optimierungen des Verbrennungs- und Filtrationsprozesses sollten darüber hinaus zusätzliche Potenziale für die Erniedrigungen der Staubemissionen bieten.