So reinigt man Abgase

Biomasseheizungen (Kessel, die Holz, Pellets oder Hackschnitzel verbrennen) stoßen immer weniger Feinstaub aus. Die Hersteller statten sie dazu entweder mit Partikelfiltern aus, optimieren die Feuerungstechnik oder bauen Katalysatoren ein. Die IKZ-PRAXIS stellt einige Beispiele vor.

Biomassefeuerungen erzeugen CO₂-neutrale Wärme. Dabei stoßen sie allerdings Staubpartikel aus: Zum einen ist es Flugasche, sogenannter Grobstaub mit Partikeln größer 1 µm (Mikrometer, 1/1000 mm), und Feinstaub, dessen Partikel kleiner als 1 µm sind. Den Großteil der Emissionen machen Feinstäube aus, sogenannte Aerosole. Besonders stark treten sie auf, wenn der Kessel seinen Heizbetrieb startet und wenn er auf Lastwechsel reagieren muss.

Elektrofilter
Mit Filtern lässt sich der Staub abfangen, bevor er über den Schornstein das Haus verlässt. Oft sind es Elektroabscheider, die alle nach dem gleichen Prinzip arbeiten: Sie erzeugen ein starkes elektrisches Feld, sodass sich freie Ladungsträger bilden; sie heften sich an die Staub­par­tikel. Eine Elektrode zieht die geladenen Teilchen samt Staubpartikel an. So werden sie festgehalten bzw. abgeschieden und können nicht ins Freie gelangen.
Bei Hargassner heißt der Feinstaubfilter „eCleaner“. An ihn lagern sich die elektrostatisch aufgeladenen Staubpartikel an den Wänden des Geräts ab und fallen durch eine automatische Putzeinrichtung nach unten. Eine Schnecke transportiert sie in eine Aschebox.
Bei seinem Pellet-Brennwertkessel „PE1c Pellet“ kombiniert Fröling die Abgaskondensation mit einem integrierbaren Elektrofilter – beides kompakt im Heizkessel verbaut. Die elektrostatische Aufladung der Partikel findet im Edelstahl-Wärmeübertrager statt, wodurch die Wärmeübertragerfläche und die Wirbulatoren gleichzeitig als Abscheidefläche dienen. Eine integrierte Spüleinrichtung reinigt die Flächen automatisch. Ebenfalls einen Elektrofilter bietet Fröling für seinen neuen Hackschnitzelkessel „T4e“ als Zubehörteil an.

Mehr Luft für verbesserte Verbrennung
Hersteller von Holzkesseln haben ihre Verbrennungstechnik verbessert, um die Emissionen zu senken. Ein Beispiel: Der „­Purowin“ von Windhager, der mit Hackschnitzeln oder Pellets heizt. Niedrige Emissionswerte erreicht er, weil er durch drei Zuführungen gezielt Luft für die verschiedenen Verbrennungsphasen zuführt. Dadurch kann er im Brennstoffbett mit einer niedrigeren Temperatur arbeiten, wodurch weniger Aerosole frei werden. Laut ­Windhager lassen sich auch die Stick­oxid­emissionen reduzieren.
Im „Purowin“ hilft zusätzlich das Prinzip der Gegenstromvergasung, den Anteil des Feinstaubs im Abgas zu reduzieren. Dazu macht er sich die filternde Wirkung des Brennstoffes zunutze. Fährt der Kessel an, füllt er zuerst seinen Brennraum mit Hackschnitzel oder Pellets. Im untersten Teil entsteht nach der Zündung ein Glutbett. Durch die Hitze verkohlt das darüber liegende Holz. Die Schicht wirkt wie ein Aktivkohlefilter. Aus dem Glutbett steigt das Holzgas auf und wandert durch die Kohle sowie das noch nicht verbrannte Holz, wobei der Feinstaub zurückgehalten wird. Das Holzgas verbrennt danach oberhalb des Brennguts.­

Problematische Betriebsphasen verkürzen
Für Stückholzkessel hat der bayerische Hersteller „HDG ­Bavaria“ zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) ein neues Verbrennungskonzept entwickelt: Das sogenannte Low-Emission-Verbrennungssystem (LEVS) mindert nicht nur staub- und gasförmige Emissionen, sondern erhöht auch die Verbrennungseffizienz. Derzeit testet es HDG Bavaria bei Pilotkunden.

Schadstoffe verheizen
Um den Schadstoffausstoß aus Raumholzöfen wie Kaminöfen zu mindern, haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) spezielle Einbaumodule entwickelt. Die Ringkörper vermischen durch ihre Geometrie die Rauchgase besser mit der Verbrennungsluft. Außerdem vermindern sie den Ausstoß von Feinstaub (also Partikel kleiner als 1 µm) laut der Forschungseinrichtung um bis zu 86%.
Wegen ihrer modularen Bauweise lassen sich die Ringkörper ohne großen technischen Aufwand in Einzelraumfeuerungsanlagen einbauen. Sie müssen über dem Feuerraum platziert und vom Abgas in senkrechter Richtung durchströmt werden können. Erste Hersteller, darunter Ambio, Camina Schmid, CTM und Wodtke, setzen die neue Technik ein.

Doppelt filtern
Um den oxidativen katalytischen Abbau von Feinstaub zu steigern, hat das Unternehmen Blue Fire ein zweistufiges System entwickelt. Zwei Katalysatoren sind in der Feuerung so angeordnet, dass zuerst die staubförmigen Emissionen reduziert und anschließend die gasförmigen Anteile der Emissionen oxidiert werden. In der ersten Stufe werden also die stark rußhaltigen Partikel zunächst zurückgehalten. Zudem wird hier (in der ersten Stufe) ein Teil der kohlenstoffhaltigen Bestandteile oxidiert und mit der Strömung ausgetragen. Hierdurch wird eine Ver­blockung der Stufe 1 verhindert. In der zweiten Katalysatorstufe werden die gasförmigen Schadstoffe Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe gemindert.
Mit dem zweistufigen Katalysatormodul konnte Blue Fire die Schadstoffe Kohlenstoffmonoxid (CO) um mehr als 80%, Kohlenwasserstoffe um bis zu 70% und Staub um mehr als 50% mindern, wie Versuche zeigten. Die Ofenfirma LEDA hat bereits einen Kaminofen mit kleiner Leistung entwickelt und am Markt etabliert, in dem sie die Technik einsetzt.

Fazit
Bei Biomassekesseln hat sich in den vergangenen zwei Jahrzehnten technologisch einiges getan – sowohl was die Bedienbarkeit, die Effizienz oder die Sauberkeit anbelangt. Die Beispiele zeigen, dass weitere Verbesserungen möglich und bereits umgesetzt sind. Ob mit Katalysatoren, Partikelfiltern oder optimierter Feuerungstechnik ausgestattet – Biomasseheizungen ­stoßen immer weniger Feinstaub aus.

Autor: Joachim Berner, freier Journalist