Keramikfilter und Katalysatoren für die Emissionsminderung bei der Holzverbrennung

Holz und Holzbrennstoffe leisten bei der Wärmeerzeugung im Haushaltsbereich (Kamine, Heizkamine und Kachelöfen) einen wichtigen Beitrag zum Gelingen der Energiewende. Allerdings entstehen bei der Verbrennung von Holz Feinstaub- und Luftschadstoffemissionen. In Wohngebieten, in denen viele Kamine betrieben werden, kann es bei Inversionswetterlagen daher zu erhöhten Feinstaubbelastungen kommen.

Um den Schadstoffausstoß nachhaltig zu reduzieren und die Luftqualität zu verbessern legt die Verordnung zum Bundes- Immissionsschutzgesetz (1. BImSchV) fest, dass bis Ende 2024 ältere, ineffiziente und umweltschädliche Öfen entweder durch moderne, emissionsarme Modelle ersetzt oder mit geeigneten Emissionsminderungstechniken nachgerüstet werden müssen. Darüber hinaus sieht das neue Umweltzeichen »Blauer Engel« für Kaminöfen für Holz (DE-UZ 212) den Einsatz von Filtern, Katalysatoren und automatischer Verbrennungsluftregelung vor, um Staub- und sonstige Abgasemissionen deutlich unter­halb der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte zu erreichen.

Im Projekt »CleanKFA« entwickelte und erprobte das Fraunho­fer IKTS gemeinsam mit der DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH ein integriertes Abgasnachbehandlungssystem (AGN) zur Schadstoffminderung bei der Holzverbrennung in Kaminöfen. Mit geeigneten Schaumkeramikfiltern, -katalysatoren und Wärmespeicherelementen sowie durch Optimierung der Verbrennungsbedingungen (Temperatur, Luftzufuhr, Leistung) konnten im Vergleich zu konventionellen Feuerstätten deutliche Schadstoffminderungen erreicht werden. Die katalytische Abgasbehandlung führte bei Emissionsmessungen nach den Vergabekriterien des Umweltzeichens zu sehr niedrigen Werten:

• Kohlenstoffmonoxid < 350 mg/m³
• Organischer Gesamtkohlenstoff < 50 mg/m³
• Stickoxide < 125 mg/m³

So können die Vorgaben nach »Blauem Engel« sicher eingehalten werden. Der vorgelagerte Feinstaubfilter schützt 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 dafür im Projekt für eine Betriebsdauer von 100 Stunden erbracht werden. In dieser Zeit ist keine signifikante Katalysatoralterung aufgetreten, so dass die Emissionsminderung für die gasförmigen Schadstoffe konstant geblieben ist.

Durch die Kombination von Schaumkeramikfilter und -katalysa­tor konnten auch die Partikelemissionen stark gesenkt werden. Eine erweiterte Emissionsprüfung unter Einbeziehung der Anheizphase zeigt: die Partikelmassewerte liegen deutlich unter den gesetzlichen Vorgaben. Zudem konnte die Partikel­anzahl gegenüber dem Ausgangszustand der Feuerstätte nahezu halbiert werden. Ofenbauern bietet das Fraunhofer IKTS die auf ihre Systeme abgestimmte Entwicklung von Filtern und Katalysatoren für die AGN an.