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Freitag, 22. Februar 2019

Abluft

Günstige Lösung gesucht

Von Ralph H. Ahrens | 10. Mai 2018 | Ausgabe 19

Die Betreiber von Kohlekraftwerken benötigen preiswerte Verfahren, um die Quecksilberemissionen zu senken. Unklar ist, wie geringere Freisetzungen überwacht werden können.

BU Quecksilber
Foto: panthermedia.net/rclassenlayouts

Kohlekraftwerke gehören zu den größten Quecksilberemittenten. Kraftwerksbetreiber suchen deshalb nach preiswerten Lösungen, um das Schwermetall aus dem Rauchgas herauszuwaschen.

Pro Kubikmeter Luft sollen Steinkohlekraftwerke ab 2021 nicht mehr als 1 µg Quecksilber im Jahresmittel emittieren.“ Das forderte Katja Kraus vom Umweltbundesamt (UBA) auf dem VDI Wissensforum „Messung und Minderung von Quecksilber-Emissionen“ Ende April in Köln. Bei Braunkohlekraftwerken liegt die Grenze für Quecksilber (Hg) bei 5 µg/m³.

Wichtige Messverfahren für Quecksilber

Das UBA will mittelfristig beide Kohletypen gleich behandeln. 1 µg Hg/m³ sei für Braunkohlekraftwerke technisch machbar und finanzierbar, meint Kraus. Es geht um Kohlekraftwerke mit einer Feuerungswärmeleistung von mehr als 300 MW. Zurzeit dürfen diese im Tagesmittel 30 µg Hg/m³ und ab 2019 im Jahresschnitt 10 µg Hg/m³ emittieren.

Zusätzlich hat die EU im April 2017 die BVT-Schlussfolgerung für Großfeuerungsanlagen verabschiedet. BVT steht für „beste verfügbare Techniken“. Steinkohlekraftwerke dürfen dann ab 2021 im Betrieb max. 4 µg Hg/m³, Braunkohlekraftwerke max. 7 µg Hg/m³ im Jahresmittel emittieren.

Diese Werte müssen noch in die deutsche Großfeuerungsanlagenverordnung (13. BImSchV) übertragen werden. Wie niedrig die Grenzwerte tatsächlich ausfallen, entscheidet das Bundeskabinett anhand der UBA-Empfehlungen.

Die Kraftwerksbetreiber bereiten sich auf schärfere Vorgaben vor. „Sie suchen die wirtschaftlichste Lösung“, so Kraus. Vor allem in Brandenburg und der Lausitz müsse wegen höherer Hg-Gehalte der Braunkohle investiert werden. Die Lausitz Energie Kraftwerke AG (Leag) in Cottbus und Uniper in Düsseldorf testen bereits Verfahren, hielten sich auf dem VDI Wissensforum aber mit Informationen zurück.

Einblick aber gewährt der österreichische Anlagenbauer Andritz aus Graz. In vier Braunkohlekraftwerken im Osten Deutschlands testet man, welche Verfahren sich gut kombinieren lassen. Ausgangspunkt ist die Zugabe von Bromsalzen zur Kohle. Der Bromanteil führt dazu, dass ein Großteil des elementaren Quecksilbers in der Brennkammer oxidiert und in der Rauchgaswäsche ausgewaschen wird.

„Doch die Methode wird nicht ausreichen, den 5-µg-Wert einhalten zu können“, ist Andreas Gruber-Waltl von Andritz überzeugt. Daher kombinierte man die Bromsalzzugabe mit Verfahren, die die Re-Emission von Quecksilber aus dem Waschwasser verringern. Gute Ergebnisse brachte die Zugabe von Aktivkohle oder sulfidischen Fällungsmitteln. Elementares Quecksilber lasse sich im Rauchgas auch durch einen Katalysator oxidieren. Ein anderer Weg wären Module des US-Unternehmens Gore aus dem Bundesstaat Delaware, die in oder hinter dem Rauchgaswäscher sitzen. Diese enthalten ein fluorhaltiges Polymer, einen Katalysator und ein Adsorptionsmittel, das elementares wie oxidiertes Quecksilber adsorbiert. Mit zusätzlichem Schwefel bildet sich ungiftiges Quecksilbersulfid. Uniper sammelt hiermit seit Januar Erfahrungen in Schkopau.

„Die Module sind dann sinnvoll, wenn Rauchgas viel elementares Quecksilber enthält“, meint Ole Petzoldt. Der Chemiker ist fürs Europageschäft von Gore zuständig. Der Abscheidegrad hänge von der Anzahl der Module ab. Petzoldt verweist auf Erfahrungen aus sieben Steinkohlekraftwerken in den USA sowie zwei Braunkohlekraftwerken in Polen. „Durch jedes Modul sinkt der Hg-Gehalt um 20 % bis 30 %.“

Beispiel Bełchatóv südlich von Łódz: Dort steht das größte Kohlekraftwerk der EU mit 13 Blöcken. Hinter einem Block sind dort versuchsweise zwei Türme mit je sechs Modulen geschaltet. Vorne enthält das Rauchgas knapp 15 µg Hg/m³, nach sechs Modulen sind es unter 3 µg, nach zwölf sogar unter 1 µg.

Doch welche Technik ist die günstigste? Bei den Einzelmaßnahmen sind es wohl die Zugabe von Bromsalzen zur Kohle oder die von Additiven zum Wäscher. Die Module wären teuer, deren Betriebskosten aber niedrig, so Petzoldt.

Bleibt die Unsicherheit, ob sich Quecksilber im Rauchgas exakt feststellen lässt. Aus zwei Gründen ist dies schwierig: Die Konzentration des Schwermetalls ist dort etwa 1000-mal niedriger als die von Stick- und Schwefeloxiden. Und Quecksilber liegt in zwei Formen vor: elementar (Hg0) und oxidiert (Hg2+).

Das Referenzverfahren zur Bestimmung der Hg-Gehalte misst punktuell (s. Kasten). 2001 wurde es in der EU-Norm 13211 „Manuelles Verfahren zur Bestimmung der Gesamtquecksilber-Konzentration“ beschrieben. Dabei wurde die Nachweisgrenze von 2,6 µg Hg/m³ und bei der obligatorischen Doppelmessung eine Standardabweichung von 40 % festgehalten. Bei einem Mittelwert beider Messungen von 10 µg, kann der wahre Wert zwischen 6 µg und 14 µg/m3 liegen.

Ab 2021 müssen große Kraftwerke den Hg-Gehalt im Rauchgas kontinuierlich messen. Diese Verfahren werden in der EU mit dem Referenzverfahren kalibriert. Dies bedeutet, dass die Nachweisgrenze ebenfalls bei 2,6 µg/m³ liegt und die Messungenauigkeit 40 % beträgt.

Doch heute können Labore durch sauberere Arbeitsweise und längere Probennahmen die Nachweisgrenze auf 0,4 µg bis 0,7 µg/m³ senken. Die Messunsicherheit liegt dann bei 25 %. Das weiß auch die Europäische Normungsorganisation CEN. Sie überarbeitet die 13211-Norm. Weil Geld für neue Validierungsmessungen fehlt, kann sie Nachweisgrenze und Standardabweichung aber nicht ändern. Die Folge: Jahresgrenzwerte von 1 µg/m³ wären juristisch nicht einzuhalten.

Doch dies muss nicht so bleiben: CEN könnte die 13211-Norm so ändern, dass Messlabore Nachweisgrenze und Standardabweichung selbst bestimmen dürfen. Und CEN wird bald eine Norm für eine Adsorptionsfalle veröffentlichen, mit der sich niedrige Hg-Werte über einen längeren Zeitraum messen lassen (s. Kasten). Mit anderen Worten: Die Grenzwerte, die das UBA empfiehlt, werden sich künftig messtechnisch überprüfen lassen.