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Donnerstag, 21. März 2019

Luftreinhaltung

Sauberere Ökostromabgase

Von Thomas Gaul | 5. April 2018 | Ausgabe 14

Auch die Motoren, die im stationären Betrieb bei der Verbrennung von Biogas Strom und Wärme produzieren, müssen sauberer werden.

w - BHKW BU
Foto: Stephan W. Eder

Biogasmotoren sollen generell sauberer werden. Hintergrund ist eine EU-Richtlinie, die die Emissionen mittelgroßer Feuerungsanlagen beschränkt.

Das aktuell geltende Regelwerk für Emissionen von Biogasaggregaten wird derzeit überarbeitet. Zu erwarten sind neue Abgasgrenzwerte. Hintergrund ist die neue Einstufung von Formaldehyd nach EU-Recht als „wahrscheinlich beim Menschen karzinogen“. In der Folge wird die neue Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) deutlich umfangreicher und komplexer.

Abgasvorgaben der MCP-Richtlinie

Die wesentlichen Änderungen für Biogasanlagen ergeben sich durch die Umsetzung der sogenannten MCP-Richtlinie (Medium Combustion Plants) der Europäischen Union (EU). Sie begrenzt die „Emissionen bestimmter Schadstoffe aus mittelgroßen Feuerungsanlagen in die Luft“. Dabei wird europäisches Recht in eine deutsche Verwaltungsvorschrift überführt.

Ursprünglich sollte die MCP-Richtlinie mit der novellierten TA Luft im Herbst letzten Jahres umgesetzt werden. Doch daraus wurde nichts, die Implementierungsfrist der MCP-Richtlinie vom 19. Dezember verstrich. Daher erwarten die Hersteller von Blockheizkraftwerken (BHKW) in Deutschland ein neues Regelwerk in Form einer Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV).

Mit der Verschärfung der Grenzwerte dürfte die SCR-Technologie zur Abgasnachbehandlung erforderlich werden. SCR steht für „selective catalytic reduction“. Bei diesen Verfahren wird Stickstoff selektiv, also bevorzugt, in den Abgasen von Feuerungsanlagen verringert. Doch diese Abgasreinigung mit Harnstoffeinspritzung, die sich in Nutzfahrzeugen bewährt hat, wird die Motoren verteuern.

Nach Angaben von Branchenexperten ist mit Mehrkosten von 20 000 € für die Abgasnachbehandlung zu rechnen. Dieser finanzielle Aufwand würde die Betreiber von Biogasanlagen bei gesunkenen Einspeisevergütungen für den Strom zusätzlich belasten.

Dabei sollte schon etwas für die Luftreinhaltung von Stationärmotoren getan werden, betont Dirk Goeman, Geschäftsführer des Katalysatorherstellers Emission Partner: „Es gibt eine Diskrepanz zwischen den gemessenen Werten und den tatsächlichen Emissionen.“ Denn in der Regel werden die Abgaswerte der Biogas-BHKW durch die Überwachungsbehörden nur einmal jährlich gemessen und nicht kontinuierlich im Betrieb.

Erste BHKW-Hersteller und die Komponentenhersteller, die sich mit Abgaskatalysatoren zur Oxidierung von Formaldehyd und zur Reduktion von Stickoxiden beschäftigen, stellen sich der Diskussion um die Abgaswerte, die Biogas-BHKW heute erzielen. „Eine Diskussion, wie wir sie für Pkw mit Dieselmotoren erleben, wäre für die Biogasbranche mit Blick auf die Akzeptanz nicht dienlich“, sagt Michael Wentzke, Geschäftsführer der Interessengemeinschaft Biogasmotoren.

Der Einzug von SCR-Katalysatoren bei der Abgasreinigung hat auch Konsequenzen für den Platzbedarf der Aggregate. Denn ähnlich wie im Fahrzeug werden auch die Abmessungen der Abgasreinigung größer, was die Motorenhersteller bei der Entwicklung neuer Baureihen konstruktiv berücksichtigen müssen. Da der Katalysator eine Temperatur im Abgas von 400 °C benötigt, muss vor dem Wärmetauscher ausreichend großer Bauraum vorhanden sein.

Der Markt für Biogas-BHKW wird geprägt durch sogenannte Packager, die Serienmotoren von den großen Herstellern kaufen und entsprechend auf- oder umrüsten. Für Betreiber bedeutet dies, mit ihrem BHKW-Lieferanten einen ausreichend großen Einbauraum zwischen Abgasturbolader und Abgaswärmetauscher vorzusehen. So lässt sich später problemlos die Abgasnachbehandlung nachrüsten.

Schon heute sind ausreichend groß dimensionierte Kat-Gehäuse auf dem Markt erhältlich, die zunächst nur mit dem Oxi-Kat bestückt werden und einen einfachen späteren Ausbau mit den SCR-Elementen einschließlich der Harnstoffeindüsung ermöglichen.

Motorenhersteller wie MAN Engines werden optional ein modulares Abgasnachbehandlungssystem (AGN) anbieten, erklärt Günther Zibes, Head of Power MAN Engines. Das Paket besteht aus SCR-Katalysator, Mischer, Harnstoffeinspritzsystem, Oxidations-/Ammoniaksperrkatalysator und Sensorik.

„Speicherung, Verrohrung sowie die Steuerung des Einspritzsystems werden durch die Packager bereitgestellt, um größtmögliche Flexibilität zu gewährleisten. Das modulare Abgasnachbehandlungssystem ist bei MAN bereits erfolgreich in mobilen Anwendungen im Einsatz und bewährt sich dort in engen Motorräumen.“

Caterpillar Energy Solutions habe bereits bei Biogasanlagen SCR-Systeme erprobt, so dass auch bei einer weiteren Verschärfung der Emissionsgrenzen erprobte Systeme zur Verfügung stehen, betont Heinrich Baas, Leiter Vorentwicklung Systemtechnologien bei dem Motorenhersteller.

Die Motorenentwicklung kann sich nicht allein auf das Absenken der Emissionen beschränken, da im zunehmend flexiblen Betrieb der Biogasanlagen sich die Motortemperatur häufiger ändert und damit andere Parameter der Steuerung wichtig werden. „Die steigende Verbreitung von SCR-Katalysatoren sowie die höheren Temperaturen und Druckbelastungen im Motor erfordern spezielle Gasmotorenöle und Kühlmittel“, betont Schmiermittelhersteller Chevron.