Umwelt 30. Mrz 2017 Ralph H. Ahrens

Sauberere Kraftwerke

Einige Kraftwerke in Deutschland können bereits jetzt die vom Umweltbundesamt geforderten Grenzwerte einhalten – oder liegen nur knapp darüber.
Foto: RWE AG/Guenter Rudolph

Emissionen von Quecksilber (Hg) lassen sich auf vielfältige Art senken. Dies war die einhellige Meinung von rund 115 Experten auf der VDI-Fachkonferenz zur „Messung und Minderung von Quecksilberemissionen“ kürzlich in Frankfurt am Main.

Quecksilberbilanz eines Kohlekraftwerks

Um zu verstehen, wie sich Quecksilber (Hg) entlang des Rauchgaswegs verhält, hat Vattenfall an zwei Tagen im August im Kraftwerk Moorburg eine Hg-Bilanz gezogen.

Mit der Kohle wurden in Block A 5,0 µg Hg/m³ und in Block B 5,8 µg Hg/m³ ins Rauchgas freigesetzt. Im SCR-Katalysator wurde Hg0 zum Teil oxidiert. Hinter dem Kat lagen 90 % des Hg als Hg2+ vor. Elektrofilter fingen rund 10 % des Hg (meist Hg2+) in der Flugasche ab.

In der Rauchgaswäsche wurden im Mittel 66 % des Hg (meist Hg2+) herausgewaschen. Das Abwasser wird mit weniger als 10 µg Hg/l erneut der Rauchgaswäsche zugeführt.

Insgesamt landeten 76 % des Metalls in Filter und Rauchgaswäsche.

Als Nebenprodukt fiel Flugasche an, die in der Zementherstellung und in Betonfertigprodukten eingesetzt wird. Der Gips aus der Rauchgaswäsche enthielt etwa 40 % des gesamten Hg, der Schlamm der Abwasseraufbereitung ca. 26 %. Der Gips wird in der Bauwirtschaft genutzt, der Schlamm wird deponiert.rha

Wie das geht, könnte bald einige Energieerzeuger interessieren. Denn das Umweltbundesamt (UBA) schlägt vor, dass schon in vier Jahren bei einer Feuerungswärmeleistung über 300 MW kein Steinkohlekraftwerk mehr als 1 µg Hg/m³ und kein Braunkohlekraftwerk mehr als 5 µg Hg/m³ im Jahresmittel emittieren soll. Dies würde den Jahresgrenzwert von 10 µg Hg/m³, der ab 2019 für solche Großfeuerungsanlagen gilt, noch einmal deutlich verschärfen.

Dabei erfüllen einige Kraftwerke die geforderten Werte bereits oder liegen nur knapp darüber: etwa Moorburg in Hamburg, Ibbenbüren, Staudinger und Wilhelmshaven sowie Braunkohlekraftwerke im Rheinischen Revier. Das UBA hält sogar für Braunkohle einen Zielwert von 1 µg Hg/m³ für sinnvoll. „Wir wollen den Stand der Technik bei Braunkohlekraftwerken mittelfristig an das niedrigere Emissionsniveau heranführen, das Steinkohlekraftwerke absehbar erreichen können“, so Rolf Beckers, UBA. Gelingt dies, könnten in Deutschland die Hg-Emissionen aus der Kohlekraft im bestehenden Kraftwerkspark von 5 t auf deutlich weniger als 1 t/Jahr sinken.

Der Blick geht in die USA: „Dort emittieren Steinkohlekraftwerke weniger als 1 µg Quecksilber pro m³“, erklärte Jon Miller von der Firma Albemarle in Baton Rouge, Louisiana, auf der VDI-Tagung. Die Betreiber setzen vor allem auf drei Methoden: Die meisten düsen bromierte Aktivkohle vor einem Elektro- oder Gewebefilter oder vor einem Nasswäscher ein. Das Schwermetall haftet an der Aktivkohle und kann entfernt werden. Oder es werden Bromsalze der Kohle beigemengt. Sie tragen dazu bei, dass elementares Hg oxidiert; dieses Hg2+ lässt sich gut abfiltern bzw. auswaschen. Einige Kraftwerke nutzen Aktivkohle, um Hg2+ aus dem Nasswäscher auszutragen.

„Es gibt dort auch Braunkohlekraftwerke, die Werte um 1 µg erreichen“, meinte Christian Tebert vom Gutachterbüro Ökopol. Er nennt das Kraftwerk Oak Grove in Franklin, Texas. Hier kombiniert das texanische Energieunternehmen Luminant einen Katalysator zur Entstickung, der als Nebeneffekt elementares Quecksilber oxidiert, mit Aktivkohleeindüsung und Gewebefilter.

Auch hierzulande experimentiert man mit Bromsalzen, Aktivkohle und sulfidischen Fällungsmitteln im Waschwasser. Doch Ergebnisse aus den USA ließen sich nicht 1:1 übertragen, meint Jan Schütze vom Anlagenbauer IEM Fördertechnik im bayrischen Kastl. „Die Betriebsbedingungen differieren selbst unter deutschen Anlagen stark.“

Er stellte Ergebnisse aus Mittel- und Ostdeutschland vor. „Versuche mit Aktivkohle, teilweise bromiert, haben die Quecksilberemissionen bisher nicht unter 5 µg/m³ drücken können.“ Auch durch die Zugabe von Brom- oder Jodsalzen stiegt der Anteil an Hg2+ nicht deutlich an. „Einmal konnte der Hg-Abscheidegrad aber von 30 % auf 55 % erhöht werden.“ Und durch sulfidische Fällmittel stieg die Hg-Abscheidung unter günstigen Ausgangsbedingungen über den Nasswäscher von 30 % auf im Schnitt 80 %.

Und: Schütze sieht bei allen vorgestellten Methoden weiteres Optimierungspotenzial – etwa beim Eindüsen von Aktivkohle ins Rauchgas, was gleichmäßig über Abgaskanalquerschnitte von mehr als 50 m² verteilt werden muss. Dies wird noch dadurch erschwert, dass die Verweilzeit zwischen dem Dosierort vor dem Luftvorwärmer und dem Elektrofilter weniger als 1 s beträgt.

„Der 1-µg-Wert wird bei Kraftwerken mit hohem Quecksilbereintrag nur durch mehrere Techniken zugleich einhaltbar sein“, sagt Tebert. Besonders aufwendig ist das, wenn Braunkohle viel Quecksilber enthält – etwa beim Kraftwerk Schkopau von Uniper im mitteldeutschen Braunkohlerevier. Tebert schlägt deshalb eine Ausnahmeregelung vor: „Bei sehr hohen Quecksilbereinträgen über die Kohle könnte alternativ ein Mindestabscheidegrad festgesetzt werden.“

Gesundheits- und Umweltschutz gebe es nicht zum Nulltarif, räumt UBA-Mann Beckers ein. Weniger Quecksilber im Kamin bedeute, dass Strom aus Braunkohle teurer werde: „Auch dann aber wird die Braunkohle im Vergleich zu den Alternativen innerhalb der fossilen Stromerzeugung noch günstig dastehen, betrachtet man die Investitions- und Betriebskosten.“

Teils wird sich das Quecksilberproblem der Braunkohle auch selbst regeln. Im Rahmen der Energiewende werden wohl manche abgeschaltet. Andere würden noch 20 Jahre Strom erzeugen, so Beckers. Jene, die weiterlaufen, sollten sich bemühen, sich so weit möglich dem 1-µg-Wert zu nähern.

Gilt dies auch für Müllverbrennungsanlagen (MVA)? Martin Mineur, Geschäftsführer der Müllverwertung Borsigstraße (MVB) in Hamburg-Billbrock, hält das für überzogen. Es mache wenig Sinn, da MVA nur für einen Bruchteil der Hg-Emissionen verantwortlich seien. In Deutschland sind es nach Angaben des UBA beispielsweise 1,5 %. Und „wir entziehen der Biosphäre sogar in erheblichem Umfang Quecksilber“, meint Mineur. 2016 wurden mit Gewebefilter und Wäscher mehr als 99 % des mit dem Abfall eingetragenen Schwermetalls abgeschieden.

Zudem hat der Gesetzgeber erst 2013 die Anforderungen verschärft, so Mineur. Ab 2019 dürfen MVA mit einer Feuerungswärmeleistung über 50 MW im Jahresmittel nicht mehr als 10 µg Hg/m³ emittieren. Dies hielten alle betroffenen MVA locker ein.

Gegen schärfere Jahresgrenzwerte spricht auch, ergänzt Mineur, „dass alle MVA ab und an mit größeren illegalen Quecksilbereinträgen umgehen müssen“. Kurz nach solchen Ereignissen werden die aktuellen Grenzwerte – 50 µg/m3 im Halbstundenmittel und 30 µg/m³ im Tagesmittel – zeitweise überschritten, obwohl Filter und Wäscher auch dann noch den Löwenanteil des Schwermetalls aus dem Abgas entfernen.

In Billbrock hat man sich darauf vorbereitet. Zeigt eine Rohgasmessung hinter dem Kessel einen hohen Quecksilbergehalt, gibt das Anlagenpersonal Aktivkohle, die mit Schwefelsäure dotiert ist, hinzu. Versuche zeigen, „dass wir damit 90 % des Quecksilbers am Gewebefilter abscheiden“, freut sich Mineur. Ohne dotierte Aktivkohle bleiben nur 75 % am Filter hängen.

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