Dioxin- und PAK-Konzentrationen in Abgas und Aschen von Stückholzfeuerungen

1998

149 S.

114 Lit. Ang.

Bandaufführung

85316

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden 60 Verbrennungsversuche an vier handelsüblichen Hausbrandfeuerungen auf dem Feuerungsprüfstand der Landtechnik Weihenstephan durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war es, Erkenntnisse über die Höhe der Konzentrationen von polychlorierten Dibenzo-p-dioxinen (PCDD) und Dibenzofuranen (PCDF) sowie von polychlorierten aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) im Abgas, in den anfallenden Aschen und im Kaminruß bei der Berbrennung von naturbelassenem Holz in Hausbrandfeuerungen zu gewinnen. Dabei wurden brennstoff- und feuerungsbedingte Einflußfaktoren auf die Bildung dieser hochtoxischen Verbindungen identifiziert und bewertet. Durch gezielte Auswahl der Brennstoffe sowie der Feuerungsanlagen und der untersuchten Lastzustände wurde versucht, den Kleinanlagenbetrieb über eine große Bandbreite von Einsatzbedingungen praxisnah abzubilden. Um die Umwelteffekte einer "illegalen" Verbrennung von häuslichen Abfällen zu bewerten, wurden zusätzlich Hausmüllbestandteile und behandeltes Altholz in einem Kachelofen mitverbrannt. Die Ergebnisse der Verbrennungsversuche mit naturbelassenem Holz zeigen, daß die PAK-Emissionen - als Produkt einer unvollständigen Verbrennung - in ihrer Höhe maßgeblich von der Verbrennungsqualität der feuerungsanlagen beeinflußt werden. Die große Bandbreite an durchgeführten Versuchsvarianten bewirkte daher auch eine hohe Variation der PAK-Emissionen in einem Bereich zwischen 70 und 8500 ög/Nmß, bezogen auf 13 Vol.-% O2 (Summenwert nach EPA). Ein noch höherer PAK-Ausstoß wurde bei der Verbrennung von "feuchten" Holzbrennstoffen bestimmt. Im Gegensatz zu den PAK lagen die PCDD/F-Emissionen mit Werten zwischen 2 und 26 pg TE/Nmß in einem engen Bereich und auf sehr niedrigem Niveau. Die für Feuerungsanlagen der 17. BlmSchV festgelegte Emissionsbegrenzung auf 80 pg TE/Nmß bei 13 Vol.-% O2, die für die Verbrennung von naturbelassenen Holzbrennstoffen keine Gültigkeit besitzt und somit nur als Orientierungswert angesehen werden kann, wurde damit in allen Fällen deutlich unterschritten. Die organische Schadstoffbeladung der festen Verbrennungsrückstände wurde nicht nur von der großen Bandbreite an durchgeführten Versuchsvarianten beeinflußt. Erhebliche Unterschiede wurden zudem zwischen den Grobaschen aus dem Feuerraum und den Flug- bzw. Feinflugaschen aus dem Wärmetauscher und Kamin festgestellt. Die PAK-Konzentrationen in den anfallenden Aschefraktionen nahmen dabei vom Feuerraum über den Wärmetauscherbereich bis zum Kamin zu. Bei der Verbrennung von naturbelassenem Holz wiesen die Feuerraumaschen in der Feinfraktion PAK-Konzentrationen zwischen 79 ög/kg TM auf. Die Analysen der Grobfraktionen ergaben ähnliche Konzentrationswerte, obwohl es sich bei diesem Rückstand ausschließlich um unverbrannte Brennstoffreste handelte. Um ein Mehrfaches höher lagen dagegen die aus dem Wärmetauscher und Kamin entnommenen, mengenmäßig aber unbedeutenderen Flugaschen. Sie wiesen PAK-Konzentrationen bis 200 mg/kg TM auf. Die PCDD/F-Beladung der Verbrennungsrückstände, insbesondere der im Feuerraum anfallenden Aschen, zeigte eine starke Abhängigkeit zur verfeuerten Brennstoffart. Während die PCDD/F-Konzentrationen in den Feinfraktionen der Feuerraumaschen bei der Buchenholzverbrennung unter 20 ng TE/kg blieben, wurden hier bei der Nadelholzverbrennung bis zu 18fach höhere PCDD/F-Konzentrationen festgestellt. Anhand der im Feuerraumbereich gemessenen Temperaturverläufe konnte gezeigt werden, daß diese PCDD/F erst im Zuge einer einsetzenden De-novo-Synthese gebildet werden. Diese Neubildung findet hauptsächlich erst in er endgültigen Auskühlphase statt, die in der Regel erst nach mehreren Abbrandperioden einsetzt. In dieser Phase glimmt die angesammelte Grundglut langsam ab, wobei günstige PCDD(F-Bildungsbedingungen herrschen. Die unverbrannten Holzkohlen, die als Grobfraktion von der Feuerraumasche abgesiebt wurden, wiesen nur sehr geringe PCDD/F-Konzentrationen auf. Die Mitverbrennung von Hausmüllbestandteilen und behandeltem Altholz führte bei allen Verbrennungsversuchen zu höheren PAK-Emissionen. Diese wurden zum einen durch den weniger vollstängigen Ausbrand der Brennstoffe und zum anderen durch sehr hohe PAK-Gehalte in einzelnen Brennstoffgemischen hervorgerufen. Die Hausmüll- und Altholzmitverbrennung förderte die Dioxinbildung dagegen nicht zwangsläufig. Erst wenn die mitverbrannten Stoffe einen hohen Chlorgehalt oder hohe chlororganische Verunreinigungen aufwiesen, stiegen die PCDD/F-Emissionen auf bis zu 1000fach höhere Werte an. Eine quantitative Auswertung der PAK- und PCDD/F-Gehalte ermöglichte eine Input/Putput-Analyse der über den Brennstoff zugeführten und der im Gesamt-Output (Abgas und Aschen) enthaltenen PAK- und PCDD/F-Massenströme. Bei den PAK war der Gesamt-Output grundsätzlich stärker beladen als der Brennstoff. Die untersuchten Feuerungsanlagen stellten somit eine "PAK"-Quelle dar. Den weitaus größten Einzelbeitrag am PAK-Gehalt des gesamten Outputs hatte das Abgas. Der Großteil der im heißen Abgas enthaltenen PAK lag dabei gasförmig und weniger partikelgebunden vor. Die Input/Output-Analyse der PCDD/F-Massenströme ergab quantitativ eine Abnahme der PCDD/F-Menge durch den Verbrennungsprozeß, wenn Buchenholz eingesetzt wurde. Anders als bei den PAK war die Verbrennung eine "Senke" für PCDD/F. Zudem war der Einzelbeitrag des Abgases am PCDD/F-Gehalt des Gesamtrückstandes deutlich geringer. Eine Hochrechnung der PCDD/F-Emissionen aus der Verbrennung von naturbelassenem Holz in Hausbrandfeuerungen ergab eine PCDD/F-Jahresemissionssumme von 0,12 bis 1,8 g TE/a für Deutschland (Basisjahr 1994). Zusammenfassend sind zu den hochtoxischen und kanzerogenen Emissionen aus häuslichen Stückholzfeuerungen folgende Feststellungen zu treffen: - Die Verbrennung von naturbelassenem Holz in modernen Fuerungsanlagen mit hoher Verbrennungsqualität verursacht sehr geringe Emissionen von polychlorierten Dibenzo-p-dioxinen und Dibenzofuranen. Die illegale Verbrennung von chlorhaltigen Müllbestandteilen und mit chlororganischen Holzschutzmitteln behandelten Althölzern führt zu einem Anstieg der Dioxin- und Furanemissionen auf Konzentrationswerte, die bis zu 1000fach höher liegen können als bei der Verbrennung von naturbelassenem Holz. Feuerungsanlagen, die aufgrund eines niederen Entwicklungsstandes bei der Verbrennungstechnik hohe CO-Emissionen verursachen, weisen auch einen erhöhten Schadstoffausstoß bei den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen auf. Eine technische Optimierung der Feuerungen zielt gewöhnlich auf eine Minderung der Schadstoffemissionen und weniger auf eine Verbesserung des Brennstoffausbrandes ab. Dadurch enthalten die anfallenden Aschen häufig einen hohen Anteil an unverbranntem Brennstoff (Glühverlust >30%), wodurch günstige Voraussetzungen für eine erhöhte Schadstoffbildung und Schadstoffanlagerung an diese Feststoffpartikel gegeben sind.