Durch die gestufte Verbrennung mit einer zusätzlichen Reduktionszone sollen Nox-Emissionen auch bei problematischen Holzabfällen reduziert werden. ©Bild: FI/Umsicht

Holzfeuerungsanlage der Firma Endress. Im Projekt wird eine Weiterentwicklung mit Brennstoffstufung realisiert. ©Bild: Endress Holzfeuerungsanlagen GmbH

Fraunhofer Umsicht: 50 Prozent weniger NOx-Emissionen durch Brennstoffstufung in Biomassefeuerungen

(FI/Umsicht) Forscher von Fraunhofer Umsicht und der Friedrich-Alexander-Universtität Erlangen-Nürnberg entwickeln gemeinsam mit dem Unternehmen Endress Holzfeuerungsanlagen eine neue Feuerungsanlage für Biomasse. Durch das Prinzip der Brennstoffstufung sollen mindestens 50 Prozent der NOx-Emissionen eingespart werden. Um das Konzept in eine serienreife Anlage zu überführen, arbeiten die Projektpartner in den nächsten drei Jahren im Projekt FlexNOx zusammen. Das Projekt startete im Februar 2021.


»Bislang gibt es keine adäquate technische, marktverfügbare Lösung für die Stickoxidminderung in dezentralen Feuerungsanlagen im Leistungsbereich zwischen 100 kW und 2 MW«, erklärt Markus Heese, Geschäftsführer von Endress Holzfeuerungsanlagen. In holzverarbeitenden Betrieben würde eine solche jedoch benötigt, um auch gestrichenes, lackiertes oder beschichtetes Holz, Spanplatten, Sperrholz oder verleimtes Holz energetisch zu nutzen. Denn dessen Verbrennung ist in der Regel mit hohen Stickoxidemissionen verbunden.

Handlungsbedarf für bessere Emissionsminderung
Die Diskussionen über Grenzwertüberschreitungen bei NOx und Feinstaub sowie die gesetzlichen Vorgaben für Feuerungsanlagen verdeutlichen den Handlungsbedarf für eine bessere Emissionsminderung. Mittelfristig ist zudem zu erwarten, dass in der 1. BImSchV (Verordnung zur Durchführung des deutschen Bundesimmissionsschutzgesetzes), die bislang keinen Grenzwert für Stickoxide aufführt, ein Grenzwert eingeführt wird. Hersteller und Betreiber von Biomasse-Feuerungen würde dies vor grosse Herausforderungen stellen.

Projektziel
Ziel des Projekts FlexNOx ist es, eine kostengünstige Lösung für die Reduktion von NOX-Emissionen in Biomassefeuerungsanlagen mit einer Feuerungswärmeleistung von 100 kW bis 2 MW zu finden, mit der um 50 Prozent niedrigeren NOX-Emissionen im Vergleich zum Stand der Technik erreicht werden können. Die Reduktion der NOX-Emissionen wird ausschliesslich mit Hilfe von Primärmassnahmen erreicht.

Die neue Feuerung wird auf Basis der technologischen Plattform für Biomassefeuerungen des Unternehmens Endress entwickelt und erprobt. Die Machbarkeit des Prinzips der Brennstoffstufung wurde bereits 2012 bei Fraunhofer Umsicht gezeigt. Martin Meiller, Leiter der Forschungsgruppe »Energie aus Biomasse und Abfall« erklärt es so: »In der Primärzone werden feste Brennstoffe wie z. B. Holz oder alternative biogene Brennstoffe verbrannt während in die Sekundärzone ein weiterer Brennstoff, der Reduktionsbrennstoff, eingebracht wird. Dadurch entsteht eine Reduktionszone, in der Stickoxide mit Hilfe von Kohlenwasserstoffradikalen abgebaut werden.« Thomas Plankenbühler vom Lehrstuhl Energieverfahrenstechnik der Friedrich-Alexander-Universität erklärt: »Für eine schnelle und effiziente Entwicklung verknüpfen wir experimentelle Arbeiten und moderne Simulationsmethoden.«

Geringere Emissionen
Im Gegensatz zu anderen Primärmassnahmen (Luftstufung, Rezirkulation von Abgas) können so signifikant niedrigere Emissionen erreicht werden. Im Vergleich zu Sekundärmassnahmen (SNCR, SCR) verbessert sich gleichzeitig die Energieeffizienz, da das Reduktionsmittel zur Energieerzeugung beiträgt. Neben der Reduktion von Stickoxidemissionen wird auch die Flexibilität der Energiebereitstellung durch den dynamischen Brennerbetrieb erhöht.

Text: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht

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