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Mit "IntEleKt" Feinstaub mindern

06.06.2018

Forscher der IZES gGmbH und Praktiker des Kesselherstellers Hoval GmbH entwickeln gemeinsam einen elektrostatischen Staubabscheider. Neu ist, dass sich der Abscheider als intelligent arbeitendes System selbständig auf die Auslastung des vorgeschalteten Heizkessels einstellt. Eine kostengünstige, robuste Alternative zu anderen Methoden der Abgasreinigung steht somit zur Verfügung. Ausgebremst wird die Marktakzeptanz der zukunftsträchtigen Entwicklung jedoch durch den weiterhin niedrigen Ölpreis.

Anfang 2015 wurden die gesetzlichen Grenzwerte für den Ausstoß von Feinstaubemission in der 1. BImSchV (Bundesimmissionsschutzverordnung) verschärft. Relevant ist das vor allem für kleine bis mittlere Biomassekessel mit einer thermischen Nennleistung von weniger als 1.000 kWth, beispielsweise Pelletheizungen oder Stückholzfeuerungen in Ein-, Zwei- und Mehrfamilienhäuser sowie Quartieren.


Abscheidebox mit Saugzuggebläse

Quelle: IZES


Innenansicht des Abscheiders

Quelle: IZES

Eine Möglichkeit den emittierten Staub in solchen Feuerungen zu mindern, sind elektrostatische Staubabscheider die nachträglich eingebaut bzw. je nach Feuerraumgeometrie des Heizkessels integriert werden können.


Die Vorteile

Seit dem Inkrafttreten der 2. Stufe der 1.BImSchV vor mehr als drei Jahren am 01. Januar 2015 werden elektrostatische Staubabscheider zunehmend in der Abgasreinigung im häuslichen Maßstab genutzt. Der Vorteil liegt im Gegensatz zu anderen Methoden vor allem in dem robusten, einfachen und relativ kostengünstigen Aufbau. Zwei Lösungen, die die Systeme „Kessel“ und „Elektroabscheider“ verfahrenstechnisch miteinander verschmelzen, konnten umgesetzt werden. So lässt sich der entwickelte Prototyp des Abscheidesystems in den Biomassekessel integrieren oder mittels einer speziell entwickelten Filterbox direkt an den Kesselkörper anflanschen. Im Falle der direkten Integration des Abscheiders können die Kosten gegenüber einer nachgeschalteten Lösung deutlich reduziert werden. Dies ist möglich, da einige Komponenten des Abscheiders wie beispielsweise Aschelade oder Niederschlagselektrode bereits Bestandteile des Heizkessels sind.

Langzeittauglichkeit

Der entwickelte elektrostatische Abscheider konnte an Testanlagen unterschiedlicher Kesselhersteller rund 20.000 h betrieben werden.

Massentauglichkeit

Das System ist nachweislich für verschiedenste Kesseltypen geeignet. Im Falle der angeflanschten Lösung kann das entwickelte Abscheidesystem unabhängig von Hersteller und Heizkesseltyp eingesetzt werden.

Praxistauglichkeit – Niedriger Ölpreis dämpft Marktpotential

Das Filtersystem kann einfach und ohne großen Aufwand von Fachpersonal installiert werden. Der Reinigungsaufwand ist je nach Einbausystem sehr unterschiedlich. Daniel Hegele von Hoval resümiert: „Die Anlage ist prinzipiell beim Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) zulassungsfähig. Weiteres Entwicklungspotenzial liegt sowohl in der Optimierung des manuellen als auch des automatischen Reinigungsmoduls. Ein Wermutstropfen ist jedoch, dass derzeit leider kein großer Markt für Biomassekessel und damit Systeme für die Feinstaubminderung besteht. Dies ist u. a. durch den derzeit sehr niedrigen Ölpreis bedingt. Aktuell werden immer noch zu viele mit fossilem Öl befeuerte Anlagen verkauft. Diese werden im Schnitt 20 Jahre betrieben und können deshalb leider nicht zum Erreichen der Ziele der Energiewende beitragen“.

So sieht es aus

Der Elektroabscheider wurde in verschiedenen Größen aufgebaut und besteht prinzipiell aus zwei Hauptkomponenten: Dem Abscheidesystem und der Hochspannungskontroll- und Regelungseinheit. Das Abscheidesystem ist im Falle der Anbaulösung eine eigens entwickelte Box, welche die Niederschlags- und die Sprühelektrode sowie die Hochspannungsisolatoren zum Vermeidung von Kurzschlüssen beinhaltet. Die Hochspannungskontroll- und Regelungseinheit übernimmt die Hochspannungsversorgung sowie die selbstständige Regelung des Abscheidesystems. Die Einheit kann aus der Ferne gesteuert & ihre Daten ausgelesen werden.

So funktioniert es

Die elektrophysikalischen Vorgänge in einem elektrostatischen Abscheider können grundsätzlich in vier Teilprozesse untergliedert werden: Gasentladung bzw. Koronabildung, Teilchenionisierung, Teilchentransport und Teilchenabscheidung. Die Abreinigung der abgelagerten Teilchen erfolgt meist mechanisch. Ein elektrostatischer Abscheider arbeitet grundlegend nach dem physikalischen Prinzip der elektrostatischen Feldaufladung bzw. dessen Wirkung auf Ladungsträger. Mit diesem Arbeitsprinzip können feste, flüssige und gasförmige Komponenten ionisiert und abgeschieden werden. Dabei können Abscheideraten von bis zu 99,9 % erreicht werden. Deshalb zählen elektrostatische Abscheider zu den effizient und hocheffektiv arbeitenden Abscheidesystemen. Einsatzbereiche sind die Reinigung von Produkt- oder Abgasen aus verschiedensten technischen Prozessen, insbesondere Verbrennungsprozesse.

HINTERGRUND ZUM FORSCHUNGSPROJEKT
Mit dem Ziel die Ansätze aus dem Vorgängerprojekt (OPTIDUST) in die Praxis zu übertragen, startete 2015 das „Feldtest“-Projekt „IntEleKt – Integrierter Elektrofilter im Kleinserientest“. An insgesamt 16 Feldtestkesselanlagen führten die Forschungsinstitution IZES und der Kesselhersteller Hoval gemeinsame umfangreiche Tests unter realen Bedingungen durch. „Wir wollten ein System entwickeln, welches Langzeit-, Massen- und Breitentauglich ist“, so Projektleiter Dr. Bodo Groß vom IZES. Im Verbundprojekt IntEleKt war IZES für die Elektronik und Hoval für die Mechanik zuständig. Gefördert wurde das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Programm „Energetische Biomassenutzung“.

So geht es weiter!

Die konkreten Ergebnisse werden in einem Endbericht detailliert beschrieben und im Oktober 2018 im Steckbrief des Projekts veröffentlicht . Weiterhin beschäftigen sich die Projektpartner mit der Weiterentwicklung und Erprobung eines Biomassekessels für größere thermische Nennleistungen (> 150 kW) als saubere und nachhaltige Alternative für den Wärmemarkt. Dieser „Emissionsarme Pelletkessel (EmiLy)“ soll für alle Pelletqualitäten geeignet sein. Mehr zu dem neuen Projekt finden Sie im Projektsteckbrief.

Kontakt

Projektkoordination
IZES gGmbH
Altenkesseler Straße 17, 66115 Saarbrücken
Dr. Bodo Groß – Projektleiter
Telefon: +49 (0)681 844 972-51, E-Mail: gross@izes.de

Partner
Hoval GmbH Humboldt Straße 30, 85609 Aschheim-Dornach
Thomas Uhle – Projektleiter
Telefon: +49 (0)89 922097-0, E-Mail: thomas.uhle@hoval.com

Programmbegleitung des Förderprogramms „Energetische Biomassenutzung“
Diana Pfeiffer – Projektkoordination
Telefon: +49 (0)341 2434-554, E-Mail: diana.pfeiffer@dbfz.de
Angela Gröber – Öffentlichkeitsarbeit
Telefon: +49 (0)341 2434-457, E-Mail: angela.groeber@dbfz.de

Das Förderprogramm
Im Juni 2008 startete das Förderprogramm „Energetische Biomassenutzung“. Das Programm wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und war bisher mit rund 57 Millionen Euro ausgestattet. Nach fast achtjähriger Laufzeit umfasst das Programm 133 Verbundprojekte bzw. über 330 Einzelprojekte, die zum Thema Biomasse als Energieträger forschen. Im Fokus stehen Forschungs- und Entwicklungsprojekte zur praxistauglichen Weiterentwicklung wettbewerbsfähiger Technologien, insbesondere in den Bereichen Verbrennung, Vergasung und Vergärung von Biomasse. Weitere Forschungsschwerpunkte sind systemflexible Anlagenkonzepte und Produkte für eine nachhaltige und effiziente Erzeugung von Strom und Wärme aus Biomasse, hier vor allem aus biogenen Rest- und Abfallstoffen. Fördermittelempfänger sind klassische Forschungseinrichtungen, aber vor allem auch klein- und mittelständische Unternehmen, die die Markteinführung bestimmter Technologien anstreben. Insgesamt sind seit 2009 rund 220 Institutionen im Programm beteiligt, davon über 120 KMUs. Die Programmbegleitung angesiedelt am DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH ist für die wissenschaftliche Begleitung und Öffentlichkeitsarbeit des Förderprogramms zuständig. Mit der fachlichen und administrativen Koordination desselben wurde der Projektträger Jülich (PtJ) beauftragt.

Weitere Informationen:

http://www.energetische-biomassenutzung.de (Förderprogramm)
https://www.energetische-biomassenutzung.de/proj/intelekt-521/ (Projektsteckbrief IntEleKt)
https://www.energetische-biomassenutzung.de/proj/emily-539/ (Projektsteckbrief Emily)

Bianca Stur | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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