Einfach genial, genial einfach
Neuartiges Einbauteil senkt Feinstaub-Emissionen und könnte zum Standard in Holzfeuerungen werden
Bei starker Vergrößerung wirkt der Staubbelag auf den Einbauten ziemlich wuchtig. Jedoch ist zu sehen, dass die Staubabscheidung die Funktion der Einbauten nicht beeinträchtigt. Da die Staubpartikel nicht „verbacken“, fallen sie, wenn die Schicht wächst, nach unten ab.
Die Einbauten werden modulartig zusammengesetzt und über der Flamme im Feuerraum installiert, wo die Feuerungsgase sie durchströmen. Diese spezielle Architektur vermischt die Bestandteile des Abgases intensiv mit der Verbrennungsluft.
Einbauten oder Füllkörper sind Bauteile aus Keramik, Metall oder Kunststoff. Ein klassisches Anwendungsfeld ist zum Beispiel der Einsatz in der biologischen Abwasseraufbereitung.
Eine Neuentwicklung des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik (IBP) reduziert die Feinstaub-Emissionen von Holzfeuerungen signifikant. Das Einbauteil ist in Kaminöfen genauso gut einsetzbar wie in Pellet- oder Scheitholzkesseln. Die Erfindung dürfte den Gegnern des Heizens mit Holz eine ihrer schärfsten Waffen nehmen – den Feinstaub – und Herstellern von Holzöfen und -kesseln einiges an Furcht vor zukünftigen Grenzwertverschärfungen der 1. Bundesimmissionsschutzverordnung (1. BImSchV).
In den letzten Jahren wurde die Rauchgasreinigung in der Praxis oft über Katalysatoren angegangen, weil diese schon bei relativ niedrigen Temperaturen funktionieren. Aber die Kats haben auch eine Reihe von Nachteilen: Beispielsweise lässt ihre katalytische Wirkung mit der Zeit nach. Katalysatoren können außerdem vergiften, sodass sie dann regeneriert oder gar ersetzt werden müssen, was mit Kosten verbunden ist. Ein oft auch zu wenig beachteter Punkt: Sie bilden zusätzliche Schadstoffe in Form von Schwermetallen.
Alle diese Nachteile weisen Einbauten nicht auf. Sie brauchen keine Regelung, keinen Strom, sie sind günstig, robust und umweltfreundlich – und: Es gibt sie lange schon. Neu ist jedoch, sie in Kleinfeuerungsanlagen einzusetzen und zu beschreiben, wie sie dafür ausgelegt sein müssen. Das hat das Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) nun getan und damit erstaunliche Ergebnisse erzielt.
Modulartige Bauteile
Die modulartig zusammengesetzten Bauteile werden über der Flamme im Feuerraum installiert, wo die Feuerungsgase sie durchströmen. „Diese spezielle Architektur vermischt die Bestandteile des Abgases intensiv mit der Verbrennungsluft. Das wird durch Mehrfachumlenkungen innerhalb der Einbauten beziehungsweise Verwirbelungen noch verlängert“, erläutert Projektleiter Mohammad Aleysa vom Fachgebiet Verbrennungssysteme am Fraunhofer IBP. Das Modul speichert während der Verbrennung Wärme, die es beim Abfall der Temperatur unter eine bestimmte Grenze während der Verbrennung wieder freigibt. Die Schwelle ist erreicht, wenn die Abgastemperatur unter die Modultemperatur fällt. Die gespeicherte Wärme ermöglicht die Oxidation nicht verbrannter Bestandteile im Abgas auch in ungünstigen Betriebsphasen, zum Beispiel wenn Holz nachgelegt wird, was den Verbrennungsvorgang insgesamt stabiler macht. Im Forschungsprojekt wurde diese Technik in den beiden typischen Anlagenformen von Öfen eingesetzt: in einer Feuerungsanlage mit schneller Wärmeabgabe in den Aufstellraum (also frei stehende Raumheizer, Kamineinsätze und offene Kamine, die in kurzen Zeitabständen immer wieder mit Holz beschickt werden müssen) und in einer Feuerungsanlage mit einer langsamen Wärmeabgabe in den Aufstellraum, wie es für Grundöfen und Speicheröfen typisch ist.
Sauberes Abgas, höherer Wirkungsgrad
Die Abscheidung des Staubs aus dem Brenngas und somit die Filterfunktion der Einbauten basiert auf dem Prinzip der Adhäsion. Laut Aleysa verändern anorganische Feinstäube ihren Ladungszustand bei hohen Temperaturen: „Die Feinstäube sind je nach ihrer Beschaffenheit entweder positiv oder negativ geladen“, sagt er. In Tests bildete sich nach 400 Auflagen (das entspricht 50 Betriebstagen) ein Belag von knapp einem halben Millimeter Dicke. „Wenn die Schicht weiter wächst, fällt der Staub nach unten, da die Partikel nicht verbacken. Wenn sie durch die Ansammlung eine gewisse Größe erreichen, haften sie nicht mehr“, erläutert Aleysa. Die Gefahr, dass die Einbauten irgendwann verstopfen, besteht somit nicht und auch deshalb nicht, weil der Abgas-Durchmesser eines Einbauteils mit 5 cm ein Vielfaches mehr beträgt als die sich bildende Schicht.
Die Ergebnisse sind beeindruckend. Ziel war einerseits, die Emissionen zu senken und andererseits, den Wirkungsgrad der Feuerungen zu erhöhen. Beides ist gelungen. Bei den beiden eingesetzten Anlagentypen wurde Kohlenmonoxid im Mittel um bis zu 78 % reduziert, die Gesamtkohlenwasserstoffe im Abgas sogar um bis zu 95 %. Feinstäube ließen sich „problemlos“ um bis zu 86 % mindern. Die keramischen Einbauten schnitten durchschnittlich immer besser ab als die metallischen. Hinsichtlich des Wirkungsgrads wurden beim frei stehenden Raumheizer durch Einsatz der Einbautentechnik Verbesserungen zwischen 5 und 8 % erzielt. Bei der eingesetzten Speicherfeuerstätte waren im Mittel Wirkungsgradsteigerungen zwischen 2 und 6 % möglich, je nach Material der Einbauten (auch hier schnitt Keramik besser ab als Metall).
Flexibel, einfach, günstig
Es sprechen zentrale Punkte dafür, dass die Einbauten zum Standard in Holzfeuerungen werden. Über die Modulbauweise sind sie skalierbar. Sie sind laut Fraunhofer IBP aufgrund ihrer Flexibilität in allen Einzelraumfeuerungsanlagen ohne großen technischen Aufwand integrierbar. Die Einbauten selbst sind im Grunde genommen Pfennigartikel. Das Fraunhofer IBP beziffert als Zielgröße für die Kosten von Lizensierung, Material und Einbau bei Einzelraumfeuerungen einen Wert von unter 50 Euro pro Gerät, bei Kesseln will man unter 80 Euro bleiben.
Autor: Dittmar Koop
Bilder: Fraunhofer IBP
