Strategien zur Einhaltung des verschärften Formaldehyd

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Strategien zur Einhaltung des verschärften Formaldehyd
Strategien zur Einhaltung des verschärften Formaldehyd-Grenzwerts
Strategien zur Einhaltung
des verschärften Formaldehyd-Grenzwerts
1. Einleitung und Hintergrund.......................................................................281
2. Neuentwurf der TA-Luft.............................................................................282
3. Gesetzliche Grundlagen..............................................................................284
4. Abluftreinigungsanlagen.............................................................................285
4.1. Thermische Abgasreinigung.......................................................................285
4.2. Regenerative thermische Oxidation..........................................................289
4.3. Wäscher.........................................................................................................291
4.4. Verbrennungsmotoranlagen.......................................................................293
5. Zusammenfassung.......................................................................................294
6. Quellen..........................................................................................................295
Die geplante Änderung der TA-Luft und insbesondere des momentan noch gültigen
Grenzwertes für Formaldehyd von 20 mg/m³ auf 5 mg/m³ führt zu der Frage, welcher
Grenzwert gilt und wann nun welche Grenzwerte kommen werden. Auch ist unklar,
inwieweit ein bestimmter Betrieb überhaupt betroffen ist und wie man als Unternehmen mit den neuen Grenzwerten umgehen muss. Hierbei gilt es sowohl auf die Art
der Genehmigung, die jeweils geltenden Ausnahmeregelungen und insbesondere auf
die im Einsatz befindliche Anlagenart einzugehen.
1. Einleitung und Hintergrund
Die DÜRR Systems GmbH und ihre Tochter Luft- und Thermotechnik Bayreuth GmbH
(LTB) beschäftigen sich seit Jahrzehnten mit dem Thema Abluftreinigung. Neben
Wäschern wurde bereits vor mehr als 25 Jahren mit dem Bau thermischer Anlagen
begonnen und mit mittlerweile mehr als 3.000 gebauten Anlagen ist DÜRR weltweiter
Marktführer in der Abluftreinigung.
Wie in vielen gesetzlichen Änderungen, kam auch hier die Initialzündung aus Brüssel.
Der Ausschuss für Risikobeurteilung (RAC) der Europäischen Chemikalienagentur
(ECHA) hat Ende 2012 eine Neubewertung von Formaldehyd vorgenommen und
hierbei vorgeschlagen, Formaldehyd in die Kategorie 1B (wahrscheinlich beim Menschen krebserzeugend) einzustufen.
281
Emissionsminderung
Matthias Hagen
Matthias Hagen
Emissionsminderung
Nach langen Diskussionen wurde mit der neuen Verordnung EU 605/2014 der Kommission, welche am 5. Juni 2014 veröffentlicht wurde, die Änderung der Verordnung
EU 1272/2008 (CLP-V ) aktiv und die Neueinstufung somit veröffentlicht. Ab dem
1. April 2015 wird der Anhang VI dieser Verordnung dahingehend geändert, dass
Formaldehyd, welches als chemischer Stoff gehandelt wird, als Carcinogen 1B und
Mutgen 2 gekennzeichnet werden muss. Das bedeutet, dass in Tierversuchen die
krebserregende Wirkung nachgewiesen wurde und damit eine entsprechende Wirkung auch beim Menschen wahrscheinlich ist. Die hier beschriebene Einstufung von
Formaldehyd soll ab sofort verwendet werden, was zunächst vorrangig Auswirkungen
auf den Transport des Stoffes hat. Hinsichtlich Formaldehyd als Emission müssen im
Nachgang nun die entsprechenden Vorschriften zur Emissionsminderung angepasst
werden um der Neueinstufung Rechnung zu tragen.
2. Neuentwurf der TA-Luft
Im Jahre 2014 begannen daraufhin ausführliche Diskussionen hinsichtlich einer Novellierung der Verwaltungsvorschrift TA-Luft. Es liegt nunmehr seit 29.5.15 ein erster
Entwurf vor, der im Herbst 2015 in einen Referentenentwurf münden soll, welcher
dann in das Rechtsetzungsverfahren übergeht. Nach einer Anhörung von entsprechend betroffenen Verbänden wird der Entwurf dann im zweiten Halbjahr 2016 in
das Bundeskabinett und den Bundesrat eingebracht. Sofern sich Bundesregierung und
Bundesrat schnell einigen, könnte das Verfahren bis Anfang 2017 abgeschlossen sein
und eine neue TA-Luft ab diesem Zeitpunkt gelten.
In dem Entwurf vom 29.5.2015 ist Formaldehyd als separater Stoff in 5.2.7.1.1 (karzinogene Stoffe) aufgeführt. Es gilt statt des bisherigen Grenzwertes von 20 mg/m³ ein
spezifischer Grenzwert für die Massenkonzentration von 5 mg/m³ sowie der Massenstrom von 12,5 g/h.
Darüber hinaus sind besondere Regelungen hinsichtlich des einzuhaltenden Emissionsgrenzwertes für Formaldehyd bei bestimmten Anlagenarten unter 5.4. neu geregelt
worden, die in Tabelle 1 nachfolgend zusammengefasst sind.
Tabelle 1:
Anlagen und Formaldehyd-Grenzwert
Nr. im TA-Luft Anlagenart/
EntwurfAnwendung
Erläuterungmg/m³
5.2.7.1.1.
karzinogene Stoffe 12,5 g/h oder
Formaldehyd
40,0
Brennstoffe: Biogas, Klärgas, Grubengas oder andere
20,0
Brennstoffe: Gase aus der thermochemischen Vergasung
von naturbelassenem Holz
10,0
Schlagwörter
5,0
5.4.1.1.2a
Verbrennungsmotor- bezogen auf 5 % O2; jährliche Messung erf.;
anlagen
Altanlagen dürfen bis 4a nach Erlass der Verwaltungs
vorschrift noch den höheren Grenzwert einhalten
5.4.2.8.1c/2c
Anlagen zur Herstel- Formgebung und Beschichtung wenn die Anlage nicht
lung von Endlos-
gem 5.2.1 4. BImSchV eingestuft wird
glasfasern
282
10,0
Strategien zur Einhaltung des verschärften Formaldehyd-Grenzwerts
Anlagen und Formaldehyd-Grenzwert (Fortsetzung)
Nr. im TA-Luft Anlagenart/
EntwurfAnwendung
Erläuterungmg/m³
5.4.2.11
Anlagen zum Schmelzen
mineralischer Stoffe
inkl. Anlagen zur Herstellung von Mineralfasern
5.4.5.2a
Anlagen zum Beschichten,
Imprägnieren, Kaschieren,
Lackieren oder Tränken von Glas- und Mineralfaser
5.4.5.2b
Anlagen zum Beschichten,
Imprägnieren, Kaschieren,
Lackieren oder Tränken von Zusätzlich muss eine jährliche Messung erfolgen
Papieren, einschließlich dazugehöriger Trocknungsanlagen
10,0
Fomgebung und Beschichtung von Endlosglasfaser
10,0
Formgebung, Kühl-und Härteöfen
Glas- und Steinwolleherstellung
5,0
10,0
5.4.6.2
Anlagen zum Herstellen von neue Verwaltungsvorschrift wird erarbeitet
Papier, Karton, Pappe
und integriert! Für indirekte Trockner und direkte Infrarottrockner gilt
5,0
15,0
5.4.6.3
Anlagen zur Herstellung von ggf. noch Änderungen gem. BVT Blätter erf;
Holzspanplatten, Holzfaser- O2 18 %, Altanlagen nach 4a. Spänetrockner
platten oder Holzfasermatten bis dahin 20 mg/m³
Schwebetrockner
10,0
Fasertrockner
15,0
OSB Trockner
20,0
Pressen
15,0
5.4.7.5
Anlagen zum Räuchern von
Fisch oder Fleischwaren
5.4.7.24
Anlagen zur Herstellung oder
Raffination von Zucker unter Verwendung von Zuckerrüben 10,0
5.4.7.29 und 30
Anlagen zum Rösten oder
Mahlen von Kaffee, Kaffee–
Ersatzprodukten, Getreide,
Kakaobohnen oder Nüssen
15,0
5.4.8.1.2a
Anlagen zur Beseitigung oder
Verwertung von Deponiegas/ Motoren
60,0
5.4.10.7
Anlagen zum Vulkanisieren
von Natur- oder Synthese-
kautschuk
10,0
5.4.10.15.1
Prüfstände für oder mit
Verbrennungsmotoren
20,0
5.4.10.23
Anlagen zur Textilveredelung direkt beheizte Trocknung
5,0
bei oxidativer Abgasreinigung
5,0
Thermofixierung
15,0
Easy Care oder wasser- und schmutzabweisende
Ausrüstung und Thermosisolieren
10,0
Knitterfreie, griffgebende bzw. flammhemmende
Ausrüstung, Beschichtung incl. Laminierung
20,0
Altanlagen bis in 4a: 40 mg/m³
10,0
283
Emissionsminderung
Tabelle 1:
Matthias Hagen
Die Vielzahl der in Tabelle 1 genannten Ausnahmen vom Grenzwert 5 mg/m³ zeigt,
dass es je nach Anwendung gegenüber der derzeitig gültigen TA-Luft zwar eine Verschärfung geben wird, aber deren Einhaltung mit der bisher üblicherweise eingesetzten
Technologie oft möglich sein sollte.
3. Gesetzliche Grundlagen
Emissionsminderung
Die TA-Luft ist eine der bekanntesten Verwaltungsvorschriften und regelt die Emissionsgrenzwerte in vielen Bereichen. Aufgrund der Umsetzungspflicht ist sie in einigen
Bereichen ausgesetzt worden, weshalb hier übergangsweise neue Regelungen greifen.
Für Anlagen, welche große Mengen emittieren, wurde von der EU eine separate Betrachtungsweise initiiert, die Industrial Emission Directive. Diese IED regelt speziell die
Pflichten um Emissionen zu reduzieren. Betroffene Anlagen sind z.B. die Verarbeitung
von mehr als 200 Tonnen pro Jahr an Lösemitteln, die Herstellung von Glas(bei mehr
als 20 Tonnen pro Tag) und alle Zementwerke. Für diese Anlagenarten wurden im
sogenannten Sevilla-Prozess die jeweiligen Produktionsprozesse durchleuchtet, wobei
viele betroffene Anlagen besucht und überprüft wurden. Daraus resultierte der jeweilige Stand der Technik zur Emissionsminderung und wurde als BAT ( Best Available
Technology) oder in Deutsch BVT (Beste Verfügbare Technik) festgestellt.
Auf Basis dieser Dokumente ist nun jeder Staat in der EU verpflichtet seine entsprechenden Schlüsse zu ziehen und die Vorgaben umzusetzen. In Deutschland liegen
(Stand Juli 2015) folgende BVT-Schlussfolgerungen vor:
• Eisen- und Stahlerzeugung, veröffentlicht am 8. März 2012
• Glasherstellung, veröffentlicht am 8. März 2012
• Gerben von Fellen und Häuten (Lederindustrie), veröffentlicht am 16. Februar 2013
• Zement-, Kalk- und Magnesiumoxidherstellung, veröffentlicht am 9. April 2013
• Chloralkaliindustrie, veröffentlicht am 11. Dezember 2013
• Zellstoff- und Papierindustrie, veröffentlicht am 30. September 2014
Schlagwörter
• Mineralöl- und Gas-Raffinerien, veröffentlicht am 1. November 2014
Diese müssen innerhalb von 4 Jahren nach deren Veröffentlichung umgesetzt sein. Da
der Gesetzgeber einen Widerspruch zwischen alter TA-Luft und BVT feststellte, wurde
zumindest für einige Branchen, zuletzt im April 2015, eine Vollzugsempfehlung erstellt. Diese
regeln die Aufhebung der Bindungswirkung der TA-Luft und neue Grenzwerte bis eine neue
TA-Luft entsprechend den Europäischen Vorgaben umgesetzt ist (voraussichtlich bis 2017).
Für die Genehmigungsbehörde bedeutet das, dass Genehmigungen an die Schlussfolgerungen angepasst werden müssen, bzw. bei beantragten wesentlichen Änderungen nach
§16 BImSchG die neuen Grenzwerte bereits jetzt in Betracht gezogen werden sollen. Für
alle anderen Fälle, also diejenigen ohne eine Vollzugsempfehlung, gilt nach wie vor die alte
TA-Luft, bzw. kann die Behörde hier eine Einzelfallanpassung vornehmen, wenn in Bezug
auf die kommende neue TA-Luft schärfere Grenzwerte erwartet werden.
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Strategien zur Einhaltung des verschärften Formaldehyd-Grenzwerts
Nach dem Erscheinen der neuen TA-Luft (voraussichtlich in 2017) wird für deren
Umsetzung bei Altanlagen eine entsprechende Frist gelten, die entweder generell oder
aber auch für bestimmte Anlagenarten anzuwenden ist. Diese Fristen werden derzeit
noch in der Anhörung der Verbände diskutiert, in der endgültigen Ausgabe der TALuft aber festgelegt sein.
Anlagen, welche unter die 31. BImSchV fallen, erfordern hingegen keine Aktivität der
Behörde. Die Einhaltung neuer Grenzwerte obliegt dem Betreiber. Kritisch ist hierbei
ganz besonders der Grenzwert für Formaldehyd, da die 31.BImSchV sich auf die Verwendung von Lösemitteln bezieht.
Das Umweltbundesamt sieht aber dies im Vergleich zur TA-Luft als eine Ungleichbehandlung und versucht nun die Grenzwerte zu harmonisieren. Die noch zu klärende
Kernfrage ist, inwieweit Formaldehyd als Lösemittel anzusehen ist und somit überhaupt
von der 31. BImSchV abgedeckt wird.
Momentan gibt es also für betroffene Anlagenbetreiber nur die Möglichkeit eine Ausnahmeregelung hinsichtlich des Grenzwertes für Formaldehyd zu erwirken, wobei
den Genehmigungsbehörden hier leider die Hände gebunden sind und Ausnahmen
von den geltenden 1 mg/m³ maximal auf den Europäischen Grenzwert von 2 mg/m³
zulässig sind.
4. Abluftreinigungsanlagen
Generell kann man sagen dass es 3 Technologiebereiche gibt, die im Nachgang näher
hinsichtlich der Relevanz des Themas Grenzwertverschärfung betrachtet werden:
• Anlagen mit thermischer Abgasreinigung,
• Anlagen mit Wäschersystemen,
• Motoren.
4.1. Thermische Abgasreinigung
Thermisch rekuperative Oxidationsanlagen, welche oft auch als TNV oder TAR bezeichnet sind, werden insbesondere im Bereich der Automobillackierung eingesetzt. Beim
Vernetzungsprozess innerhalb des Lacktrockners kann es bei bestimmten Lacktypen
zu Emissionen von Formaldehyd kommen.
Ihr im Vergleich zu anderen thermischen Abgasreinigungsverfahren vermeintlich hoher
Energiebedarf wird hier durch die Nutzung der Abwärme im Trockner aufgewogen
wodurch der Gesamtwirkungsgrad wesentlich verbessert wird.
285
Emissionsminderung
In der Europäischen Lösemittel Richtlinie wurde die Verwendung von krebserzeugenden Lösemitteln stark eingeschränkt. Sollte eine Substitution nicht möglich sein, gilt
ein Grenzwert von 2 mg/m³. In der 31. BImSchV wurde dies leider noch verschärft
und es gilt ein Grenzwert von 1 mg/m³ für Formaldehyd.
Matthias Hagen
Zum Verständnis wird das Verfahrensprinzip anhand Bild 1 kurz erläutert. Das Rohgas
tritt in die Anlage ein und wird über einen Wärmetauscher, den Rekuperator, erwärmt,
bevor es am Brenner vorbei in die Brennkammer kommt, wo die Schadstoffe oxidieren.
Das gereinigte Abgas, jetzt Reingas, wird nun durch die Rohre des Rekuperators geleitet,
wodurch es Energie auf das Rohgas überträgt. Falls nun eine höhere Temperatur am
Reingasaustritt gewünscht wird, kann dieser Weg mittels einer Temperaturregelklappe
gebypasst werden.
Rohgaseintritt
Umlenkkammer
Reingassammelraum
Isolierung
Emissionsminderung
Reingasaustritt
Brennkammer
TARCOMBrenner
Bild 1:
Modulierbares
Niedrig-Emissionspaket
Schnittbild Thermische Abgasreinigung
Quelle: Bilder und Unterlagen der Firmen DÜRR und LTB
C2H6
CH4
+H, O,
OH
+H
CH3
+H, O,
OH
+CH2
+H
+CH3
CH3CO
+M
+O, OH
CH3
CH3, HCHO, CHO
C2H4
HCHO
+H, O, OH
CH3CHO
+M, O2
+H
+O
+O
C2H5
+CH3
-H
+H, O, OH
C2H3
+O
CHO
+H
+M, O2, H
CO
+O, O2
CH2
+O
+O, O2
CH
CO2
Schlagwörter
Oxidationsstufen von Methan
Quelle: MTZ – Motortechnische Zeitschrift Juli 2009/580-587
286
C2H2
+OH
CH2CO
+H
+O2, OH
Bild 2:
+M, H
HCHO, CHO
+H
CH3
Strategien zur Einhaltung des verschärften Formaldehyd-Grenzwerts
Neben dem, z.B. aus dem Vernetzungsprozess des Lackes kommenden rohgasseitigen
Formaldehyd, ist es aber auch ein Teil der Zersetzungsreihe von Methan und damit bei
jedem thermischen Prozess, der Gas verbrennt, eine Teilstufe der Oxidation (Bild 2).
Um die Oxidation von Formaldehyd nun so ablaufen zu lassen, dass möglichst niedrige Grenzwerte erreicht werden, ist es notwendig drei Parameter zu berücksichtigen:
• Hohe Temperatur,
• Hohe Turbulenz,
TAR- bzw. TNV-Anlagen werden aufgrund der eingesetzten metallischen Werkstoffe
mit Brennkammertemperaturen zwischen 700 und 750 °C betrieben. Oft wird diese
Voreinstellung jedoch vom Betreiber zugunsten eines niedrigeren Energieverbrauches
nach unten verändert. In derartigen Fällen, bzw. wenn die Temperaturspanne noch
nicht nach oben ausgereizt ist, lässt sich also durch eine Anpassung der Temperatur an
die obere Grenze der Herstellervorgaben eine Reduzierung der Emissionen erwirken.
Erste Messungen an entsprechenden Anlagen haben gezeigt, dass, bei korrekter Auslegung der anderen Parameter, bei einem Test mit 120 mg/m³ Rohgaskonzentration
an Formaldehyd und einer Brennkammertemperatur von 720 °C kein Formaldehyd
mehr im Reingas nachweisbar war.
Bild 3:
Temperaturverteilung eines veralteten Konusbrenners
Quelle: Bilder und Unterlagen der Firmen DÜRR und LTB
Bild 4:
Temperaturverteilung eines modernen TARCOM-Brenners
Quelle: Bilder und Unterlagen der Firmen DÜRR und LTB
Wie aus Bild 3 erkennbar, ist für eine vollständige Oxidation insbesondere die Verteilung der Temperatur wichtig. Bei den in der Vergangenheit oft verwendeten einfachen
Konusbrennern wird sich zur Erzielung der Brennkammertemperatur eine sehr harte
Flamme ergeben und die Temperaturverteilung ist sehr ungleichmäßig. Neben einem
schlechteren Reingaswert für Kohlenwasserstoffe generell und insbesondere Formaldehyd, ergeben sich durch die heiße Flamme auch noch erhöhte Werte an NOx.
Durch den Einsatz eines modernen Mehrflammenbrenners ergibt sich eine wesentlich
gleichmäßigere Temperaturverteilung, was in Verbindung mit der deutlich höheren
Turbulenz im Brenner der Verweilzeit in der heißen Zone entgegenkommt und letztendlich auch die nachfolgend beschriebenen Kriterien positiv beeinflusst.
Je nach eingesetztem Brenner ist auch der nächste Parameter, die Turbulenz, durch die
Ausführung der Luftverteilung beeinflussbar. Dies zeigt auch Bild 4.
287
Emissionsminderung
• Hohe Verweilzeit.
Matthias Hagen
Emissionsminderung
Die Entwicklung von Brennern lässt sich bei einem Blick auf die in Bild 5 dargestellten
3 Generationen einer Brennerbauart sehr leicht nachvollziehen. Zwischen den verschiedenen Generationen liegen mehr als 10 Jahre wobei der neueste Brenner rechts
dargestellt ist. Deutlich ist die mehrfache Gaszuführung erkennbar, was zu einer weichen Flamme, höheren Turbulenz und damit gleichmäßiger Temperatur führt.
Bild 5:
Entwicklung vom Konusbrenner zum Mehrflammenbrenner (v. l. n. r.)
Quelle: Bilder und Unterlagen der Firmen DÜRR und LTB
Schlagwörter
Der dritte Parameter, die Verweilzeit, ist letztendlich abhängig von der Größe der
heißen Zone. Die Brennkammer ist aber bereits mit der Konstruktion der Anlage gemäß den Randbedingungen des Kunden fixiert. Eine Anpassung ist in der Regel nicht
möglich. Insbesondere bei Anlagen welche über eine geregelte Reingastemperatur
verfügen sollen ist es ratsam die Verweilzeit bereits bei der Auslegung entsprechend
zu erhöhen. Hier hat sich zur Erhöhung der Verweilzeit der Einbau einer zusätzlichen
Umlenkung, wie in Bild 6 dargestellt, als positiv erwiesen. Dabei wird das Reingas
vor Verlassen der Anlage nochmals umgelenkt, wodurch die sichere Einhaltung der
Grenzwerte – auch bei sich verändernden Reingastemperaturen – möglich wird.
Im Bereich bestehender Anlagen ist eine derartige Ausführung leider nicht nachrüstbar. Hier ist insbesondere die Auslegung der Anlagen zu beachten, da es häufig
vorkommt dass ältere Anlagen mittlerweile unter anderen Betriebsbedingungen
gefahren werden als ihre ursprüngliche Auslegung vorsah. So kann zwar nicht die
Anlage angepasst werden jedoch die Betriebsbedingungen. Durch eine Absenkung
des Volumenstroms wird die Verweilzeit erhöht und die Reingaswerte gesenkt. Eine
weitere Möglichkeit ist bereits in Bild 3 und Bild 4 aufgezeigt. Das einzig leicht tauschbare Teil derartiger Anlagen ist der Brenner Ein Tausch in einen modernen Brenner
bringt neben einer Verbesserung der Reingaswerte häufig auch eine Einsparung an
Energie, wodurch sich der Austausch schnell rechnet.
288
Bild 6:
Emissionsminderung
Strategien zur Einhaltung des verschärften Formaldehyd-Grenzwerts
Verweilzeitverlängerung
Quelle: Bilder und Unterlagen der Firmen DÜRR und LTB
4.2. Regenerative thermische Oxidation
In den letzten Jahren hat sich die Oxidation mit regenerativer Abgasvorwärmung,
oder regenerative thermische Oxidation, RTO, zur meistverwendeten Anlagenart
entwickelt. Insbesondere durch die eingesetzten Wärmespeichermaterialien ist häufig
ein autothermer Betrieb, also der Betrieb der Anlage ohne Zusatzbrennstoff, bereits
bei Konzentrationen von nur knapp über 1 g/m³ möglich. Um die Auswirkungen
hinsichtlich Formaldehyd zu verstehen muss man die Technik dieser Anlagenart
näher betrachten. In Bild 7 ist ein Schnitt durch eine derartige Anlage zu sehen.
Wenn die im vorhergehenden Abschnitt betrachteten Parameter angewandt werden,
lässt sich feststellen, dass die Temperatur hier üblicherweise bei 800 bis 950 °C liegt
und somit weit über dem bei klassischen Thermischen Nachverbrennungsanlagen
üblichem Wert. Auch erfolgt die Wärmezufuhr gleichmäßig durch die Aufwärmung
innerhalb der Wärmespeicherelemente, wodurch bereits eine Vorwärmung auf nahezu
Brennkammertemperatur gegeben ist. Oft beginnt die Oxidation deshalb bereits im
oberen Bereich der Wärmespeicherelemente.
Hinsichtlich der Turbulenz und der Verweilzeit sind derartige Anlagen eher durchschnittlich, was jedoch durch die optimale Temperaturverteilung mehr als kompensiert wird. Somit ist eine Oxidation von rohgasseitigem, bzw. dem bei der Oxidation
entstehendem Formaldehyd bei korrekter Anlagenauslegung immer sichergestellt.
289
Matthias Hagen
Brenner
Gereinigte
Abluft
Spülluft
Bild 7:
Emissionsminderung
RegenerativWärmetauscher
Schnittbild einer RTO-Anlage
Schadstoffhaltige Abluft
Quelle: Bilder und Unterlagen der
Firmen DÜRR und LTB
Dies wurde von einem Hersteller im Rahmen der Anhörung des VDMA zu diesem
Thema auch untersucht. Tabelle 2 zeigt, dass hier fast kein Formaldehyd mehr messbar
war. Zu beachten gilt hier jedoch, dass die Verweilzeit der Anlage durch die im Vergleich zur Auslegungsmenge von 50.000 m³/h niedrige Abgasmenge von 27.000 m³/h
zu einer Erhöhung der Verweilzeit führte.
Tabelle 2: Formaldehyd-Messwerte an der RTO-Anlage
Messkomponente: Formaldehyd (TAR 2)
Messung
Datum
Grenzwert
Messzeitraum KonzentrationMassenstrom Konzentration Massenstrom
Nr.mg/m3kg/h mg/m3kg/h
1
09.07.2014
09:24 – 09:54
< 0,12
< 0,0003
–
2
09.07.2014
10:02 – 10:32
< 0,13
< 0,0003
–
3
09.07.2014
11:28 – 11:58
< 0,15
< 0,0004
–
Mittelwert
< 0,13
< 0,0003
–
Maximalwert
< 0,15
<0,0004
–
6.3. Messunsicherheiten
Emissions- Mess-
Einheit Maximal-erweiterteymax –
ymax+
Bestimmungsquelle
kompo-wert
Messun-
U0,35U0,35methode
nenteymaxsicherheit
(U0,35)
TAR
Formaldehydmg/m3
< 0,15
1,15
0,0
< 1,3
indirekter Ansatz
Schlagwörter
Quelle: KBA Bericht Formaldehyd Stand 2014, Auswirkung der Reklassifizierung von Formaldehyd auf thermisch regenerative
Anlagen
Der wichtigste verbleibende Faktor bei derartigen Anlagen ist somit nicht die Qualität
der Oxidation in der Brennkammer, sondern die Dichtheit des in Bild 7 Schnittbild
RTO im unteren Bereich sichtbaren Klappensystems. Durch Verwendung geeigneter
Dichtungen können hier Leckagen vermieden werden. Deutlich wird dies durch ein
Beispiel.
290
Strategien zur Einhaltung des verschärften Formaldehyd-Grenzwerts
Wenn bei einer angenommenen Rohgaskonzentration von 5 g/m³ Formaldehyd und
dem o.g. Beispielvolumenstrom von 27.000 m³/h nur eine Leckage von 0,1 Prozent
auftritt würde bereits der Grenzwert von 5 mg/m³ im Reingas erreicht werden. Hier
ist es also erforderlich die Dichtheit der Klappen z.B. durch entsprechend nachgiebige
Dichtungen von Haus aus sicherzustellen und später diese regelmäßig prüfen und
gegebenenfalls nachjustieren zu lassen.
4.3. Wäscher
Neben Anwendungen bei der Trocknung von Holzspänen oder Pressen für Spanplatten
ist diese Technologie bei der Textilveredelung weit verbreitet. Prinzipiell geht es hier
um mehrere Effekte die beachtet werden müssen:
• Absorption des Formaldehyds in der Waschflüssigkeit,
• Beachtung von Nebenreaktionen,
• Oxidation oder Abwasserbehandlung.
Bild 8:
Wäscheranlage in der Textilindustrie
Quelle: Bilder und Unterlagen der
Firmen DÜRR und LTB
Die eingesetzten Wäscher müssen einen ausreichenden Stoffübergang ermöglichen
und eine entsprechend große Absorptionskapazität bieten. Hierzu haben sich Kolonnenwäscher mit Füllkörperschüttungen bewährt.
Generell hat Formaldehyd eine sehr gute Löslichkeit in Wasser. Die Abscheidung ist
also problemlos möglich, wobei in Abhängigkeit von der Temperatur entsprechende
Mengen zur Ausschleusung anfallen. In einem Beispielfall sollen 40.000 Nm³/h Abgas
mit einer Rohgaskonzentration von 500 mg/m³ auf eine Austrittskonzentration von
291
Emissionsminderung
In vielen Prozessen haben sich Wäscher aufgrund der niedrigen Betriebskosten und
moderaten Investitionskosten gegenüber thermischen Verfahren bewährt. Auch ist bei
vielen Prozessen auch noch ein geringer Staubanteil im Rohgas enthalten, was ohnehin
eine Vorreinigung erforderlich machen würde.
Matthias Hagen
< 5 mg/m³ abgereinigt werden. Es zeigt sich ein extremer Anstieg der erforderlichen
Ausschleusemenge, was in Bild 9 dargestellt ist. Somit wird deutlich, dass es erforderlich ist die Temperatur möglichst niedrig zu halten. Die Ausschleusemenge kann
aber reduziert werden, indem das Formaldehyd im Wäscher chemisch oder biologisch
umgesetzt wird. Bei der chemischen Oxidation kann Formaldehyd mit Hilfe eines
Oxidationsmittels (z.B. Wasserstoffperoxid) zu Carbonsäuren umgewandelt werden,
was eine entsprechende pH-Wert Regelung erforderlich macht. Auch biologisch lässt
sich die Oxidation durch entsprechende Bakterien durchführen. Hierzu sind jedoch
konstante Bedingungen für das Überleben der Bakterien erforderlich und abgestorbene
Bakterien müssen regelmäßig aus der Waschflüssigkeit als Schlamm abgezogen werden..
Emissionsminderung
Neben der Behandlung innerhalb des Wäschers kann dies auch in einer angeschlossenen
Kläranlage erfolgen, wobei hier insbesondere bei externen Betreibern die Einleitegrenzwerte zu beachten sind.
Ausschleusemenge
m3/h
30
25
20
15
10
5
0
Bild 9:
0
20
40
Temperatur °C
Ausschleusemenge
60
80
Erforderliche Ausschleusemenge in Abhängigkeit der
Temperatur
Schlagwörter
Neben Formaldehyd treten in vielen Prozessen auch noch weitere gasförmige Schadstoffe auf, aber auch Stäube sind präsent. Hierdurch kommt es u.U. zu pH-Wert Änderungen, welche die Absorption behindern bzw. eine zusätzliche Dosierung von weiteren
Chemikalien erfordern. Auch ist bei Stäuben eine Vorabscheidung und Ausschleusung
erforderlich, um ein Verstopfen der Füllkörper zu verhindern. Die grundlegende
Funktion eines Kolonnenwäschers ist in Bild 10 dargestellt.
Letztlich kann bei einem bestehenden Wäscher die Abscheideleistung nur erhöht werden, in dem entweder die Absorptionsfähigkeit durch eine Erhöhung der Übergangsfläche, und damit Vergrößerung der Füllkörperschüttung, erfolgt oder die Absorption
durch Erhöhung der Ausschleusung verbessert wird. Also den Wäscher vergrößern,
292
Strategien zur Einhaltung des verschärften Formaldehyd-Grenzwerts
z.B. durch Einbau eines Zwischenstückes wie in Bild 10 dargestellt oder den Waschflüssigkeitskreislauf durch Anhebung der Waschflüssigkeitsmenge abzuändern. Hierbei
ist jedoch der Flutfaktor der Schüttung zu beachten.
Eine weitere Option ist die Zudosierung von Oxidationsmitteln, und damit die Umwandlung des absorbierten Formaldehyds zu Carbonsäuren, wodurch die Reaktivität
der Waschflüssigkeit verbessert wird.
Reingas
Flüssigkeitsverteiler
Emissionsminderung
Demister
Kreislaufwasser
Füllkörper
Abgas
Kreislaufbecken
Bild 10:
Kreislaufwasser
Schnittbild eines Kolonnenwäschers
Quelle: Bilder und Unterlagen der
Firmen DÜRR und LTB
4.4. Verbrennungsmotoranlagen
Motoren werden vielfältig eingesetzt, so vor allem im Bereich der Blockheizkraftwerke.
Hierbei ist Formaldehyd ein Produkt der unvollständigen Verbrennung, wie bereits
in Bild 2 dargestellt.
293
Matthias Hagen
Emissionsminderung
An etlichen BHKWs wurden bereits umfangreiche Messprogramme durchgeführt,
weshalb hierzu gute Daten vorliegen. In Sachsen wurden neben Formaldehyd auch
noch Methan, CO und NOx erfasst um insbesondere deren Abhängigkeit zu klären.
In Bild 11 wurden die Messergebnisse deshalb in Zusammenhang mit den Methanemissionen dargestellt. Ein direkter Zusammenhang kann jedoch nicht nachgewiesen
werden. Deutlich ist zu erkennen, dass die Anlagen 3 und 13 aufgrund der eingebauten
Nachverbrennungsanlage extrem niedrige Werte erreichen können. Bei Anlagen die
mit Katalysatoren zur Abgasreinigung ausgestattet sind wurden moderate Emissionen
festgestellt.
Methan
mg/m3
2.400
2.300
2.200
2.100
2.000
1.900
1.800
1.700
1.600
1.500
1.400
1.300
1.200
1.100
1.000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Formaldehyd mg/m3
160
140
120
100
80
60
40
20
1
2
4
11
12
5
6
7
8
9/1
Anlagennummern
Methan
Bild 11:
9/2
10/1 10/2
3
13
0
Formaldehyd
Formaldehydemissionen an Motoren
Schlagwörter
Quelle: Kretschmann, R. et al, Heft 21/2012, Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie des Freistaat Sachsen; Ermittlung der Standzeiten von Abgasreinigungseinrichtungen an BHKW-Motoren hinsichtlich der Minderung von Formaldehyd,
Methan, Kohlenmonoxid, Stickoxiden und Geruch
Es ist jedoch möglich, durch die Nachschaltung eines entsprechend großen Katalysators,
die gewünschten Grenzwerte einzuhalten. Zu beachten ist hierbei die Empfindlichkeit
des Katalysators hinsichtlich Schwefelverbindungen, welche als Katalysatorgift gelten
und diesen nachhaltig zerstören, wodurch die Reaktivität rapide abnimmt. Hierdurch
ist es ggf. erforderlich den Katalysator regelmäßig zu tauschen bzw. für Schwefelverbindungen zusätzliche Abscheideverfahren vorzuschalten.
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Strategien zur Einhaltung des verschärften Formaldehyd-Grenzwerts
5. Zusammenfassung
Obwohl nunmehr die neuen Grenzwerte eine Verschärfung darstellen, ist es doch bei
den am stärksten betroffenen Anwendungen gelungen, abgeschwächte Grenzwerte zu
vereinbaren, welche in vielen Fällen einen Fortbetrieb der bisher eingesetzten Technik
ermöglichen. In Fällen, wo die Technik nicht ausreicht, kann oft mithilfe von Nachrüstungen eine Verbesserung erzielt werden. Kritisch ist zurzeit noch die 31. BImSchV,
wo im November 2015 hoffentlich schon nähere Ergebnisse vorliegen.
6. Quellen
[1] Bilder und Unterlagen der Firmen DÜRR und LTB
[3] KBA Bericht Formaldehyd Stand 2014, Auswirkung der Reklassifizierung von Formaldehyd auf
thermisch regenerative Anlagen
[4] Kretschmann, R. et al, Heft 21/2012, Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie des
Freistaat Sachsen; Ermittlung der Standzeiten von Abgasreinigungseinrichtungen an BHKWMotoren hinsichtlich der Minderung von Formaldehyd, Methan, Kohlenmonoxid, Stickoxiden
und Geruch
[5] MTZ – Motortechnische Zeitschrift Juli 2009/580-587
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Emissionsminderung
[2] Dokument Nr.1.1/ 2015-05-29, Vorschläge zur Anpassung der Ersten Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Bundesimmissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft –
TA Luft)
Erneuerbare Energien
Erneuerbare Energien, Band 1
Herausgeber:
Karl J. Thomé-Kozmiensky
ISBN:
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Gebundene Ausgabe:
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978-3-935317-44-3
2009
329 Seiten
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Erneuerbare Energien, Band 4
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Michael Beckmann
ISBN:
978-3-935317-55-9
Erscheinung:
2010
Gebundene Ausgabe:
393 Seiten
mit farbigen Abbildungen
Preis:
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105.00 EUR
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Erneuerbare Energien, Band 2
Herausgeber:
Karl J. Thomé-Kozmiensky
Michael Beckmann
ISBN:
978-3-935317-43-6
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2009
Gebundene Ausgabe:
713 Seiten
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Erneuerbare Energien, Band 3
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Erneuerbare Energien, Band 5
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Erneuerbare Energien, Band 6
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Karl J. Thomé-Kozmiensky
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978-3-935317-65-8
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2011
Gebundene Ausgabe:
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Gebundene Ausgabe:
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978-3-935317-64-1
2011
353 Seiten
mit farbigen Abbildungen
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Gebundene Ausgabe:
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978-3-935317-54-2
2010
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