Vergleich von Betriebsbedin­gungen und Abgasreini­gungstechnolo­gien zur Verminderung von Feinstaubemis­sion – am Beispiel von Krematorien

Projektdaten

Titel:
Vergleich von Betriebsbedingungen und Abgasreinigungstechnologien zur Verminderung von Feinstaubemission – am Beispiel von Krematorien

Bearbeiter:
Dipl.-Ing. Martin Köhler

Laufzeit:
01.11.2018 – 31.10.2019

Förderinstitution:
H. Wilhelm Schaumann Stiftung

Projektpartner:
VMT Verfahrens- und Messtechnik Saalfeld GmbH, Grimm Aerosol Technik Ainring GmbH & Co. KG

Motivation

Gegenwärtig findet eine intensive Debatte zum Thema Feinstaub statt und es wird engagiert nach Lösungsmöglichkeiten zur Verminderung von Feinstaubemissionen gesucht. Zunächst spielt dabei der Verkehr als wesentliche Quelle eine große Rolle. Darüber hinaus müssen alle weiteren Emittenten sowohl im urbanen Raum als auch in der Land- und Forstwirtschaft betrachtet werden.

Exemplarisch für eine Feinstaubquelle mit ganz verschiedenen Abgasreinigungs­systemen, wie sie auch an anderen Anlagen sowohl im Bereich der Energieumwandlung, als auch in der Landwirtschaft vorkommen, soll in dem vorliegenden Forschungsprojekt eine systematische Betrachtung von Betriebsbedingungen und Anlagentechnik im Hinblick auf Feinstaubemissionen durchgeführt werden. Für diese exemplarische Betrachtung bieten sich Kremationsanlagen an, da sie im verfahrenstechnischen Hauptverfahren wenige Unterschiede aufweisen, jedoch über sehr verschiedene Varianten der Abgasreinigung verfügen. Somit ist eine direkte Zuordnung von Betriebsbedingungen und Anlagentechnik zu der Qualität der Emissionsminderung möglich.

Die Forschungsergebnisse können zukünftig auf andere Prozesse übertragen werden, da Abgasreinigungssysteme, wie sie üblicherweise hinter Krematorien zu finden sind, auch bei Prozessen zur energetischen Verwertung von landwirtschaftlichen Reststoffen, zur Tierkörperbeseitigung und in der Lebensmittelverarbeitenden Industrie eingesetzt werden.

Im abgeschlossenen Forschungsprojekt wurde erstmals eine belastbare Datenbasis durch Messungen an zehn Krematorien mit unterschiedlich ausgeführten Abgas­reinigungsstrecken geschaffen.

Technologie der Kremation

Abb. 1: Verfahrensschema einer Kremationsanlage nach VDI3891
(1 - Sargeinfahrvorrichtung, 2 – Kremationsofen, 3 – Brenneranlage, 4 – Verbrennungsluftzuführung, 5 – Urnen­asche­austrag, 6 – Abgaskanal, 7 – Abgaskühlung, 8 – Wärmenutzung (optional),   9 – Rückkühler, 10 – mehrstufige Abgasreinigung, 11 – Sorptionsmittelzuführung (optional), 12 – Staubaustrag, 13 – Saugzug­gebläse, 14 – Emis­sions­überwachung, 15 – Kaminanlage, 16 – Abgassperrklappe, 17 – Bypass-Schieber, 18 – By­pass-Kanal)

Abb. 2: Beispielhafte Fließbilder der Abgasreinigungsstrecke (geändert aus VDI3891)

Ergebnisse

Für die Messkampagnen kam ein SMPS+C-Messsystems (Messbereich 5 nm – 450 nm) in Kombination mit der Heißgasentnahmesonde zum Einsatz. Eine Übersicht der Anzahl ultrafeiner Partikel in Abhängigkeit der Rauchgasreinigungstechnologie findet sich in der folgenden Abbildung.

Abb. 3: Totalkonzentration ultrafeiner Partikel in Abhängigkeit des Aufbaus der Abgasreinigung

Die größte Spanne zeigen Anlagen mit Flugstromverfahren. Diese Anlagen erreichen bei entsprechender Wartung aber auch insgesamt die geringste Anzahl ultrafeiner Partikel im Kamin. Flugstromverfahren mit schlechter Wartung (gekennzeichnet mit einem Stern*) können diese hingegen weniger gut zurückhalten und erreichen dabei Emissionen, die drei Größenordnungen über Anlagen mit gewarteten Filteranlagen liegen. Für Anlagen mit Chemosorptionsfilter und Festbettadsorber stand jeweils nur eine Messung für die Auswertung zur Verfügung, sodass keine eindeutige Aussage getroffen werden kann.

Entscheidend für die Bewertung der Emissionen ist nicht nur die Gesamtanzahl der ultrafeinen Partikel im Abgas, sondern auch die Partikelgrößenverteilung. Die folgende Abbildung zeigt diese bespielhaft. Hohe Emissionen gehen stets mit einer sehr geringen Partikelgröße, häufig an der unteren Auflösungsgrenze des Messsystems von 5 nm, einher.

Abb. 4: Beispiele für die Partikelgrößenverteilung ultrafeiner Partikel im Abgas verschiedener Krematorien

Die vollständigen Ergebnisse der Messkampagne wurden in einem Abschlussbericht zusammengefasst, der bei Bedarf bei der H. Wilhelm Schaumann Stiftung angefragt werden kann (). Eine Veröffentlichung der Ergebnisse erfolgte darüber hinaus in:

• Köhler, M.; Ohle, A.; Beckmann, M.; Graf, S.; Tettich, F.; Steinau, S.: Ultrafeine Partikel im Abgas von Humankremationsanlagen. Poster zum 3. Symposium „Ultrafeine Partikel in der Außenluft und in Innenräumen“. 19.9./20.9.2019, Berlin
• Köhler, M.; Ohle, A.; Beckmann, M.; Graf, S.; Tettich, F.; Steinau, S.: Ultrafeine Partikel im Abgas von Humankremationsanlagen. In: Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, 2020, Ausgabe 01-02, S. 19-24