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Die Natur versteht gar keinen Spass, sie ist immer wahr, immer ernst, immer strenge;
sie hat immer recht und die Fehler und Irrtümer sind immer die des Menschen.

––– Johann Wolfgang von Goethe


Die Feinstaub-Problematik.

Die Verwendung von Holz als Energieträger ist sinnvoll, weil Holz erneuerbar ist und bei nachhaltiger Waldbewirtschaftung keinen Anstieg der Treibhausgase verursacht. Aus Sicht der Klimaveränderung ist ein Ersatz von Heizöl und Erdgas durch Holz somit vorteilhaft. Öl und Gas sind als nicht nachwachsende Rohstoffe zu wertvoll, um verbrannt zu werden.

Beim Verbrennen von Holz sind folgende Schadstoffe relevant:

Schadstoffe aus unvollständiger Verbrennung:

  • brennbarer Anteil im Feinstaub in Form von Russ, Teer und organischen Verbindungen
  • brennbare gasförmige Emissionen wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)

Schadstoffe aus vollständiger Verbrennung:

  • anorganischer Feinstaub aus Aschekomponenten (vorwiegend Salze)
  • Stickoxide (NOX), die hauptsächlich aus dem im Holz gebundenen Stickstoff gebildet werden

Schadstoffe aus weiteren Inhaltsstoffen:

  • Schwermetalle
  • Chlorwasserstoff (HCl) und polychlorierte Diben zo-p-Dioxine und Furane (PCDD/F)
  • Schwefeldioxid (SO2)

Schadstoffe aus Holzfeuerungen.
Dem Vorteil von Holz stehen aber vergleichsweise hohe Emissionen an Luftschadstoffen gegenüber. Die Emissionen können zum Teil durch die Feuerungstechnik beeinflusst werden, sie sind teilweise aber auch brennstoffbedingt.
Bei handbeschickten Feuerungen werden sie zudem sehr stark durch die Betriebsweise beeinflusst.
Entscheidend für die Art der Schadstoffe ist, ob eine vollständige Verbrennung des Holzes stattfindet. Im nebenstehenden Kasten sind die relevanten Schadstoffe aufgeführt. Die Emissionen der 3. Gruppe sind gering, sofern naturbelassenes Holz verbrannt wird. Werden jedoch Altholz oder Abfälle mitverbrannt, so treten hohe Emissionen an Schwermetallen, HCl und meist auch an Kohlenwasserstoffen auf.


Feinstaub als Hauptschadstoff.
Lungengängiger Feinstaub kleiner als 10 Mikrometer gilt als wichtigster Indikator der gesundheitsschädigenden Wirkung von Schadstoffen in der Umgebungsluft. Bei Holzheizungen ist Feinstaub der bedeutendste Schadstoff, wobei Feinstaub aus der Holzverbrennung vorwiegend aus Russ und Teer sowie salzartigen Partikeln besteht.
Russ und Teer sind krebserzeugend und stark gesundheitsschädlich. Relativ hohe Konzentrationen von solchen Substanzen entstehen in handbeschickten Holzfeuerungen. Gute Stückholzkessel erreichen vergleichsweise tiefe Gesamtstaubemissionen von deutlich unter 50 mg/m3 (bei 13 Vol.-% O2).
Dasselbe gilt für Cheminéeöfen bei idealem Betrieb mit kleinen Mengen und kleinen Holzscheitern. Bei nicht idealen Bedingungen – zum Beispiel durch zu starkes Füllen oder zu frühes Schliessen der Luftklappen – können Holzöfen und Cheminées zehnfach höhere Emissionen verursachen. Sogar bis zu hundertmal höhere Emissionen sind möglich, wenn nach dem Anfeuern die Luftklappen geschlossen werden, um den Abbrand zu verzögern.
Der dabei emittierte Feinstaub (Holzruss) ist zudem viel toxischer als Dieselruss und deshalb besonders kritisch. Da die Holzverbrennung teilweise mehr als 50 % der Russbelastung verursacht, sind solche Einzelquellen zu vermeiden.
Bei der Holzverbrennung gelangen auch salzartige Aschebestandteile durch Verdampfung und Oxidation ins
Abgas. Diese Art Feinstaub ist deutlich weniger gesundheitsschädlich als Diesel- oder Holzruss. Er tritt bei automatischen Holzfeuerungen, die geringe Emissionen an Russ und Teer erzielen, in erhöhtem Mass auf und führt dort zu typischen Gesamtemissionen von 50 bis 150 mg/m3 (bei 13 Vol.-% O2).

Massnahmen zur Feinstaubreduktion.
Um die Luftverschmutzung durch Feinstaub zu reduzieren und die Immissionsgrenzwerte einzuhalten, hat der Bund im Januar 06 einen Aktionsplan gegen den Feinstaub lanciert.
Von den neun angekündigten Massnahmen betreffen drei die Holzfeuerungen. Mit diesen Massnahmen will man sicherstellen, dass trotz der angestrebten Verdoppelung der Energieholznutzung mittel- bis langfristig keine gravierenden Luftreinhalteprobleme entstehen.

Folgende Massnahmen sind erforderlich, um bei Holzfeuerungen die Feinstaubemissionen zu reduzieren:

  1. Leider werden in Holzheizungen oft unerlaubterweise Abfall verbrannt. Eine wirkungsvolle Kontrolle zur Durchsetzung des Abfallverbrennungsverbots ist deshalb notwendig. Das Gleiche gilt für Altholz, das lediglich in speziellen Altholzfeuerungen genutzt werden darf.
  2. Sichtbarer schwarzer Rauch ist ein Zeichen für zu hohe Emissionen bei der Verbrennung von naturbelassenem Holz und darf bei korrektem Betrieb höchstens während kurzer Zeit beim Anfeuern auftreten. Zur Vermeidung von Russ, Teer und gasförmigen Kohlenwasserstoffen sind folgende Anforderungen zu erfüllen: Zentral ist eine gute Feuerungstechnik.
    Realisieren lässt sich diese mit einer zweistufigen Verbrennung: Zuerst wird im Glutbett das Holz mit Primärluft vergast.
    Anschliessend wird das Gas mit Sekundärluft vermischt und in einer heissen Brennkammer verbrannt
    (s. Bild unten). Dieses Prinzip wird bei handbeschickten Holzfeuerungen mit unterem Abbrand erzielt. Einfache Holzöfen weisen demgegenüber konstruktiv bedingte Limiten auf. Bei Pelletsfeuerungen und automatischen Holzfeuerungen wird eine Aufteilung der Verbrennungsluft dagegen standardmässig verwirklicht. Weiter ist für den Feuerungstyp entsprechenden Brennstoff zu verwenden. Schwachlastbetrieb ist zu vermeiden, die Anfahrphasen sind zu minimiern. Die optimale Einstellung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (Luftüberschuss Lambda) sollte durch eine Regelung erfolgen.
  3. Selbst wenn die Bedingungen für eine vollständige Verbrennung erfüllt sind, entstehen aber immer noch salzartige Feinstäube und Stickoxide. Für handbeschickte Holzfeuerungen sind diese Schadstoffe von untergeordneter Bedeutung. Die technische Weiterentwicklung muss sich deshalb auf die Optimierung der vollständigen Verbrennung konzentrieren. Bei automatischen Holzfeuerungen können die Staubemissionen künftig durch technische Massnahmen (Feinstaubabscheider) reduziert werden. Zur Verminderung der Stickoxidemissionen wurden feuerungstechnische Konzepte entwickelt, die in der Praxis aber noch nicht zum Einsatz kommen. Für grössere Anlagen kommen zudem Verfahren zur nachträglichen Stickoxidreduktion in Frage.

Handbeschickte Holzheizungen

Für diese Holzfeuerungen hat eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs Priorität. Moderne Stückholzkessel weisen meist ein zweistufiges Verbrennungsprinzip auf (Bild). Ausserdem verfügen sie über einen Ventilator, was eine kontrollierte Luftzufuhr mit verbesserter Mischung und wetterunabhängigem Betrieb ermöglicht.
Zusätzlich sollten sie über einen Wärmespeicher zur Vermeidung von Schwachlastbetrieb verfügen. Holzöfen und Cheminées weisen dagegen meist Kompromisse bezüglich Feuerungstechnik auf. Die Forderung, dass die Feuerraumtür jederzeit geöffnet werden kann, erschwert den Einsatz von zweistufigen Verbrennungsprinzipien.
Auf den Einsatz eines Ventilators wird meist verzichtet, was die Regelbarkeit sowie die Mischungsqualität zwischen Luft und Gas einschränkt. Eine interessante Alternative sind Pelletsheizungen. Holzpellets ermöglichen eine vollautomatische Verbrennung für kleine Leistungen sowie einen stabilen und geregelten Betrieb. Wesentliche Vorteile sind die konstanten Brennstoffeigenschaften und der reduzierte Einfluss des
Betreibers.
In den letzten Jahren ist zur Reduktion der Feinstaubemissionen bei Cheminées und Holzöfen ein Feinstaubabscheider entwickelt worden. In der Schweiz kommt derzeit ein einfacher Elektroabscheider auf den Markt, der den Kamin als Abscheidefläche nutzt und Abscheidewirkungen von rund 60 bis 80% erzielt. Der Staub muss vom Kaminfeger periodisch entfernt werden.


Weiterführender Link:
Referat Symposium Holzenergie