Auch bei Bestandsanlagen wie diesem BHKW in einem Container kann die SCR-Technik nachgerüstet werden (Quelle: Caterpillar Energy Solutions)
Blockheizkraftwerke (BHKW) mit Gasmotorantrieb sind eine äußerst effiziente und umweltverträgliche Technologie, mit der Strom und Wärme erzeugt werden. Die Entwicklungsingenieure haben hier ausgezeichnete Arbeit geleistet und die Gasmotoren so optimiert, dass sie im Vergleich zu den Verbrennungsmotoren im Pkw nur halb so viel an Treibhausgasen ausstoßen. Abgasemissionen bei BHKW sind: Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO), Formaldehyd (HCHO) und Gesamt Kohlenwasserstoffe (THC). Mit entsprechender Motoreinstellung und den verfügbaren Abgasnachbehandlungssystemen steht eine ausgereifte Technik zur Verfügung, mit der die geplanten Emissionsgrenzwerte beim Betrieb mit den üblichen Brenngasen sicher eingehalten werden. Auch Bestandsanlagen können mit diesen Maßnahmen unter verträglichem Aufwand nachgerüstet werden.
Neue Abgas-Emissionsgrenzwerte
Über vier Jahre wird bereits an der Novellierung der TA-Luft gearbeitet. Mit dieser sollte die EU-Richtlinie Medium Combustion Powerplant Directive (MCPD) in nationales Recht umgesetzt werden. Als Termin war hierfür ursprünglich der 17. Dezember 2017 gesetzt, so wie es die MCPD vorgibt. Dieser konnte nicht gehalten werden, da mit einer Verwaltungsrichtlinie, um die es sich bei der TA-Luft handelt, keine EU-Richtlinie in nationales Recht umgesetzt werden kann. Deshalb arbeitet das Umweltministerium seit Anfang 2017 an einer entsprechenden BImSchV zur Umsetzung der MCPD. Die Ausarbeitungen zur 44. BImSchV und die Beratungen in den Gremien von Bundestag und Bundesrat laufen zurzeit. Es ist das erklärte Ziel, im Dezember 2018 diese BImSchV in Kraft zu setzen.
Nach aktuellem Stand der Ausarbeitungen zur 44. BImSchV (Stand August 2018) und TA-Luft ergeben sich im Wesentlichen die in Tafel 1 dargestellten Grenzwerte für Gasmagermotoren entsprechend der unterschiedlichen Brenngase. Ebenfalls aufgelistet sind die Termine, ab denen die Grenzwerte einzuhalten sind. Bestandsanlagen sollen generell ab 01.01.2025 die Grenzwerte einhalten, für einzelne Emissionen und Brenngase wird es hiervon abweichende Termine geben.
Reduktion der Stickoxide mit SCR-Katalysator
Mit der SCR-Technik (Selektive Katalytische Reduktion), die zurzeit bei Pkw stark in der Kritik steht und die bei BHKW schon seit Jahrzehnten eingesetzt wird, können die Stickoxide sicher auf Werte unter 100 mg/Nm3 reduziert werden. Dabei wird eine wässrige Harnstofflösung (in der Fahrzeugtechnik AdBlue genannt) in den Abgasstrom nach dem Motor und vor dem Katalysator eingedüst. Mischer bewirken eine gleichmäßige Verteilung im Abgas. Aus der wässrigen Harnstofflösung entstehen durch Thermolyse und Hydrolyse im Abgas Ammoniak (NH3) und Kohlendioxid (CO2). Das Ammoniak wiederum bewirkt im Katalysator eine Reduktion der Stickoxide, so dass Stickstoff und Wasser entstehen.
Der Reduktionsgrad der NOx-Emissionen beträgt je nach Dimensionierung des Katalysators und der eingedüsten Harnstoffmenge bis zu 95 %. Welche Menge der Harnstoff-Lösung eingedüst werden muss, richtet sich nach der Höhe der Stickoxide im Abgas. Bei einem geregelten SCR-Katalysator wird der Stickoxidgehalt im Abgas gemessen und über die Dosierpumpe die entsprechende Harnstoffmenge eingeregelt. Da die Motoren von Caterpillar Energy Solutions GmbH mit einer Brennraumtemperaturregelung ausgestattet sind, die die Stickoxide bereits auf einen konstanten Wert regeln, können diese Gasmotoren auch mit einem gesteuerten SCR-Katalysator ausgerüstet werden. Hierbei entfällt die Emissionsmessung. Da die NOx-Menge im Abgas von der momentanen Leistung des Motors abhängig ist, richtet sich die eingedüste Harnstoffmenge nach der jeweiligen Leistung des Motors. Diese Ausführung ist einfacher und kostengünstiger und erreicht ebenfalls die geforderte Emissionsreduzierung. Zur besseren Verteilung des Harnstoffs wird gleichzeitig Luft eingeblasen. Nach Abschalten des SCR-Katalysators wird die Luft erst verzögert abgestellt, um die Düse von Harnstoffresten zu säubern. Dies verhindert, dass die Düse mit der Zeit verstopft.
Auch Formaldehyd wird beim Einsatz eines SCR-Systems umgesetzt, wobei die Wirkmechanismen dazu noch nicht ausreichend erforscht sind. Die Forschungsvereinigung Verbrennungsmotoren (FVV) hat ein entsprechendes Forschungsvorhaben gestartet.
Die SCR-Technik kann bei unterschiedlichen Brennstoffen wie Erdgas, Biogas, Klärgas und Grubengas problemlos eingesetzt werden. In den Gewächshäusern in den Niederlanden ist diese Technik Bestandteil der Motorenanlage und notwendig, damit die gereinigten Abgase in die Gewächshäuser zur CO2-Düngung eingeblasen werden können. Einen Grenzwert von 100 mg/Nm3 wie ihn die 44.BImSchV wohl vorsehen wird, ist nachweislich sicher einzuhalten.
Zudem bietet die SCR-Technik auch die Möglichkeit, die Motoren fetter und damit mit höheren Wirkungsgraden zu fahren, wodurch die Harnstoffkosten mehr als ausgeglichen werden. Gleichzeitig sinken die Rohemissionen der Motoren an Formaldehyd und an THC, die im Wesentlichen aus Methan bestehen, je nach Motorgröße um bis zu 20 %. Auch bietet die fettere Betriebsweise im Hinblick auf Verschleiß beispielsweise an Zündkerzen und Ventilen einen Vorteil.
So lässt sich festhalten, dass die SCR-Technik für Gasmotoren ausgereift ist und einen Beitrag zur Umweltschonung bei gleichzeitig wirtschaftlichem Anlagenbetrieb leisten kann. Auch wenn im ersten Schritt bei der BImSchV für NOx 250 mg/Nm3 als Limit vorgegeben wird, analog zur MCPD, so sollte bereits zum Erreichen dieses Grenzwertes die SCR-Technik eingesetzt werden, da ansonsten die THC-Werte deutlich steigen.