Ziel der Entwicklung
Das Projektziel der Filterentwicklung auf der Basis zellularer Metalle stellt Mindestforderungen an Kleinfeuerungsanlagen dergestalt, dass das Schadstofffiltersystem in der Verbrennungszone (brennraumnah) anzuordnen ist, um die Voraussetzung für den vollständigen Ausbrand der Rauchgase sowie den Abbrand der Ablagerungen im Filterelement zu schaffen. Damit wird der Brennstoff infolge der hohen brennraumnahen Temperaturen energetisch weitestgehend ausgenutzt und eine Selbstabreinigung des Filter-/Katalysatorsystems ohne Zusatzenergie angestrebt. Auch die vorgesehene Katalysatorfunktion des Filtersystems zur Beseitigung gasförmiger Schadstoffe erfordert einen Arbeitstemperaturbereich, der auf diesem Wege sicher verwirklicht werden kann. Elektrische Nachheizung des Katalysators ist nicht notwendig.
Die Notwendigkeit der Entwicklung des neuartigen Filtersystems ergibt sich aus folgenden Gesichtspunkten: Stand der Technik keramischer Filter mit unzureichenden Eigenschaften (insbesondere geringe mechanische Stabilität bei Temperaturbelastung und mechanischer Reinigung, abnehmende katalytische Schicht durch mechanisches Abreinigen; Verstopfungsgefahr durch geringe Variabilität der Porengröße und –gestalt sowie Schichtdicke); Sekundäre (nachgeschaltete), nicht filternde Abscheider sind aufwändig und erfordern größeren Bauraum; Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften für die Zulassung von Einzelfeuerstätten - Emissionsanforderungen müssen nur im Prüfstand unter genormten Bedingungen erfüllt werden – dies reicht nicht, um den aktuellen Umweltschutzerfordernissen zu entsprechen.
Kleinfeuerungsanlagen führen bei realen Einsatzbedingungen, also bei der Realität entsprechender Verwendung von Brennstoffen außerhalb genormter Kennwerte für den Nachweis der Filtertauglichkeit zu deutlich erhöhten Emissionen im Vergleich zu den gesetzlich vorgeschriebenen Werten.
Vorteile und Lösungen
Der antragsgemäße Lösungsansatz in der Entwicklung eines technischen Systems zur Rauchgasreinigung bestehend aus brennraumnahen Komponenten (Abscheider I) zur Adsorption und katalytischen Nachverbrennung von Ruß, Unverbranntem und gasförmigen Schadstoffen sowie im Rauchgasweg nachgelagerten Komponenten (Abscheider II) zur Filterung des Rauchgases, die funktional (Adsorption/Katalyse beziehungsweise Filterung) und räumlich getrennt sind und deren prozessoptimierte Anordnung im Brennraum.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die qualitative Darstellung der Zielmärkte bezieht sich im Wesentlichen auf die Notwendigkeit der Entwicklung wirkungsvoller Maßnahmen zur Senkung der Schadstoffemissionen aus Feuerungsanlagen. Die im Antrag dargestellten Quellen, die die Notwendigkeit zusätzlicher Maßnahmen zu den Minderungen des Schadstoffausstoßes von Biomasse-Kesseln beschreiben, lassen sich mit aktuellen Veröffentlichungen untersetzen. So wird im „Faktenblatt zum Emissionsverhalten von modernen Zentralheizungen“ aus dem Jahr 2019 beschrieben, dass vor allem Scheitholzkessel hohe direkte Staubemissionen erzeugen, aber auch Pelletkessel mittlere Staubemissionen aufweise. In dem Factsheet „Saubere Verbrennung“ wird beschrieben, dass bis 2050 nach dem Wärmewende 2050-Szenario die PM10 Feinstaubemissionen aus Biomassefeuerungen um weitere 86 Prozent absinken sollte. Dies bedeutet eine Feinstaubreduktion um 90 Prozent für die Sektoren Energieerzeugung durch Verbrennung in Kleinanlagen in privaten Haushalten sowie öffentlichen und privaten Dienstleistungsbetrieben. Dies kann erreicht werden durch den Ersatz alter Kessel durch moderne Brennwertgeräte und Vergaserbrenner sowie Sekundärtechnologien zur Feinstaubminderung.
Wie aus den statistischen Erhebungen des Schornsteinfegerhandwerks für das Jahr 2019 hervorgeht, erfüllen 90 Prozent der untersuchten handbeschickten Feuerungsanlagen für feste Brennstoffe die Anforderungen der BImSchV. Der Großteil der Überschreitungen kommt dabei aus dem Bereich der Holzfeuerung, so haben 2019 insgesamt 1.300 Feuerstätten in Deutschland zu hohe Staubemissionen, 9.600 Feuerstätten zu hohe CO-Emissionen und 1.900 Feuerstätten zu hohe Staub- und CO-Emissionen.
Die quantitative Darstellung der Zielmärkte für die Verwertung der entwickelten Lösung bezieht sich auf die angezielten Märkte im deutschen, europäischen und später auch außereuropäischem Raum.
Die aktuellen Angaben des Bundesumweltamtes zu Grunde legend zeigt sich ein stetiges Wachstum des Anteils von Biomasse-Wärmeerzeugern privater Haushalte. So werden für das Jahr 2019 22.440 Anlagen angegeben.
Die im Juli 2020 vorgestellten Ergebnisse innovativer Energietechnologien in Österreich fasst die Marktentwicklung 2019 zusammen. Dabei zeigt sich in nachstehender Abbildung 28, dass insbesondere die Anzahl verkaufter Pelletkessel (dunkelrote Kurve) in den letzten Jahren stark angestiegen ist. So ist von über 7.000 neuen Kesseln im Jahr 2020 in Österreich auszugehen.
