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13.12.2018

Abgeschlossenes Projekt: "Holzfeuerung zur Energiegewinnung in Gebäuden"

Das Bild zeigt ein Kaminfeuer.

Holzfeuerungen verursachen Luftschadstoffe. Das Projekt hat gezeigt: Automatisierte Brenner sind vorzuziehen, manuell bediente Anlagen müssen korrekt bedient werden und Kohlenmonoxid ist ein Indikator für gesundheitsschädigende Schadstoffe.

​Mit nachhaltig gewonnenem Holz könnte in der Schweiz der Anteil dieser Energiequelle an der Energieversorgung von 3,8 % auf 7,3 % gesteigert werden. Damit dieses Potenzial genutzt werden kann, muss der Zielkonflikt zwischen CO2-Neutralität und Luftreinhaltung entschärft werden.

Ziel des NFP-70-Verbundprojektes "Holzfeuerung zur Energiegewinnung in Gebäuden" unter der Leitung von Prof. Thomas Nussbaumer war es, das Wissen über die Bildung von Schadstoffen bei der Holzverbrennung zu vertiefen, um die optimalen Betriebsbedingungen zu bestimmen, emissionsarme Technologien zu entwickeln und Strategien für die Kontrolle der Luftverschmutzung zu erarbeiten. Das Projekt untersuchte die Nutzung von Holzenergie mit minimierten Auswirkungen auf die Luftqualität und mit einem Fokus auf der Schädlichkeit von Rauchgas, wobei sowohl primäre als auch sekundäre Schadstoffe berücksichtigt wurden.

Neun verschiedene Holzverbrennungsanlagen wurden im Forschungslabor Bioenergie der Luzerner Hochschule Technik und Architektur (HSLU) untersucht, ergänzt mit Analysen des Labors für Atmosphärenchemie am Paul Scherrer Institut (PSI). Die Brennvorrichtungen umfassten manuell betriebene Holzöfen und -kessel, einen Pellet-Ofen, einen Pellet-Kessel und einen vollautomatischen Kessel mit Schubrostfeuerung. Diese Vorrichtungen wurden mit verschiedenen Brennstoffen und unter unterschiedlichen Bedingungen betrieben, was insgesamt 51 Parameter-Settings ergab. Analysiert wurden die Rauchgasemissionen, genauer Kohlenmonoxid (CO), Methan (CH4), flüchtige Organische Verbindungen ohne Methan (NMVOC), äquivalenter schwarzer Kohlenstoff (eBC), primäre organische Aerosole (POA), Stickstoffoxide (NOX), Feinstaub (PM), sekundäre organische Aerosole (SOA) sowie partikelgebundene reaktive Sauerstoffverbindungen (PB-ROS). Ausserdem wurden In-vitro-Tests zur Zytotoxizität von Rauchgasproben am Bioscience Lab der HSLU durchgeführt.

Bei der Betrachtung eines vollständigen Verbrennungszyklusses sind die Emissionen an CO, NMVOC, eBC und POA von manuellen Anlagen 3 bis 2400-mal höher als von automatischen Vorrichtungen. Manuell bediente Anlagen zeigen eine signifikante Bildung von SOA mit einem 50- bis 69-prozentigen Anteil von SOA am gesamten Feinstaub, während die SOA bei automatischen Verbrennungsanlagen und stationären Bedingungen vernachlässigbar sind. Die PB-ROS-Werte sind bei gealterten organischen Aerosolen 4- bis 20-mal höher als bei frischen Aerosolen. Das CO zeigt signifikante Korrelationen mit primären Schadstoffen (eBC, NMVOC und POA), mit SOA und mit der Zytotoxizität und gilt deshalb als ein einfach messbarer Parameter für einen ersten Anhaltspunkt zur Schädlichkeit von Rauchgas.

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 Kontakt

Prof. Thomas Nussbaumer Hochschule Technik+Architektur Luzern Technikumstrasse 21 6048 Horw +41 44 377 70 71 thomas.nussbaumer@hslu.ch