Emissionsmessungen


 Biogasanlagen - Grundlagen, genehmigungsrechtliche Aspekte und Anforderungen an die Messstrecke und den Messplatz


1. Einleitung

Biogas ist einer der möglichen Energieträger der Zukunft. Man schätzt, dass dieser umweltschonende Energieträger in den nächsten 15 Jahren 20% unseres Stromverbrauchs decken kann. Bis Mitte unseres Jahrhunderts sollen sogar 50% des gesamten Energiebedarfs aus erneuerbaren Energien angestrebt werden. Die Förderung dieser Anlagen mit staatlichen Mitteln nach dem Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) hat zu einer Verdoppelung der Anlagen innerhalb der letzten 4 Jahre geführt und der Branche einen neuen Exportschlager gebracht.

Die wichtigste Form der Biogasnutzung erfolgt heute mit wachsendem Erfolg in „Biogasanlagen“, genauer: in Verbrennungsmotoranlagen zum Antrieb von Arbeitsmaschinen (Blockheizkraftwerke). Diese Anlagen sind genehmigungspflichtig nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz bzw. nach der 4. Bundesimmissions-schutzverordnung (4. BImSchV) und unterliegen damit der behördlichen Aufsicht.

2. Genehmigungsgrundlagen

Die Genehmigungspflicht der Anlagenart und Anlagengröße regelt die 4. BImSchV, hier Ziffer 1.4 des Anhangs. Bei einer Feuerungswärmleistung von 1 MW thermisch (entspricht ca. 300 kW elektrisch) bis 50 MW werden die Anlagen nach dem einfachen Verfahren genehmigt (Spalte 2 der 4. BImSchV). Bei höherer Leistung als 50 MW werden die Anlagen nach dem förmlichen Verfahren (Spalte 1) genehmigt.

Tabelle 1:
4. BImSchV, Rechtsgrundlage für die Genehmigung
Anhang

Nr. Spalte 1 Spalte 2
1.4 Verbrennungsmotoranlagen zum Antrieb von Arbeitsmaschinen für den Einsatz von Heizöl EL, Dieselkraftstoff, Methanol, Ethanol, naturbelassenen Pflanzenölen, Pflanzenölmethylestern oder gasförmigen Brennstoffen (insbesondere Koksofengas, Grubengas, Stahlgas, Raffineriegas, Synthesegas, Erdölgas aus der Tertiärförderung von Erdöl, Klärgas, Biogas, naturbelassenem Erdgas, Flüssiggas, Gasen der öffentlichen Gasversorgung, Wasserstoff) mit einer Feuerungswärmeleistung von 50 Megawatt oder mehr
  1. Verbrennungsmotoranlagen zum Antrieb von Arbeitsmaschinen für den Einsatz von Heizöl EL, Dieselkraftstoff, Methanol, Ethanol, naturbelassenen Pflanzenölen, Pflanzenölmethylestern oder gasförmigen Brennstoffen (insbesondere Koksofengas, Grubengas, Stahlgas, Raffineriegas, Synthesegas, Erdölgas aus der Tertiärförderung von Erdöl, Klärgas, Biogas, naturbelassenem Erdgas, Flüssiggas, Gasen der öffentlichen Gasversorgung, Wasserstoff) mit einer Feuerungswärmeleistung von 1 Megawatt bis weniger als 50 Megawatt, ausgenommen Verbrennungsmotoranlagen für Bohranlagen
  2. Verbrennungsmotoranlagen zur Erzeugung von Strom, Dampf, Warmwasser, Prozesswärme oder erhitztem Abgas für den Einsatz von
    aa) gasförmigen Brennstoffen (insbesondere Koksofengas, Grubengas, Stahlgas, Raffineriegas, Synthesegas, Erdölgas aus der Tertiärförderung von Erdöl, Klärgas, Biogas), ausgenommen naturbelassenem Erdgas, Flüssiggas, Gasen der öffentlichen Gasversorgung oder Wasserstoff, mit einer Feuerungswärmeleistung von 1 Megawatt bis weniger als 10 Megawatt oder
    bb) Heizöl EL, Dieselkraftstoff, Methanol, Ethanol, naturbelassenen Pflanzenölen oder Pflanzenölmethylestern, naturbelassenem Erdgas, Flüssiggas, Gasen der öffentlichen Gasversorgung oder Wasserstoff mit einer Feuerungswärmeleistung von 1 Megawatt bis weniger als 20 Megawatt, ausgenommen Verbrennungsmotoranlagen für Bohranlagen und Notstromaggregate

Man unterscheidet zwischen reinen Gasmotoren und so genannten Zündstrahlmotoren, die auch mit flüssigen Brennstoffen laufen können. Die Begrenzung der Emissionen sind in der TA Luft, Ziffer 5.4.1.4 festgelegt, wobei für die verschiedenen Anlagentypen Grenzwerte für die Komponenten Gesamtstaub (einschließlich Anteile krebserzeugender und reproduktionstoxischer Stoffe) Kohlenmonoxid , Stickoxide, Schwefeloxide und Formaldehyd einzuhalten sind. Von den Genehmigungsbehörden werden teilweise auch Messauflagen für die Komponenten Chlor- und Fluorwasserstoff sowie für Gesamt-Kohlenstoff erteilt.

Tabelle 2: TA Luft, Emissinsgrenzwerte - Teil 1

5.4.1.4

Anlagen der Nummer 1.4:
Verbrennungsmotoranlagen (einschließlich Verbrennungsmotoranlagen der Nummern 1.1 und 1.2)

 

 

Bezugsgröße: 
Die Emissionswerte beziehen sich auf einen Volumengehalt an Sauerstoff im Abgas von 5 vom Hundert.  

Massenströme:
Die in Nummer 5.2 festgelegten Massenströme finden keine Anwendung.

 

 

Gesamtstaub, einschließlich der Anteile an krebserzeugenden, erbgutverändernden oder reproduktionstoxischen Stoffen
Die staubförmigen Emissionen im Abgas von Selbstzündungsmotoren, die mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden, dürfen als Mindestanforderung die Massenkonzentration 20 mg/m3 nicht überschreiten.

 

 

Kohlenmonoxid
Die Emissionen an Kohlenmonoxid im Abgas dürfen folgende Massenkonzentrationen nicht überschreiten: 

 

a) 

bei Selbstzündungsmotoren und Fremdzündungsmotoren, die mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden, sowie bei Selbstzündungsmotoren (Zündstrahlmotoren) und Fremdzündungsmotoren, die mit gasförmigen Brennstoffen, ausgenommen Biogas, Klärgas oder Grubengas, betrieben werden, 

0,30 g/m³,

b) 

bei Fremdzündungsmotoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von 

  

  

aa) 3 MW oder mehr 

0,65 g/m³,

  

bb) weniger als 3 MW 

1,0 g/m³,

c) 

bei Fremdzündungsmotoren, die mit Grubengas betrieben werden, 

0,65 g/m³,

d) 

bei Zündstrahlmotoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von 

  

  

aa) 3 MW oder mehr 

0,65 g/m³,

  

bb) weniger als 3 MW 

   2,0 g/m³

 

Bei Einsatz von Biogas, Klärgas oder Grubengas sind die Möglichkeiten, die Emissionen an Kohlenmonoxid durch motorische und andere dem Stand der Technik entsprechende Maßnahmen weiter zu vermindern, auszuschöpfen.  

 

 

  

  

 

Stickstoffoxide
Die Emissionen an Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid im Abgas dürfen folgende Massenkonzentrationen, angegeben als Stickstoffdioxid, nicht überschreiten:  

 

a) 

bei Selbstzündungsmotoren, die mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von 

  

  

aa) 3 MW oder mehr 

0,50 g/m3,

  

bb) weniger als 3 MW 

1,0 g/m3,

b) 

bei gasbetriebenen Selbstzündungsmotoren (Zündstrahlmotoren) und Fremdzündungsmotoren 

  

  

aa) bei Zündstrahlmotoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von 

  

  

  - 3 MW oder mehr 

0,50 g/m3,

  

  - weniger als 3 MW 

1,0 g/m3,

  

bb) bei Magergasmotoren und anderen Viertakt-Otto-Motoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden, 

0,50 g/m3,

  

cc) bei Zündstrahlmotoren und Magergasmotoren, die mit sonstigen gasförmigen Brennstoffen betrieben werden, 

0,50 g/m3,

c) 

bei sonstigen Viertakt-Otto-Motoren 

0,25 g/m3,

d) 

bei Zweitaktmotoren 

0,80 g/m3

 

Bei Einsatz von Biogas oder Klärgas in Zündstrahlmotoren mit einer Feuerungswärmeleistung von weniger als 3 MW sind die Möglichkeiten, die Emissionen an Stickstoffoxiden durch motorische Maßnahmen weiter zu vermindern, auszuschöpfen. Die Emissionswerte für Stickstoffoxide finden keine Anwendung bei Verbrennungsmotoranlagen, die ausschließlich dem Notantrieb dienen oder bis zu 300 Stunden je Jahr zur Abdeckung der Spitzenlast (z.B. bei der Stromerzeugung, der Gas- oder Wasserversorgung) betrieben werden. 

 

 

Schwefeloxide
Bei Einsatz flüssiger mineralischer Brennstoffe dürfen nur Heizöle nach DIN 51603 Teil 1 (Ausgabe März 1998) mit einem Massengehalt an Schwefel für leichtes Heizöl nach der 3. BImSchV, in der jeweils gültigen Fassung, oder Dieselkraftstoffe mit einem Massengehalt an Schwefel nach der 3. BImSchV, in der jeweils gültigen Fassung, verwendet werden oder es sind gleichwertige Maßnahmen zur Emissionsminderung anzuwenden.

Bei Einsatz gasförmiger Brennstoffe gelten die Anforderungen der Nummer 5.4.1.2.3 mit der Maßgabe, dass auf einen Bezugssauerstoffgehalt im Abgas von 5 vom Hundert umzurechnen ist. Bei Einsatz von Biogas oder Klärgas sind die Möglichkeiten, die Emissionen an Schwefeloxiden durch primärseitige Maßnahmen nach dem Stand der Technik (Gasreinigung) weiter zu vermindern, auszuschöpfen.

 

 

 

Organische Stoffe
Die Emissionen an Formaldehyd im Abgas dürfen die Massenkonzentration 60 mg/m3 nicht überschreiten. Für die Emissionen an sonstigen organischen Stoffen finden die Anforderungen der Nummer 5.2.5 keine Anwendung.

Die Möglichkeiten, die Emissionen an organischen Stoffen durch motorische und andere dem Stand der Technik entsprechende Maßnahmen, weiter zu vermindern, sind auszuschöpfen.  

 

 

3   Durchführung von Emissionsmessungen

A)  Allgemeines

In den folgenden Ausführungen wird beschrieben, was der Betreiber von Blockheizkraftwerken im Zusammenhang mit den notwendigen Emissionsmessungen zu beachten hat. Dies sind insbesondere die Pflichten des Betreibers, die sich aus gesetzlichen Vorschriften und den dazu gehörigen Richtlinien ergeben.  

Die Emissionsmessungen müssen nach Maßgabe der Nebenbestimmungen des Genehmigungsbescheides, entsprechend § 12 Bundesimmissionschutzgesetz  (BImSchG), durchgeführt werden. Die einzelnen Auflagen sind dem Bescheid zu entnehmen. Die Erfüllung dieser Auflagen ist die Voraussetzung für einen genehmigten Betrieb.

B)  Wann müssen die Emissionsmessungen durchgeführt werden? 

Die Messungen müssen i.d.R. frühestens 3 und spätestens 6 Monate nach Inbetriebnahme durchgeführt werden. Danach müssen Wiederholungsmessungen alle 3 Jahre durchgeführt werden (vgl. § 28 BImSchG). 

Sollte es dem Betreiber nicht  möglich sein, diese Messungen rechtzeitig zu veranlassen, so sollte er sich unbedingt mit der Genehmigungsbehörde in Verbindung setzen.

C)  Wer kann diese Messungen durchführen? 

Alle im jeweiligen Bundesland behördlich anerkannten (d.h. notifizierten) Messstellen nach §§ 26,28 BImSchG können diese Messungen durchführen. Die chemlab GmbH ist eine zugelassene Messstelle und bundesweit messtechnisch aktiv. 

D)  Welche technischen Voraussetzungen muss ein Messplatz am Abgaskamin erfüllen?

Die Gestaltung eines normgerechten Messplatzes ist  in der VDI-Richtlinie 4200 und dem neuen Entwurf DIN EN 15259 beschrieben.  Hinweise finden sich weiterhin in der Regel im Genehmigungsbescheid. Danach sind mindestens folgende Dinge vom Betreiber zu beachten:

  • Es muss eine ausreichend große und gesicherte Arbeitsbühne an dem Messplatz eingerichtet sein
  • Es muss eine ausreichende Zahl von Messöffnungen vorhanden sein 
  • Die Ausführung der Messstutzen soll mindestens 2-Zoll Innengewinde besitzen, die am Abgaskamin um 90° und etwas in der Höhe versetzt sind (siehe Abbildung) 
  • Die Lage der Messstutzen soll im Abgasrohr oder am Kamin so angebracht sein, dass die ungestörte Beruhigungsstrecke mindestens 5xd vor und 2xd (d =  Durchmesser des Abgasrohres) nach der Messöffnung beträgt (siehe Abbildung)

Abbildung:  Ausführung des Messplatzes  (schematisch)

E) Was muss noch berücksichtigt werden?

Die Emissionsmessungen müssen repräsentativ sein, d.h. außer eine fachgerechten Messdurchführung (Aufgabe des Messinstitutes) muss die Anlage während der Messung mit den genehmigten Betriebszuständen und der genehmigten Kapazität betrieben werden (Aufgabe des Betreibers).

Vor der Messung muss ein detaillierter Messplan nach VDI 2448, Blatt 1, erstellt werden, der mit den zuständigen Behörden abzustimmen ist. Auch hierum kümmert sich das Messinstitut.

Die Beachtung aller hier beschriebenen Punkte gewährleistet eine reibungslose Zusammenarbeit zwischen Betreiber und Messinstitut und vermeidet Rückfragen oder Nachforderungen von den Behörden.




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