Um die klimafreundliche Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen langfristig sicher zu stellen und den Anforderungen aus der Luftreinhaltung gerecht zu werden, müssen neue Techniken erprobt werden, welche eine deutliche Minderung der in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe erzielen. In dem Verbundvorhaben DeNOx-DePM soll eine kombinierte Emissionsminderung der Abgaskomponenten NOx und Feinstaub für Biomassefeuerungen, welche unter die 44. BImSchV fallen, erreicht werden. Dabei soll ein innovatives Rauchgasreinigungssystem, bestehend aus einem angepassten Gewebefilter mit Filterkerzen aus Edelstahlgewebe und der Zugabe von katalytisch wirksamen Additiven, entwickelt werden. Das Verfahren soll zunächst im Labor entwickelt, danach im Technikumsmaßstab erprobt und abschließen praxisnah an einem Holzheizkraftwerk untersucht werden. Durch die Zugabe eines Additivs (Precoat) in das Rauchgas vor dem Staubabscheider kann eine verbesserte Partikelabscheidung auf dem Gewebefilter durch den zusätzlich erzeugten Filterkuchen erreicht und die Abscheideeffizienz für Feinstäube gesteigert werden. Zusätzlich soll das Additiv durch ein mikrowellengestütztes Beschichtungsverfahren mit bereits bei niedrigeren Betriebstemperaturen katalytisch wirksamen Komponenten aktiviert werden. Dadurch soll neben der verbesserten Staubabscheidung auch eine katalytische Stickstoffoxidreduktion unter zusätzlicher Zugabe des Reduktionsmittels Ammoniak realisiert werden. Untersucht werden soll neben der reinen Entstickung mit katalytischen Additiven am Filter auch eine Kombination aus Entstickung im Feuerraum (SNCR) und Nutzung des Ammoniak-Schlupfs am Filter für deutlich niedrigere Emissionen. Darüber hinaus wird das System auch ökonomisch und ökologisch im Hinblick auf seine Wettbewerbsfähigkeit und potentiellen Emissionsminderung untersucht und eingeordnet.
<p>Nährstoffeinträge (vor allem Stickstoff) aus der Luft belasten Land-Ökosysteme und gefährden die biologische Vielfalt. Zur Bewertung dieser Belastung stellt man ökosystemspezifische Belastungsgrenzen (Critical Loads) den aktuellen Stoffeinträgen aus der Luft gegenüber. Trotz rückläufiger Stickstoffbelastungen in Deutschland besteht weiterhin Handlungsbedarf – vor allem bei den Ammoniak-Emissionen.</p><p>Situation in Deutschland</p><p>Im Jahr 2019 (letzte verfügbare Daten) wurden die ökologischen Belastungsgrenzen für <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Eutrophierung#alphabar">Eutrophierung</a> durch Stickstoff in Deutschland auf 69 % der Flächen empfindlicher Ökosysteme überschritten (siehe Karte „Überschreitung des Critical Load für Eutrophierung durch die Stickstoffeinträge im Jahr 2019“). Die zur Flächenstatistik dieser Überschreitung herangezogenen Ökosystemtypen stammen aus dem CORINE-Landbedeckungsdatensatz von 2012 und bilden vor allem Waldökosysteme ab (ca. 96 %). Besonders drastisch sind die Überschreitungen in Teilen Nordwestdeutschlands. Aufgrund der dort ansässigen Landwirtschaft und intensiv betriebenen Tierhaltung ist der Stickstoffeintrag dort besonders hoch. So sind etwa zwei Drittel der Stickstoffeinträge auf Ammoniakemissionen zurückzuführen.</p><p>Im Rahmen eines <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>-Vorhabens zur Modellierung der Stickstoffdeposition (PINETI-4, Abschlussbericht in prep.) konnte die Entwicklung der Belastung methodisch konsistent für eine lange Zeitreihe (2000 bis 2019) rückgerechnet werden. Die nationalen Zeitreihendaten zeigen, dass der Anteil der Flächen in Deutschland, auf denen die ökologischen Belastungsgrenzen überschritten wurden, von 84 % im Jahr 2000 auf 69 % im Jahr 2019 zurückging (siehe Abb. „Anteil der Fläche empfindlicher Land-Ökosysteme mit Überschreitung der Belastungsgrenzen für Eutrophierung“). Die Abnahme der Belastungen spiegelt größtenteils den Rückgang der Emissionen durch Luftreinhaltemaßnahmen wider.</p><p>Handlungsbedarf trotz sinkender Stickstoffeinträge</p><p>Auch in den nächsten Jahren ist wegen der bisher nur unwesentlich abnehmenden<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/luft/luftschadstoff-emissionen-in-deutschland/ammoniak-emissionen">Ammoniak-Emissionen</a>– vornehmlich aus der Tierhaltung – mit einer weiträumigen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Eutrophierung#alphabar">Eutrophierung</a> naturnaher Ökosysteme zu rechnen. Bei der Minderung von diffusen Stickstoffemissionen in die Luft besteht daher erheblicher Handlungsbedarf.</p><p>Was sind ökologische Belastungsgrenzen für Eutrophierung?</p><p>Zur Bewertung der Stoffeinträge werden ökologische Belastungsgrenzen (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/c?tag=Critical_Loads#alphabar">Critical Loads</a>) ermittelt. Nach heutigem Stand des Wissens ist bei deren Einhaltung nicht mit schädlichen Wirkungen auf Struktur und Funktion eines Ökosystems zu rechnen. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/%C3%B6?tag=kologische_Belastungsgrenzen#alphabar">Ökologische Belastungsgrenzen</a> sind somit ein Maß für die Empfindlichkeit eines Ökosystems und erlauben eine räumlich differenzierte Gegenüberstellung der Belastbarkeit eines Ökosystems mit aktuellen atmosphärischen Stoffeinträgen.</p><p>Das dadurch angezeigte Risiko bedeutet nicht, dass in dem betrachteten Jahr tatsächlich schädliche chemische Kennwerte erreicht oder biologische Wirkungen sichtbar sind. Es kann Jahrzehnte dauern, bis Ökosysteme auf Überschreitungen der ökologischen Belastungsgrenzen reagieren. Im Rückschluss ist auch die Erholung des Ökosystems auf vorindustrielles Niveau sehr langwierig, wenn nicht sogar eine irreversible Schädigung des Ökosystems vorliegt. Beide Prozesse sind abhängig von Stoffeintragsraten, meteorologischen und anderen Randbedingungen sowie von chemischen Ökosystemeigenschaften. Daher sind absolute Schadprognosen mittels der Überschreitungen der ökologischen Belastungsgrenzen prinzipiell nicht möglich.</p><p>Stickstoffdepositionen – ein Treiber des Biodiversitätsverlusts</p><p>Ein übermäßiger atmosphärischer Eintrag (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=Deposition#alphabar">Deposition</a>) von Nährstoffen (vor allem Stickstoff) und deren Anreicherung in Land-Ökosystemen kann auf lange Sicht Ökosysteme stark beeinträchtigen. So kann es zu chronischen Schäden der Ökosystemfunktionen (wie der Primärproduktivität und des Stickstoffkreislaufs) kommen. Auch Veränderungen des Pflanzenwachstums und der Artenzusammensetzung zugunsten stickstoffliebender Arten (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Eutrophierung#alphabar">Eutrophierung</a>) können hervorrufen werden. Außerdem wird die Anfälligkeit vieler Pflanzen gegenüber Frost, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=Drre#alphabar">Dürre</a> und Schädlingsbefall erhöht.</p><p>Atmosphärische Einträge führen zu einer weiträumigen Angleichung der Stickstoffkonzentrationen im Boden auf einem nährstoffreichen Niveau. Die derzeit hohen Stickstoffeinträge in natürliche und naturnahe Land-Ökosysteme sind eine Folge menschlicher Aktivitäten, wie Landwirtschaft oder Verbrennungsprozesse. Diese sind mit hohen Emissionen von chemisch und biologisch wirksamen (reaktiven) Stickstoffverbindungen in die Luft verbunden. Aus der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Atmosphre#alphabar">Atmosphäre</a> werden diese Stickstoffverbindungen über Regen, Schnee, Nebel, Raureif, Gase und trockene Partikel wieder in Land-Ökosysteme eingetragen. Die resultierende Überdüngung ist eine der Hauptursachen für den Rückgang der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biodiversitt#alphabar">Biodiversität</a>. Fast die Hälfte der in der Roten Liste für Deutschland aufgeführten Farn- und Blütenpflanzen sind durch Stickstoffeinträge gefährdet.</p><p>Ziele und Maßnahmen zur Verringerung der Stickstoffeinträge</p><p>Ein langfristiges Ziel der Europäischen Union (EU) und der Genfer Luftreinhaltekonvention (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UNECE#alphabar">UNECE</a> Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution, CLRTAP) ist die dauerhafte und vollständige Unterschreitung der ökologischen Belastungsgrenzen für <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Eutrophierung#alphabar">Eutrophierung</a>. International wurden deshalb in der sog. neuen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NEC-Richtlinie#alphabar">NEC-Richtlinie</a> (<a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1542011736987&uri=CELEX:32016L2284">Richtlinie (EU) 2016/2284</a>vom 14.12.2016) für alle Mitgliedstaaten weitere Minderungen der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Emission#alphabar">Emission</a> von reaktiven Stickstoffverbindungen (NHx, Stickstoffoxide (NOx)) vereinbart, die bis 2030 erreicht werden müssen. Für Deutschland ergeben sich folgende nationale Emissionsminderungsverpflichtungen für Stickstoff für das Jahr 2030 und darüber hinaus im Vergleich zum Basisjahr 2005:</p><p>(siehe auch<a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/emissionen-von-luftschadstoffen">„Emissionen von Luftschadstoffen“</a>).<br>Konkrete nationale Maßnahmen, die zum Erreichen der oben genannten Minderungsverpflichtungen geeignet sind, werden derzeit in einem Nationalen Luftreinhalteprogramm zusammengestellt. Maßnahmen zur Begrenzung der negativen Auswirkungen des reaktiven Stickstoffs, zu denen auch die Eutrophierung von Ökosystemen zählt, sind in der Veröffentlichung des Umweltbundesamtes"Reaktiver Stickstoff in Deutschland"enthalten. Auch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) verfolgt den Ansatz einer nationalenStickstoffminderungsstrategie. Weitere Informationen bietet auch das Sondergutachten des SRU„Stickstoff: Lösungen für ein drängendes Umweltproblem“. Hintergrundwissen zur Modellierung von atmosphärischen Stoffeinträgen bietet derBerichtzum Forschungsvorhaben „PINETI-4: Modelling and assessment of acidifying and eutrophying atmospheric deposition to terrestrial ecosystems“.
Die thermische Behandlung des stickstoffreichen Abfallstoffs Klärschlamm erfolgt überwiegend in stationären Wirbelschichten. Die Betriebsführung dieser Anlagen fokussiert auf eine weitgehende Minderung der Stickoxidemissionen und berücksichtigt bisher nur teilweise die Minderung des klimarelevanten Abgasparameters Lachgas (N2O). Die Treibhausgaswirkung von N2O ist um den Faktor 300 höher im Vergleich zu CO2 und kann bei hohen Emissionen die Klimabilanz der Klärschlammverbrennung deutlich verschlechtern. Infolge der Umsetzung der Vorgaben der AbfKlärV wird zu den bestehenden Anlagen ein massiver Zubau an neuen Monoverbrennungsanlagen ( 30) erwartet, welcher bis 2029 weitgehend abgeschlossen sein soll. In diesem Zusammenhang bietet sich durch Anwendung geeigneter Feuerungs- und Abgasreinigungskonzepte die Möglichkeit, die Klimawirkung der thermischen Klärschlammbehandlung insgesamt zu mindern. Im Rahmen des Vorhabens sollen Emissionsdaten von NOx/N2O unter Berücksichtigung der angewandten Feuerungs- und Abgasreinigungskonzepte ermittelt und ausgewertet werden. Basierend hierauf werden Einsatzbereiche und Minderungseffizienzen primärer und sekundärer Schadgasminderungsmaßnahmen identifiziert und praktische Handlungsempfehlungen zur Minderung der NOx/N2O-Emissionen abgeleitet.
Vorgesehen sind Bau, Optimierung und Demonstrationsbetrieb einer 2 MW-Wirbelschichtfeuerung. Kernstueck ist ein neugestalteter Kessel mit der WSF der 2. Generation. Die neue Technik kombiniert die Entschwefelung durch Additivzugabe mit der NOx-Minderung durch Stufung der Luftzufuhr und entsprechend gestaltete Brennstoffaufgabe sowie durch interne Feststoffrezirkulation. Sie fuehrt daher zu geringen Emissionen bei gleichzeitig hohem Ausbrand und kompakter Bauweise.
Um die klimafreundliche Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen langfristig sicher zu stellen und den Anforderungen aus der Luftreinhaltung gerecht zu werden, müssen neue Techniken erprobt werden, welche eine deutliche Minderung der in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe erzielen. In dem Verbundvorhaben DeNOx-DePM soll eine kombinierte Emissionsminderung der Abgaskomponenten NOx und Feinstaub für Biomassefeuerungen, welche unter die 44. BImSchV fallen, erreicht werden. Dabei soll ein innovatives Rauchgasreinigungssystem, bestehend aus einem angepassten Gewebefilter mit Filterkerzen aus Edelstahlgewebe und der Zugabe von katalytisch wirksamen Additiven, entwickelt werden. Das Verfahren soll zunächst im Labor entwickelt, danach im Technikumsmaßstab erprobt und abschließen praxisnah an einem Holzheizkraftwerk untersucht werden. Durch die Zugabe eines Additivs (Precoat) in das Rauchgas vor dem Staubabscheider kann eine verbesserte Partikelabscheidung auf dem Gewebefilter durch den zusätzlich erzeugten Filterkuchen erreicht und die Abscheideeffizienz für Feinstäube gesteigert werden. Zusätzlich soll das Additiv durch ein mikrowellengestütztes Beschichtungsverfahren mit bereits bei niedrigeren Betriebstemperaturen katalytisch wirksamen Komponenten aktiviert werden. Dadurch soll neben der verbesserten Staubabscheidung auch eine katalytische Stickstoffoxidreduktion unter zusätzlicher Zugabe des Reduktionsmittels Ammoniak realisiert werden. Untersucht werden soll neben der reinen Entstickung mit katalytischen Additiven am Filter auch eine Kombination aus Entstickung im Feuerraum (SNCR) und Nutzung des Ammoniak-Schlupfs am Filter für deutlich niedrigere Emissionen. Darüber hinaus wird das System auch ökonomisch und ökologisch im Hinblick auf seine Wettbewerbsfähigkeit und potentiellen Emissionsminderung untersucht und eingeordnet.
Um die klimafreundliche Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen langfristig sicher zu stellen und den Anforderungen aus der Luftreinhaltung gerecht zu werden, müssen neue Techniken erprobt werden, welche eine deutliche Minderung der in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe erzielen. In dem Verbundvorhaben DeNOx-DePM soll eine kombinierte Emissionsminderung der Abgaskomponenten NOx und Feinstaub für Biomassefeuerungen, welche unter die 44. BImSchV fallen, erreicht werden. Dabei soll ein innovatives Rauchgasreinigungssystem, bestehend aus einem angepassten Gewebefilter mit Filterkerzen aus Edelstahlgewebe und der Zugabe von katalytisch wirksamen Additiven, entwickelt werden. Das Verfahren soll zunächst im Labor entwickelt, danach im Technikumsmaßstab erprobt und abschließen praxisnah an einem Holzheizkraftwerk untersucht werden. Durch die Zugabe eines Additivs (Precoat) in das Rauchgas vor dem Staubabscheider kann eine verbesserte Partikelabscheidung auf dem Gewebefilter durch den zusätzlich erzeugten Filterkuchen erreicht und die Abscheideeffizienz für Feinstäube gesteigert werden. Zusätzlich soll das Additiv durch ein mikrowellengestütztes Beschichtungsverfahren mit bereits bei niedrigeren Betriebstemperaturen katalytisch wirksamen Komponenten aktiviert werden. Dadurch soll neben der verbesserten Staubabscheidung auch eine katalytische Stickstoffoxidreduktion unter zusätzlicher Zugabe des Reduktionsmittels Ammoniak realisiert werden. Untersucht werden soll neben der reinen Entstickung mit katalytischen Additiven am Filter auch eine Kombination aus Entstickung im Feuerraum (SNCR) und Nutzung des Ammoniak-Schlupfs am Filter für deutlich niedrigere Emissionen. Darüber hinaus wird das System auch ökonomisch und ökologisch im Hinblick auf seine Wettbewerbsfähigkeit und potentiellen Emissionsminderung untersucht und eingeordnet.
Um die klimafreundliche Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen langfristig sicher zu stellen und den Anforderungen aus der Luftreinhaltung gerecht zu werden, müssen neue Techniken erprobt werden, welche eine deutliche Minderung der in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe erzielen. In dem Verbundvorhaben DeNOx-DePM soll eine kombinierte Emissionsminderung der Abgaskomponenten NOx und Feinstaub für Biomassefeuerungen, welche unter die 44. BImSchV fallen, erreicht werden. Dabei soll ein innovatives Rauchgasreinigungssystem, bestehend aus einem angepassten Gewebefilter mit Filterkerzen aus Edelstahlgewebe und der Zugabe von katalytisch wirksamen Additiven, entwickelt werden. Das Verfahren soll zunächst im Labor entwickelt, danach im Technikumsmaßstab erprobt und abschließen praxisnah an einem Holzheizkraftwerk untersucht werden. Durch die Zugabe eines Additivs (Precoat) in das Rauchgas vor dem Staubabscheider kann eine verbesserte Partikelabscheidung auf dem Gewebefilter durch den zusätzlich erzeugten Filterkuchen erreicht und die Abscheideeffizienz für Feinstäube gesteigert werden. Zusätzlich soll das Additiv durch ein mikrowellengestütztes Beschichtungsverfahren mit bereits bei niedrigeren Betriebstemperaturen katalytisch wirksamen Komponenten aktiviert werden. Dadurch soll neben der verbesserten Staubabscheidung auch eine katalytische Stickstoffoxidreduktion unter zusätzlicher Zugabe des Reduktionsmittels Ammoniak realisiert werden. Untersucht werden soll neben der reinen Entstickung mit katalytischen Additiven am Filter auch eine Kombination aus Entstickung im Feuerraum (SNCR) und Nutzung des Ammoniak-Schlupfs am Filter für deutlich niedrigere Emissionen. Darüber hinaus wird das System auch ökonomisch und ökologisch im Hinblick auf seine Wettbewerbsfähigkeit und potentiellen Emissionsminderung untersucht und eingeordnet.
Im Zusammenhang mit der Reinigung von durch Kohlenwasserstoffe bzw. Stickoxide belasteten Abgasen ist der Einsatz von Halbleitern, wie z.B. TiO2, als Photokatalysatoren vor allem deshalb interessant, weil die Verbrennungs- bzw. Reduktionsreaktionen bei Raumtemperatur ablaufen können. Die praktische Anwendung ist allerdings durch die bisher erreichten, noch zu geringen Katalysatoraktivitäten begrenzt. Im Rahmen des Projektes sollen der Einfluss von Lichtwellenlänge, Lichtintensität und Kristallitgröße auf Geschwindigkeit und Selektivität (z.B. NO2, NO, N2O, N2) der Umsetzung untersucht werden. Es umfasst die Katalyse aus Sicht der Technischen Chemie und das Problem der Herstellung und Charakterisierung nanokristalliner, d.h. grenzflächendominierter Materialien aus Sicht der Festkörper Physikochemie. Ziel dieser Zusammenarbeit ist es vor allem, am Beispiel ausgewählter Reaktionen die Einflüsse der Eigenschaften des Katalysatormaterials auf den Ablauf von mit Photohalbleitern katalysierten Gasreaktionen herauszuarbeiten und in einem Modell zusammenzuführen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 525 |
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| Förderprogramm | 204 |
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| Boden | 254 |
| Lebewesen und Lebensräume | 233 |
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