Untersuchung an einem Holzofen im Labor der Hochschule Luzern – Technik & Architektur.

Feinstaub hat viele Quellen. Die winzigen Partikel im Mikro- und Nano­metermassstab (PM10) entstehen bei der Verbrennung von Öl oder Kohle zur Erzeugung von Wärme und Strom in Kraftwerken, Industrieunternehmen oder Wohnhäusern. Feinstaub entsteht darüber hinaus insbesondere durch Dieselmotoren im Strassen- und Schienenverkehr, in der Land- und Forstwirtschaft und auf Baustellen (Verbrennungsprozesse, Abrieb). Aber auch wenn das Feuer im heimischen Holzofen gemütlich lodert, entstehen die feinen Stäube, die vom Menschen eingeatmet werden und die Lungen angreifen können. Feinstaub ist ein komplexes Gemisch, zu dem auch sekundäre Partikel beitragen, die sich erst nachträglich in der Luft aus gasförmigen Vorläuferstoffen bilden.

In den letzten Jahren und Jahrzehnten hat die Staatengemeinschaft mit verschiedenen Massnahmen auf die Gefährdung durch Feinstaub reagiert. Für Lastwagen und Pkw mit Dieselantrieb gilt heute in der Schweiz und vielen anderen Ländern eine Partikelfilter-Pflicht. Wer eine Holzheizung betreibt und Feinstaub ausstösst, muss sich unter anderem an die Grenzwerte halten, die in der Luftreinhalteverord­nung (LRV) 1985 eingeführt wurden. Ab 2008 führte die Verschärfung der LRV zu einem breiten Einsatz von Feinstaubabscheidern bei automatischen Holzfeuerungen ab 500 kW und ab 2012 auch zu Massnahmen bei Feuerungen über 70 kW. «Die Schweiz hat in den letzten zwei Jahrzehnten riesige Fortschritte im Kampf gegen Feinstaub erzielt und verfügt heute im internationalen Vergleich über eine erstklassige Luftqualität. Die laufende Überarbeitung der LRV wird weitere Verbesserungen bringen», sagt Daniel Binggeli, BFE-Experte für Bioenergie.

Feinstaub aus kleinen Holzfeuerungen
Die Verbrennung von Holz und anderen Arten von Biomasse hat wachsende Bedeutung. Sie leistet einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung, da die Verbrennung nachwachsender Rohstoffe CO2 neutral ist. Allerdings tragen Holzhei­zungen heute – je nach Standort – rund 10 bis 30 % zur jährlichen, vom Menschen verursachten Feinstaub-Belastung bei. Automatisch betriebene Waldhackschnitzel-Heizungen, wie sie in den letzten Jahren im Zuge des Ausbaus der Holzenergie-Nutzung gefördert wurden, arbeiten heute dank hoher Verbrennungstemperaturen vergleichsweise sauber. Auch bei dieser Verbrennung fällt zwar Feinstaub an, dies jedoch in Form von anorganischer Asche, die in grösseren Feuerungen zudem in Abscheidern zurückgehalten wird.

Neben gut 8 000 solcher modernen Holz­feuerungen sind in der Schweiz aber noch 56’000 Holz-Zentralheizungen und 539’000 Cheminées und Holzöfen in Betrieb. Viele von ihnen lassen mehr Feinstaub in die Umwelt, als mancher Betreiber wohl vermutet. «In vielen kleinen Holz­feuerungen wird das Holz nicht vollständig verbrannt, damit entsteht Russ, aber auch andere Formen von Feinstaub mit einer Grösse von weniger als 10 Mikrometern (PM10)», sagt Prof. Thomas Nussbaumer, Verbrennungsexperte an der Hochschule Luzern und Inhaber des Beratungsunternehmens ­Verenum (Zürich). «Hier müssen wir mit technischen Verbesserungen ansetzen, um eine vollständige Verbrennung von Holz zu ermöglichen. Zudem müssen die Betreiber geschult und der Feinstaub-­Ausstoss konseqent kontrolliert werden», so Nussbaumer.

Internationaler Erfahrungsaustausch
Nussbaumer war Mitte Juni an der ETH Zürich Keynote-Speaker bei der 20. Konferenz zu Nanopartikeln aus Verbrennungsprozessen («Combustion Gene­rated Nanoparticles»), bei der Ingenieure und Mediziner nach neuen Lösungen rund um die Feinstaub-Problematik suchen. Das Konferenz-Modul zum Thema Biomasse-Verbrennung war von der «IEA Bio­energy Task 32» mitorganisiert worden, einer Fachgruppe von Experten aus 14 Staaten, die sich unter dem Dach der Internationalen Energie-Agentur (IEA) mit technischen und ökonomischen Aspekten der Biomasse-Verbrennung befasst (vgl. Textbox). Das Gremium ermöglicht der Schweiz – vertreten durch das Bundesamt für Energie – auch den Austausch mit den Nachbarstaaten Deutschland, Österreich und Italien sowie skandinavischen Ländern wie Schweden und Norwegen, die wie die Schweiz über hohe Standards bei den Feuerungstechniken und über strikte Grenzwerte verfügen.

Sehr anschaulich wurde dieser internationale Erfahrungsaustausch in Zürich beim Referat von Dr. Hans Hartmann vom TFZ-Kompetenzzentrum für nachwachsende Rohstoffe in Straubing bei München. Hartmann berichtete über seine Erkenntnisse zu kleinen Holzöfen und Cheminées: Um die Emissionen zu minimieren, darf das Stückholz nicht zu feucht sein, aber auch nicht ganz trocken. Wichtig sind auch die richtige Beladung des Ofens und das Anfeuern von oben und nicht von unten, wie von vielen Cheminée-Freunden noch immer praktiziert. Einen erheblichen Einfluss auf die Feinstaub-Produktion hat auch der Durchmesser der Holzscheite: Ist dieser zu klein, kann die Feinstaub-Menge dreimal höher liegen als bei optimalem Zuschnitt. «Der Benutzer hat auf die Feinstaub-­Belastung einen grösseren Einfluss als die benutzte Technologie», lautete Hartmanns Fazit am Rande der Tagung.

Neuartige Testverfahren
Weitere Referenten befassten sich in ­Zürich mit den chemischen und physikalischen Eigenschaften von Feinstaub und mit den Testverfahren und Standards, die zum Nachweis von Feinstaub und anderen Emissionen aus Holzfeuerungen verwendet werden. Die Zuverlässigkeit solcher Testverfahren ist heute durch den «Dieselskandal» bei VW und anderen Auto­herstellern in aller Munde. Dr. Christoph Schmidl von der österreichischen Bio­energie 2020+ GmbH stellte in Zürich beispielsweise ein Testverfahren vor, das in der Lage ist, durch Nachbildung von Lastzyklen das Emissionsverhalten von Holzheizungen vergleichsweise wirklichkeitsnah abzubilden.

Die Tagungsbeiträge zur «Session 2: Biomass Combustion (co-organized
by task 32 of IEA Bioenergy)» sind unter folgendem Link verfügbar: www.nanoparticles.ch/2016_ETH-NPC-20.html 

Auskünfte zu IEA Bioenergy Task 32 und der Konferenzthematik Holzfeuerungs-Emissionen erteilt Dr. Sandra Hermle (sandra.hermle@bfe.admin.ch), Leiterin BFE-Forschungsprogramms Bioenergie.

Fachbeiträge über Forschungs-, Pilot-, Demonstrations- und Leuchtturmprojekte im Bereich Bioenergie finden Sie unter www.bfe.admin.ch/CT/biomasse