Emissionsminderungsmaßnahmen

Die Reduzierung von Emissionen ist ein zentraler Ansatz zur Verbesserung der Luftqualität. Im Folgenden soll der Fokus auf die Emissionsminderung im Bereich des Abgaspfads gelegt werden. Die Grundlagen der emissionsbegrenzenden Anforderungen ergeben sich luftseitig aus dem Bundesimmissionsschutzgesetz, der dazugehörigen Verwaltungsvorschrift TA-Luft und weiterer ergänzender Vorschriften. Die schädlichen Umwelteinwirkungen von genehmigungsbedürftigen Anlagen werden unter Berücksichtigung des jeweiligen branchenspezifischen Standes der Technik der Emissionsbegrenzung vermieden. Das LANUK unterstützt hierbei durch Ermittlung und Fortschreibung des Stands der Technik stetig die Weiterentwicklung von Emissionsminderungsmaßnahmen. Diese Maßnahmen lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Primärmaßnahmen und Sekundärmaßnahmen.

Primärmaßnahmen zielen darauf ab, Emissionen direkt an der Quelle zu vermeiden oder zu verringern. Das bedeutet, dass diese Maßnahmen schon im Vorfeld der Entstehung von Schadstoffen ansetzen und deren Bildung verhindern oder minimieren. In den letzten Jahrzehnten wurden beispielsweise bei Verbrennungsprozessen erfolgreich Primärmaßnahmen entwickelt. Zudem können Primärmaßnahmen mit ökologischen und ökonomischen Vorteilen, z. B. durch die Verringerung von Reststoffen oder die Vermeidung von zusätzlichen, nachsorgenden Technologien, verbunden sein. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass Primärmaßnahmen direkt in den Herstellungsprozess eingreifen und somit einen erheblichen Einfluss auf die Beschaffenheit bzw. Qualität des Produktes haben können.

Durch eine Optimierung der Verbrennungsprozesse in Industrieanlagen werden Schadstoffemissionen wie Stickoxide (NO_X), Kohlenmonoxid (CO), und Feinstaub deutlich reduziert. Mit Blick auf niedrige Emissionen und hohe Effizienz werden durch geeignete Temperaturführung, Luftstufung, Ausbildung von Ausbrandzonen und eine ausreichende Vermischung von Verbrennungsgasen und Luftsauerstoff bessere Ergebnisse erzielt.

Eine weitere Möglichkeit ist der Wechsel auf emissionsarme Brennstoffe. Zunächst wurde beispielsweise der Einsatz von schwefelarmen Brennstoffen angestrebt, der einen entscheidenden Einfluss auf den Rückgang von Schwefeldioxid-Emissionen ab 1990 hatte. Zudem konnte durch den Einsatz von Erdgas anstelle von Kohle oder Heizöl das Entstehen von CO₂ sowie von anderen Schadstoffen wesentlich reduziert werden. Um die Etablierung einer klimaneutralen Industrie zu realisieren wird aktuell an den Möglichkeiten des Einsatzes von Wasserstoff geforscht. Hierbei liegt ebenfalls ein Fokus auf einem emissionsarmen Betrieb. Ziel ist es den Einsatz auf einem ähnlichen Emissionsniveau wie dem bestehender Erdgasverbrennungen zu etablieren. Wenn Wasserstoff mit erneuerbaren Energien hergestellt wird, wäre eine weitere Senkung der CO₂-Emissionen möglich.

Transformationseite

Ein aktuelles Beispiel zur Etablierung von Primärmaßnahmen, welches durch das LANUK begleitet wurde, ist der Wechsel von Einsatzstoffen in der Silikonkautschukverarbeitung. Die hier hergestellten Produkte weisen eine sehr hohe Qualität auf. Im Rahmen der Umweltüberwachung wurde in Zusammenarbeit mit dem LANUK festgestellt, dass bei Einsatz eines chlorhaltigen Vernetzers in einer unerwünschten Nebenreaktion drei PCB‑Homologe (PCB 47, 51 und 68) entstehen. Der Vernetzer ist eine Chemikalie, die zum Start einer Polymerisationsreaktion notwendig ist. Bei Beibehaltung der Produktqualität konnte der chlorhaltige Vernetzer durch einen chlorfreien Vernetzer ersetzt werden, sodass keine PCB-Emissionen mehr entstehen.

Jahresbericht 2020

Publikation in Fachzeitschrift

Sekundärmaßnahmen sind Maßnahmen, die darauf abzielen, Schadstoffe nach ihrer Entstehung aus den Abgasen zu entfernen. Diese Techniken setzen also „nachgeschaltet“ an und versuchen, die bereits entstandenen Emissionen zu reduzieren, bevor sie in die Umwelt gelangen. Die Abgasreinigung umfasst dabei je nach Prozess und den entstehenden Schadstoffen eine Vielzahl unterschiedlicher technischer Verfahren. Grob kann zwischen der Abscheidung von Partikeln bzw. Feststoffen und der Abscheidung von Gasen und Dämpfen unterschieden werden. Hierbei kommen unterschiedliche Verfahren oder eine Kombination von Verfahren zum Einsatz.

Für die Abscheidung von Partikeln und Feststoffen, wie z. B. Staub, Asche oder Ruß, kommen verschiedene mechanische und physikalische Verfahren zum Einsatz:

• Elektrostatische Abscheider nutzen ein elektrisches Feld, um geladene Partikel aus dem Gasstrom zu entfernen. Die Partikel werden ionisiert und durch elektrostatische Anziehung zu Abscheideplatten gezogen.
• Filternde Abscheider bestehen aus Geweben oder Gelegen, die Partikel durch verschiedene Mechanismen aus dem Gasstrom abscheiden. Es kann hierbei noch zusätzlich zwischen Oberflächen- und Tiefenfiltern unterschieden werden.
• Zyklonabscheider nutzen die Zentrifugalkraft, um schwerere Partikel aus einem Gasstrom zu entfernen. Der Gasstrom wird in eine spiralförmige Bewegung versetzt, wodurch die Partikel nach außen gedrängt und abgeschieden werden.
• Nassabscheider scheiden Partikel durch Kontakt mit einer Flüssigkeit (meist Wasser) ab. Die Flüssigkeit fängt die Partikel ein. Die größeren Flüssigkeitstropfen können dann abgetrennt werden

Die Entfernung von gasförmigen Schadstoffen und Dämpfen erfordert chemische oder physikalische Prozesse, die spezifisch auf die Art der zu entfernenden Gase abgestimmt sind:

• Gaswäscher nutzen chemische Reaktionen, um saure Gase (z.B. SO₂, HCl) zu neutralisieren oder in eine lösliche Form zu überführen.
• Die Entstickung erfolgt durch Reduktion der Stickoxidverbindungen. Bei der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) oder der selektiven nichtkatalytischen Reduktion (SNCR) wird dem Abgas Ammoniak oder Harnstoff hinzugefügt, welche die Stickoxide in Stickstoff und Wasser umwandeln. Hauptunterschied ist die niedrigere Arbeitstemperatur bei der katalytischen Reduktion.
• Biologische Verfahren nutzen Mikroorganismen, um Schadstoffe in umweltverträgliche Stoffe umzuwandeln oder unangenehmen Geruch zu minimieren. Die Schadstoffe können dabei sowohl an Biomaterial adsorbieren oder in flüssiger Phase absorbieren. Im Anschluss erfolgt die Umsetzung mittels Mikroorganismen.
• Adsorptionsfilter scheiden die Schadstoffe an der Oberfläche des Adsorbens ab. Es wird dabei die große Oberfläche der Adsorbens (z. B. Aktivkohle oder –koks oder Zeolithe) genutzt, um gasförmige Schadstoffe durch Adsorption zu binden.

Je nach Prozess wird eine Auswahl der Emissionsminderungstechniken kombiniert, um eine hohe Effizienz bei der Abgasreinigung zu erreichen. Abgasreinigungssysteme sind daher vielfältig und müssen an die spezifischen Bedingungen und Anforderungen angepasst werden. Die Auswahl des richtigen Systems oder einer Kombination von Systemen hängt von der Art der Emissionen, den regulatorischen Anforderungen und den betrieblichen Gegebenheiten ab. Durch den Einsatz geeigneter Technologien können schädliche Emissionen erheblich reduziert und die Luftqualität verbessert werden.

Zudem ist in einer Vielzahl von Prozessen die Kombination von Primär- und Sekundärmaßnahmen entscheidend für eine wirkungsvolle Strategie zur Emissionsminderung. Durch die Integration beider Ansätze können signifikante Verbesserungen der Luftqualität und eine Reduzierung der umweltschädlichen Auswirkungen von Emissionen erreicht werden.