Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Reduktion von Emissionen aus Feuerungsanlagen
Bei der Verbrennung von Holz oder Biomasse entstehen gesundheitsschädliche Feinstäube, Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx) und organische Schadstoffe (OGC). Insbesondere Feinststäube mit Partikelgrößen unterhalb von 1 μm sind gesundheitsschädlich. Maßnahmen zur Reduktion dieser Emissionen setzen zum einen bereits beim Verbrennungsprozess an: eine geregelte Verbrennung verringert die Primäremission. Zusätzlich kommen Filtertechnologien zum Einsatz. Bei den Filtern – synonym »Abscheider« – wird zwischen aktiven und passiven Prinzipien unterschieden.
- Passive Filter arbeiten mit feinporigen Strukturen – z. B. aus Keramik, Stoff oder Metall –, um Partikel einzufangen. Sie gehen jedoch mit einem Druckverlust sowie erhöhtem Wartungsaufwand einher, da sie sich mit Partikeln zusetzen und regelmäßig ausgetauscht werden müssen.
- Aktive Abscheider arbeiten mit Hilfe von Hochspannung: Durchströmende Partikel werden elektrisch aufgeladen und lagern sich anschließend an der Rohrwand ab. Bei dieser Technologie spricht man daher auch von »elektrischen« Abscheidern.
Elektrische Plasma-Abscheider für höchste Abschscheidegrade
Eine verbreitete Form des elektrischen Abscheiders ist der elektrostatische Abscheider. Er bietet einen sehr hohen Abscheidegrad von über 90 Prozent, bezogen auf die Partikelanzahl, und greift auch bei Nanometer-großen Partikeln. Basierend auf kommerziell erhältlichen elektrostatischen Abscheidern entwickelt Fraunhofer IPM Lösungen zur Feinststaubabscheidung – sowohl zur Nachrüstung bestehender Anlagen als auch zur Integration in neue Anlagen.
Ein noch höherer Fraktionsabscheidegrad von über 99 Prozent – selbst für ultrafeine Partikel unterhalb von 0,1 μm – lässt sich mit neuartigen Niedrigenergie-Plasma-Abscheidern erzielen. Diese bieten eine höhere Leistungsdichte und Ionenkonzentration in der Abscheidezone als konventionelle Abscheider, weil das System oberhalb der Durchschlagspannung betrieben wird.
Fraunhofer IPM entwickelt Plasma-Abscheider für verschiedene Anwendungen, insbesondere auch für die Integration in Abscheidesysteme für Biomasse. In ersten Machbarkeitsstudien an einem kommerziellen Pelletofen wurden Partikelanzahlreduktionen von über 99 Prozent erreicht.
Für beide Arten von elektrischen Abscheidern bietet IPM Lösungen für Vorrichtungen zur Selbstreinigung an, mit denen die Ablagerungen aus abgeschiedenen Partikeln selbstständig aus dem System entfernt werden.
Integrierte elektrische Stromversorgung mit thermoelektrischen Generatoren
Thermoelektrische Generatoren (TEG) nutzen Wärmeflüsse zur eigenständigen Stromerzeugung. Dabei werden spezielle Halbleitermaterialien verwendet, die Wärme mittels des thermoelektrischen Effekts in elektrische Energie konvertieren. Die TEG sind langlebig, zuverlässig und können auf sehr kleinem Raum eingesetzt werden. Durch Integration der TEG in den Rauchgasstrang kann ausreichend elektrische Energie erzeugt werden, um einen Feinstaubabscheider und zusätzlich eine Verbrennungsregelung zu betreiben. Das gesamte Abgasreinigungssystem benötigt daher keinen Stromanschluss.
