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Weniger Feinstaub aus Pelletöfen

Weniger Feinstaub aus Pelletöfen

Heizen mit Holz liegt im Trend. Der nachwachsende Rohstoff stammt aus heimischen Wäldern, ist gutverfügbar und verbrennt CO2-neutral. Bei der Verfeuerung entstehen jedoch enorm viel Feinstaub und phasenweise hohe Konzentrationen toxischer Abgaskomponenten.
Ein Forscher der Hochschule Karlsruhe hat ein Sensor- und Verbrennungsluft-Regelsystem entwickelt, das die Emissionen deutlich reduziert. In Pelletöfen und Pellet-Heizkesseln könnte es bereits zum Einsatz kommen.
Die Verbrennung von Holz kann für Mensch und Umwelt durchaus problematisch sein. Der Gesetzgeber hat das erkannt und die bereits seit 2010 geltende Verordnung zum Bundesimmissionsschutzgesetz (BimSchV) zum 1. Januar 2015 nochmals verschärft. Neue sog. Klein-Holzfeuerungsanlagen, also Pellet- oder Kaminöfen für Wohnung oder Keller, dürfen künftig nicht mehr als 0,04 Gramm Staub pro Kubikmeter an die Umwelt abgeben. Staubfilter sind eine Variante, doch diese sind mit kostspieligen Installationen verbunden. Viel intelligenter ist es, Feinstaub und unverbrannte Gaskomponenten gleich bei der Entstehung zu minimieren.
Mikroprozessor regelt die optimale Verbrennungsluftzufuhr
Die Höhe der Schadstoffemissionen hängt davon ab, wie der Verbrennungsprozess läuft – nur wenn die Temperatur stimmt und genügend Sauerstoff zur Verfügung steht, verbrennt das Holz fast vollständig. Eine Arbeitsgruppe um Professor Dr. Heinz Kohler vom Institut für Sensorik und Informationssysteme (ISIS) der Hochschule Karlsruhe hat ein Sensor- und Verbrennungsluft-Regelungssystem entwickelt, das den Verbrennungsprozess in Pelletöfen optimiert und den Schadstoffausstoß damit minimiert. Die Methodik wurde geprüft, kommt aber derzeit noch nicht serienmäßig zum Einsatz. Das komplexe Verfahren lässt sich vereinfacht wie folgt beschreiben: Sensoren messen kontinuierlich die Temperatur in der Brennkammer und den Restsauerstoffgehalt im Abgas. Sie melden die Daten an einen Mikroprozessor, der anhand eines am ISIS entwickelten Algorithmus die optimale Verbrennungsluftzufuhr regelt.
Reagiert auf Schwankungen der Pelleteigenschaften
Im laufenden Betrieb arbeiten Pelletöfen relativ emissionsarm. Problematisch ist jedoch die etwa 15-minütige Anfahrphase, also das Aufheizen des Pelletofens oder -Heizkessels, in der überdurchschnittlich viel Feinstaub und vor allem unverbrannte toxische Gase emittiert werden. „Vor allem in dieser Phase können wir über die Regelung der Primär- und Sekundärluftströme die Entstehung von Feinstaub und unverbrannten Gaskomponenten deutlich reduzieren. Auch kann auf diese Weise die Anlage besser auf Schwankungen der Pelleteigenschaften etwa in Form oder Holzart und auf Veränderungen in den Brennräumen reagieren“, erklärt Professor Kohler. Die Kombination aus Sensoren, Algorithmus und Verbrennungsluftregelung wurde bereits zum Patent angemeldet.
Rund 350.000 Pelletöfen gibt es in Deutschland – ein kleiner, aber zukunftsträchtiger Markt. Bei der Patentierung und Vermarktung der Forschungsergebnisse unterstützt ihn die Technologie Lizenz Büro (TLB) GmbH in Karlsruhe. „Die von Professor Kohler entwickelte Kombination aus Sensorik und Algorithmus sowie die darauf aufbauende Einstellung der Primär- und Sekundärluftströme führt zu einer deutlichen Verminderung des Schadgas- und Feinstaubausstoßes. Insbesondere vor dem Hintergrund der novellierten BImSchV dürfte diese Technik für die Hersteller von Pelletöfen und Pellet-Heizkesseln sehr interessant sein“, erklärt TLB-Innovationsmanager Dr.-Ing. Hubert Siller. Die TLB GmbH unterstützt Erfinder, Hochschulen und Unternehmen bei der Patentierung innovativer Ideen und der Umsetzung in marktfähige Produkte.
Auch Scheitholzöfen im Visier der Forschung
Die Idee zum Einsatz von solchen Sensoren in Holzöfen hatte Heinz Kohler bereits vor rund 15 Jahren, als er darüber nachdachte, wie man die hohen Emissionen aus dem heimischen scheitholzbefeuerten Kachelofen verringern könnte. Anfangs sei er damals nicht wirklich ernst genommen worden, erinnert sich der Physiker, da die Menschen die hohen Emissionen von Holzöfen als naturgegeben hinnahmen und das hohe Potenzial der Minderung durch sensorbasierte, automatische Verbrennungsluft-Regelung nicht sahen. Doch als Mitte der 2000-er Jahre bekannt wurde, dass die Kleinöfen der privaten Haushalte mehr Feinstaub verursachen als der gesamte Motorverkehr, bekam das Thema auch eine politische Bedeutung.
Heute bietet Professor Heinz Kohler seine Expertise allen interessierten Feuerstättenherstellern an, um in enger Zusammenarbeit neue Technologien zu entwickeln, mit denen die von Holzöfen ausgehende Umweltbelastung deutlich reduziert werden kann. Am ISIS der Hochschule Karlsruhe erforscht er den technologischen Aufbau von Gassensoren sowie deren Wirkungsweise und mögliche Anwendungen.
Ein weiteres wichtiges Forschungsfeld ist der Verbrennungsprozess in Scheitholzöfen, bei dem noch wesentlich mehr toxische Feinstäube und Abgase freigesetzt werden als von Pelletöfen. Erstmals werden Gassensoren eingesetzt, die die Restsauerstoffkonzentration und den Gehalt der unverbrannten Abgaskomponenten messen, um die Verbrennungsluftzufuhr zu regeln. Bis zur Praxistauglichkeit des Mess- und Regelsystems für Scheitholzöfen bedarf es jedoch noch weiterer Entwicklungsschritte.
Hochschule Karlsruhe

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