INTERVIEW
“Darum ist der digitale Ofenführerschein notwendig…”
Prof. Dr. rer. nat. Ingo Hartmann, Leiter des Forschungsschwerpunktes
„Katalytische Emissionsminderung“ am DBFZ
Prof. Dr. rer. nat. Ingo Hartmann ist Leiter des Forschungsschwerpunktes „Katalytische Emissionsminderung“ am DBFZ und seit August 2008 am DBFZ als Wissenschaftler im Bereich Thermochemische Konversion tätig. Das Hauptziel des Forschungsschwerpunktes ist die Luftschadstoffminderung an Verbrennungsanlagen für gasförmige, flüssige und feste Bioenergieträger an Feststoffkatalysatoren. Seit November 2020 ist er als Honorarprofessor zur Luftreinhaltungstechnik an der HTWK Leipzig berufen.
Ingo hat sich für die ofenakademie.de Zeit genommen und ein paar wichtige Fragen zum Thema Luftschadstoffminderung bei häuslichen Kleinfeuerungsanlagen beantwortet.
Ingo, es gibt bereits einige technische Hilfsmittel für Öfen und Kamine, um den Feinstaub zu reduzieren. Wie wichtig ist es dennoch, die Ofennutzer in der richtigen Holzfeuerung zu schulen und warum?
Aus den komplexen Zusammenhängen der Schadstoffbildung wird ersichtlich, dass Nutzerinnen und Nutzer von Holzöfen einen hohen Einfluss auf die Emissionen haben.
Unter realen Betriebsbedingungen können negative Einflussfaktoren bei der Holzver-brennung niemals ganz ausgeschlossen werden. Die Verbrennung in handbeschickten Anlagen ist unvollständig und führt zu Schadstoffen wie Methan oder Ruß, die einen sehr hohen Treibhausgaseffekt aufweisen. In dem Abgas enthaltene Ruß- und Staubpartikel sind zudem giftig und müssen
Durch bessere Bedienung und Fehlervermeidung können Staubpartikel und andere Schadstoffe deutlich gemindert werden.
deshalb weitgehend vermieden werden, wozu die richtige Bedienung erheblich beitragen kann.
Durch bessere Bedienung und Fehlervermeidung können Staubpartikel und andere Schadstoffe deutlich gemindert werden. Hier sind Schulungsangebote, wie die ofenakademie.de, eine sehr wichtige Erweiterung der bisherigen Möglichkeiten, die die Nutzenden haben, um das richtige Heizen mit Holz zu lernen.
Ingo, es gibt bereits einige technische Hilfsmittel für Öfen und Kamine, um den Feinstaub zu reduzieren. Wie wichtig ist es dennoch, die Ofennutzer in der richtigen Holzfeuerung zu schulen und warum?
Aus den komplexen Zusammenhängen der Schadstoffbildung wird ersichtlich, dass Nutzerinnen und Nutzer von Holzöfen einen hohen Einfluss auf die Emissionen haben.
Unter realen Betriebsbedingungen können negative Einflussfaktoren bei der Holzver-brennung niemals ganz ausgeschlossen werden. Die Verbrennung in handbeschickten Anlagen ist unvollständig und führt zu Schadstoffen wie Methan oder Ruß, die einen sehr hohen Treibhausgaseffekt aufweisen. In dem Abgas enthaltene Ruß- und Staubpartikel sind zudem giftig und müssen deshalb weitgehend vermieden werden, wozu die richtige Bedienung erheblich beitragen kann.
Durch bessere Bedienung und Fehlervermeidung können Staubpartikel und andere Schadstoffe deutlich gemindert werden.
Durch bessere Bedienung und Fehlervermeidung können Staubpartikel und andere Schadstoffe deutlich gemindert werden. Hier sind Schulungsangebote, wie die ofenakademie.de, eine sehr wichtige Erweiterung der bisherigen Möglichkeiten, die die Nutzenden haben, um das richtige Heizen mit Holz zu lernen.
© DBFZ, Gravimetrische Bestimmung der Staubbeladung, Foto: Jan Gutzeit
Bitte stell uns deine Arbeit am DBFZ kurz vor.
Wir erforschen Verbrennungsanlagen, Abscheider und Katalysatoren, um erhebliche niedrigere Emissionen zu erzielen und zugleich die Haltbarkeit und Anwendbarkeit der Techniken zu erhöhen. Dabei dürfen die Herstellungskosten nicht außer Acht gelassen werden und müssen durch entsprechende Entwicklungen weiter gesenkt werden. Techniken wie Staubabscheider und Katalysatoren sind bei richtiger Anwendung, Integration und Betriebsweise in der Lage, die Schadstoffe aus unvollständiger Verbrennung, um mindestens 90 % zu reduzieren. Die Wirksamkeit hängt aber immer vom Anlagentyp und Betreiberverhalten ab. Auch dies wird in unserer Arbeit erforscht.
Wissenschaft und Politik diskutieren intensiv und die Meinungen über die Einflüsse von häuslichen Holzfeuerungsanlagen gehen teilweise weit auseinander. Welche neuesten Erkenntnisse gibt es in Bezug auf die Holzverbrennung und die damit erzeugten Emissionen?
Die Verbrennung von regional verfügbarer Biomasse trägt nach Daten des Umweltbundesamtes im erheblichen Maße (2021 mit 133 Mrd. kWh, 67 % Anteil an erneuerbarer Wärme) zur erneuerbaren Energieversorgung in Deutschland bei und kann zusätzlich aufgrund der Speicherbarkeit zur bedarfsgerechten häuslichen Wärmeversorgung eingesetzt werden. Die Biomassen zur Verbrennung im häuslichen Bereich sind jedoch sehr begrenzt verfügbar und sollten unter Erhaltung bzw. Vergrößerung des Naturraums Wald als CO2-Speicher und der Artenvielfalt nur in sehr effizienten und schadstoffarmen Feuerungs-
anlagen eingesetzt werden, wenn keine anderen erneuerbaren Energieträger zur Verfügung stehen. Auch müssen alle höherwertigen Holzsortimente wie Stammholz in der stofflichen Nutzung Verwendung finden.
Nur Restbiomasse wie zum Beispiel Waldrestholz aus der Durchforstung sowie im geringen Maße Biomasse aus Privatbesitz stehen zukünftig in Kleinfeuerungsanlagen mit dem Ziel der Raumheizung unter möglichst hoher Effizienz im begrenzten Mengen zur Verbrennung in häuslichen Wärmeerzeugern zur Verfügung. Oberste Prämisse bei der Verbrennung von Biomasse muss damit eine möglichst hohe Wärmenutzungseffizienz sein, was folgerichtig bedeutet, dass feste Biomasse ausschließlich in schadstoffarmen Raumheizanlagen eingesetzt werden darf, um den energetischen Verbrauch der sehr wertvollen Ressource Biomasse zu begrenzen und damit auch klimawirksame Emissionen wie Ruß aus der Verbrennung zu minimieren.
Wissenschaft und Politik diskutieren intensiv und die Meinungen über die Einflüsse von häuslichen Holzfeuerungsanlagen gehen teilweise weit auseinander. Welche neuesten Erkenntnisse gibt es in Bezug auf die Holzverbrennung und die damit erzeugten Emissionen?
Die Verbrennung von regional verfügbarer Biomasse trägt nach Daten des Umweltbundesamtes im erheblichen Maße (2021 mit 133 Mrd. kWh, 67 % Anteil an erneuerbarer Wärme) zur erneuerbaren Energieversorgung in Deutschland bei und kann zusätzlich aufgrund der Speicherbarkeit zur bedarfsgerechten häuslichen Wärmeversorgung eingesetzt werden. Die Biomassen zur Verbrennung im häuslichen Bereich sind jedoch sehr begrenzt verfügbar und sollten unter Erhaltung bzw. Vergrößerung des Naturraums Wald als CO2-Speicher und der Artenvielfalt nur in sehr effizienten und schadstoffarmen Feuerungsanlagen eingesetzt werden, wenn keine anderen erneuerbaren Energieträger zur Verfügung stehen. Auch müssen alle höherwertigen Holzsortimente wie Stammholz in der stofflichen Nutzung Verwendung finden.
Nur Restbiomasse wie zum Beispiel Waldrestholz aus der Durchforstung sowie im geringen Maße Biomasse aus Privatbesitz stehen zukünftig in Kleinfeuerungsanlagen mit dem Ziel der Raumheizung unter möglichst hoher Effizienz im begrenzten Mengen zur Verbrennung in häuslichen Wärmeerzeugern zur Verfügung. Oberste Prämisse bei der Verbrennung von Biomasse muss damit eine möglichst hohe Wärmenutzungseffizienz sein, was folgerichtig bedeutet, dass feste Biomasse ausschließlich in schadstoffarmen Raumheizanlagen eingesetzt werden darf, um den energetischen Verbrauch der sehr wertvollen Ressource Biomasse zu begrenzen und damit auch klimawirksame Emissionen wie Ruß aus der Verbrennung zu minimieren.
Die WHO hat vor Kurzem empfohlen, die Grenzwerte zur Luftreinhaltung zu verschärfen. Welchen Anteil haben Kleinfeuerungsanlagen?
Immer noch ist die Verbrennung von Biomasse, insbesondere im kleinen Wärmeleistungsbereich, nach dem heutigen Stand der Technik mit erheblich höheren Luftschadstoffemissionen im Vergleich zu anderen Energieträgern verbunden. Deshalb ist die Optimierung
des Holzverbrennungsprozesses mit dem Ziel der deutlichen Absenkung der damit verbundenen
© HAGOS Verbund, Wiking Mala 4 Kaminofen
Emissionen von hohem gesellschaftlichem Interesse, um den daraus resultierenden Gefahren für die Gesundheit der Bevölkerung und die Umwelt zu begegnen.
Um zukünftig zur weitgehenden Minderung der Treibhaus-gasemissionen beizutragen, die aus der Verbrennung von Biomasse resultieren, sind insbesondere Luftschadstoffe aus unvollständiger Verbrennung wie Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Rußpartikel, sowohl durch primäre Maßnahmen an den Anlagen (z.B. optimierte und
neuartige Brennräume) als auch sekundäre Maßnahmen (z.B. anlagenintegrierte Katalysatoren und Elektroabscheider) zu mindern.
Im September 2021 hat die WHO die Leitlinien für Luftschadstoffe [1],[2] auf Basis von aktuellen Studien zur Mortalität und Morbidität deutlich verschärft. Eine stufenweise Absenkung der Immissionswerte für Staubpartikel auf den Zielwert von 5 µg/m³ für Partikel PM2,5 wird dabei vorgeschlagen, wobei häusliche Biomasseverbrennung als eine wesentliche Schadstoffquelle weltweit genannt wird. In Deutschland ist nach Daten des Umweltbundesamtes [3] die häusliche Energieerzeugung mit 17,37 kt/a in 2019, nach dem Transportsektor die zweitgrößte Emissionsquelle für PM2,5, wobei mehr als 90 % dieser Partikelemissionen aus häuslichen Holzfeuerungen stammen. Zukünftig muss daher für diese Art der Biomassenutzung eine Luftschadstoffminderung realisiert werden, um die Leitwerte der WHO zu erreichen und damit gesundheitliche Auswirkungen von PM2,5 aus Holzfeuerungen weitgehend zu vermeiden
Die WHO hat vor Kurzem empfohlen, die Grenzwerte zur Luftreinhaltung zu verschärfen. Welchen Anteil haben Kleinfeuerungsanlagen?
Immer noch ist die Verbrennung von Biomasse, insbesondere im kleinen Wärmeleistungsbereich, nach dem heutigen Stand der Technik mit erheblich höheren Luftschadstoffemissionen im Vergleich zu anderen Energieträgern verbunden. Deshalb ist die Optimierung
des Holzverbrennungsprozesses mit dem Ziel der deutlichen Absenkung der damit verbundenen Emissionen von hohem gesellschaftlichem Interesse, um den daraus resultierenden Gefahren für die Gesundheit der Bevölkerung und die Umwelt zu begegnen.
© HAGOS Verbund, Wiking Mala 4 Kaminofen
Um zukünftig zur weitgehenden Minderung der Treibhaus-gasemissionen beizutragen, die aus der Verbrennung von Biomasse resultieren, sind insbesondere Luftschadstoffe aus unvollständiger Verbrennung wie Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Rußpartikel, sowohl durch primäre Maßnahmen an den Anlagen (z.B. optimierte und
neuartige Brennräume) als auch sekundäre Maßnahmen (z.B. anlagenintegrierte Katalysatoren und Elektroabscheider) zu mindern.
Im September 2021 hat die WHO die Leitlinien für Luftschadstoffe [1],[2] auf Basis von aktuellen Studien zur Mortalität und Morbidität deutlich verschärft. Eine stufenweise Absenkung der Immissionswerte für Staubpartikel auf den Zielwert von 5 µg/m³ für Partikel PM2,5 wird dabei vorgeschlagen, wobei häusliche Biomasseverbrennung als eine wesentliche Schadstoffquelle weltweit genannt wird. In Deutschland ist nach Daten des Umweltbundesamtes [3] die häusliche Energieerzeugung mit 17,37 kt/a in 2019, nach dem Transportsektor die zweitgrößte Emissionsquelle für PM2,5, wobei mehr als 90 % dieser Partikelemissionen aus häuslichen Holzfeuerungen stammen. Zukünftig muss daher für diese Art der Biomassenutzung eine Luftschadstoffminderung realisiert werden, um die Leitwerte der WHO zu erreichen und damit gesundheitliche Auswirkungen von PM2,5 aus Holzfeuerungen weitgehend zu vermeiden
Das Heizen mit Holz wird oft in Verbindung gebracht mit dem Thema Feinstaub. Wie entsteht Feinstaub eigentlich?
Die Bildung von Feinstaub ist komplex und nicht in wenigen Worten im Detail erklärbar. Allerdings kann eine vereinfachte Einteilung der Feinstäube aus Quellen der vollständigen und der unvollständigen Verbrennung erfolgen. Um sowohl Partikel aus vollständiger und unvollständiger Verbrennung zu vermeiden, muss der Verbrennungsprozess exakt abgestimmt und gesteuert bzw. geregelt werden, weil die Mechanismen der Feinstaubbildung teilweise gegenläufig sind.
Bei unvollständiger Verbrennung durch Luftmangel, zu geringer Temperatur oder zu geringer Reaktionszeit wird die organische Substanz des Holzes nicht gänzlich in
Kohlenstoffdioxid umgewandelt, so dass schwerflüchtige Kohlenwasserstoffe und Rußpartikel gebildet werden können.
Bei vollständiger Verbrennung bilden sich Partikel aus anorganischen Bestandteilen. Ein wichtiger sogenannter Aerosolbildner als Bestandteil von Holzbrennstoffen ist Kalium, welches beispielsweises mit Schwefeloxiden schwerflüchtige Partikel bildet. Die Menge an emittierten Partikeln aus anorganischen Inhaltsstoffen hängt neben dem Gehalt im Holz vor allem von der Temperatur im Glutbett und der Strömungsgeschwindigkeit der Gase durch das Glutbett und die Brennkammer ab. Je höher die Temperatur im Glutbett, desto stärker können anorganische Inhaltsstoffe durch höhere Verflüchtigung emittiert werden. Eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit kann zudem kleine Aschepartikel mitreisen und aus der Brennkammer austragen.
Das Heizen mit Holz wird oft in Verbindung gebracht mit dem Thema Feinstaub. Wie entsteht Feinstaub eigentlich?
Die Bildung von Feinstaub ist komplex und nicht in wenigen Worten im Detail erklärbar. Allerdings kann eine vereinfachte Einteilung der Feinstäube aus Quellen der vollständigen und der unvollständigen Verbrennung erfolgen. Um sowohl Partikel aus vollständiger und unvollständiger Verbrennung zu vermeiden, muss der Verbrennungsprozess exakt abgestimmt und gesteuert bzw. geregelt werden, weil die Mechanismen der Feinstaubbildung teilweise gegenläufig sind.
Bei unvollständiger Verbrennung durch Luftmangel, zu geringer Temperatur oder zu geringer Reaktionszeit wird die organische Substanz des Holzes nicht gänzlich in Kohlenstoffdioxid umgewandelt, so dass schwerflüchtige Kohlenwasserstoffe und Rußpartikel gebildet werden können.
Bei vollständiger Verbrennung bilden sich Partikel aus anorganischen Bestandteilen. Ein wichtiger sogenannter Aerosolbildner als Bestandteil von Holzbrennstoffen ist Kalium, welches beispielsweises mit Schwefeloxiden schwerflüchtige Partikel bildet. Die Menge an emittierten Partikeln aus anorganischen Inhaltsstoffen hängt neben dem Gehalt im Holz vor allem von der Temperatur im Glutbett und der Strömungsgeschwindigkeit der Gase durch das Glutbett und die Brennkammer ab. Je höher die Temperatur im Glutbett, desto stärker können anorganische Inhaltsstoffe durch höhere Verflüchtigung emittiert werden. Eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit kann zudem kleine Aschepartikel mitreisen und aus der Brennkammer austragen.
Hat die Holzfeuerung Deiner Ansicht nach noch eine Daseinsberechtigung?
Wegen der Anforderungen an den Klimaschutz haben Gas- und Ölfeuerungen keine Zukunft. Nur nachwachsende, regionale regenerative Brennstoffe bieten das Potenzial für eine klimafreundlichere Energiebereitstellung. Damit Öl und Gas möglichst weitgehend durch regenerative Energieträger ersetzt werden können, müssen die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, mit dem Ziel einer nahezu emissionsfreien Wärmeerzeugung aus Biomassefeuerungen, weiter vorangetrieben werden. Gerade dezentrale Holzfeuerungen im häuslichen Bereich, in Kombination mit anderen erneuerbaren Energiequellen wie der mit grünem Strom betriebenen Wärmepumpe oder auch Solarthermie, sind zukunftsfähig. Holzfeuerungen können aber nur dann zukünftig klimaneutral eingesetzt werden, wenn zusätzlich eine umweltgerechte und nachhaltige Ressourcennutzung des Waldes sichergestellt wird. Die Erhaltung naturnaher Wälder und der Biodiversität sowie nachhaltiger Forstwirtschaft muss dabei Vorrang haben.
Wichtig ist zudem, dass die Menschen ihren Holzofen möglichst effizient und emissionsarm betreiben, was nur möglich ist, wenn die richtige Betriebsweise erlernt wurde. Die Einweisung und Schulung der Menschen ist dafür notwendig. Hier kann im Zeitalter der Digitalisierung eine große Reichweite durch Online-Schulungsplattformen, wie der Ofenakademie, erreicht werden. Ich wünsche mir, dass der digitale Ofenführerschein zeitnah den Menschen zur Verfügung steht, um vor allem die sehr zahlreichen Bürgerinnen und Bürger mit Bestandsanlagen umfassend erreichen zu können. Aber auch für neue Anlagen mit komplexer Technik, müssen Informationen den Menschen zur richtigen Betriebsweise zur Verfügung gestellt werden,
Nur nachwachsende, regionale regenerative Brennstoffe bieten das Potenzial für eine klimafreundlichere Energiebereitstellung.
damit die Schadstoffmengen aus häuslichen Holzfeuerungen bereits in den kommenden 1 bis 2 Jahren umfassend gemindert werden können. Das eine Schulung einen hohes Schadstoffminderungspotenzial hat, wurde erst vor wenigen Wochen in einem Forschungsprojekt, beauftragt durch das Umweltbundesamt, nachgewiesen. Jetzt gilt es, diese Erkenntnisse möglichst vielen Menschen mit Holzfeuerungen vor der nächsten Heizperiode im Herbst 2023 zur Verfügung zu stellen, was eigentlich nur über digitale Schulungskanäle möglich erscheint.
Hat die Holzfeuerung Deiner Ansicht nach noch eine Daseinsberechtigung?
Wegen der Anforderungen an den Klimaschutz haben Gas- und Ölfeuerungen keine Zukunft. Nur nachwachsende, regionale regenerative Brennstoffe bieten das Potenzial für eine klimafreundlichere Energiebereitstellung. Damit Öl und Gas möglichst weitgehend durch regenerative Energieträger ersetzt werden können, müssen die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, mit dem Ziel einer nahezu emissionsfreien Wärmeerzeugung aus Biomassefeuerungen, weiter vorangetrieben werden. Gerade dezentrale Holzfeuerungen im häuslichen Bereich, in Kombination mit anderen erneuerbaren Energiequellen wie der mit grünem Strom betriebenen Wärmepumpe oder auch Solarthermie, sind zukunftsfähig. Holzfeuerungen können aber nur dann zukünftig klimaneutral eingesetzt werden, wenn zusätzlich eine umweltgerechte und nachhaltige Ressourcennutzung des Waldes sichergestellt wird. Die Erhaltung naturnaher Wälder und der Biodiversität sowie nachhaltiger Forstwirtschaft muss dabei Vorrang haben.
Nur nachwachsende, regionale regenerative Brennstoffe bieten das Potenzial für eine klimafreundlichere Energiebereitstellung.
Wichtig ist zudem, dass die Menschen ihren Holzofen möglichst effizient und emissionsarm betreiben, was nur möglich ist, wenn die richtige Betriebsweise erlernt wurde. Die Einweisung und Schulung der Menschen ist dafür notwendig. Hier kann im Zeitalter der Digitalisierung eine große Reichweite durch Online-Schulungsplattformen, wie der Ofenakademie, erreicht werden. Ich wünsche mir, dass der digitale Ofenführerschein zeitnah den Menschen zur Verfügung steht, um vor allem die sehr zahlreichen Bürgerinnen und Bürger mit Bestandsanlagen umfassend erreichen zu können. Aber auch für neue Anlagen mit komplexer Technik, müssen Informationen den Menschen zur richtigen Betriebsweise zur Verfügung gestellt werden, damit die Schadstoffmengen aus häuslichen Holzfeuerungen bereits in den kommenden 1 bis 2 Jahren umfassend gemindert werden können. Das eine Schulung einen hohes Schadstoffminderungspotenzial hat, wurde erst vor wenigen Wochen in einem Forschungsprojekt, beauftragt durch das Umweltbundesamt, nachgewiesen. Jetzt gilt es, diese Erkenntnisse möglichst vielen Menschen mit Holzfeuerungen vor der nächsten Heizperiode im Herbst 2023 zur Verfügung zu stellen, was eigentlich nur über digitale Schulungskanäle möglich erscheint.
