Emissionsmessungen

 Biogasanlagen - Grundlagen, genehmigungsrechtliche Aspekte und Anforderungen an die Messstrecke und den Messplatz

1. Einleitung

Biogas ist einer der möglichen Energieträger der Zukunft. Man schätzt, dass dieser umweltschonende Energieträger in den nächsten 15 Jahren 20% unseres Stromverbrauchs decken kann. Bis Mitte unseres Jahrhunderts sollen sogar 50% des gesamten Energiebedarfs aus erneuerbaren Energien angestrebt werden. Die Förderung dieser Anlagen mit staatlichen Mitteln nach dem Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) hat zu einer Verdoppelung der Anlagen innerhalb der letzten 4 Jahre geführt und der Branche einen  neuen Exportschlager gebracht.

Die wichtigste Form der Biogasnutzung erfolgt heute mit wachsendem Erfolg in „Biogasanlagen“, genauer: in Verbrennungsmotoranlagen  zum Antrieb von Arbeitsmaschinen (Blockheizkraftwerke). Diese Anlagen sind genehmigungspflichtig nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz bzw. nach der 4. Bundesimmissions-schutzverordnung (4. BImSchV) und unterliegen damit der behördlichen Aufsicht

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2. Genehmigungsgrundlagen

Die Genehmigungspflicht der Anlagenart und Anlagengröße regelt die 4. BImSchV, hier Ziffer 1.2.2.2 bzw. 1.2.3.2 und / oder 8.6.3 des Anhang 1. Bei einer Feuerungswärmleistung von 1 MW (entspricht ca. 300 kW elektrischer Leistung) bis 50 MW werden die Anlagen nach dem Vereinfachten Verfahren gemäß § 19 BImSchG (ohne Öffentlichkeitsbeteiligung) genehmigt. Bei einer höherer Feuerungswärmeleistung als 50 MW werden die Anlagen nach dem Genehmigungsverfahren gemäß § 10 BImSchG (mit Öffentlichkeitsbeteiligung) genehmigt.

 

Verfahrensart:
G: Genehmigungsverfahren gemäß § 10 BImSchG (mit Öffentlichkeitsbeteiligung)
V: Vereinfachtes Verfahren gemäß § 19 BImSchG (ohne Öffentlichkeitsbeteiligung)

 

Nr.	Anlagenbeschreibung	Verfahrensart	Anlage gemäß Art. 10 der RL 2010/75/EU
1.2.	Anlagen zur Erzeugung von Strom, Dampf, Warmwasser, Prozesswärme oder erhitztem Abgas in einer Verbrennungseinrichtung (wie Kraftwerk, Heizkraftwerk, Heizwerk, Gasturbinenanlage, Verbrennungsmotoranlage, sonstige Feuerungsanlage), einschließlich zugehöriger Dampfkessel, ausgenommen Verbrennungsmotoranlagen für Bohranlagen und Notstromaggregate, durch den Einsatz von
1.2.2	gasförmigen Brennstoffen (insbesondere Koksofengas, Grubengas, Stahlgas, Raffineriegas, Synthesegas, Erdölgas aus der Tertiärförderung von Erdöl, Klärgas, Biogas), ausgenommen naturbelassenem Erdgas, Flüssiggas, Gasen der öffentlichen Gasversorgung oder Wasserstoff, mit einer Feuerungswärmeleistung von
1.2.2.2	1 Megawatt bis weniger als 10 Megawatt, bei Verbrennungsmotoranlagen	V
1.2.3	Heizöl EL, Dieselkraftstoff, Methanol, Ethanol, naturbelassenen Pflanzenölen oder Pflanzenölmethylestern, naturbelassenem Erdgas,Flüssiggas, Gasen der öffentlichen Gasversorgung oder Wasserstoff mit einer Feuerungswärmeleistung von
1.2.3.2	1 Megawatt bis weniger als 20 Megawatt, bei Verbrennungsmotoranlagen
8.6	Anlagen zur biologischen Behandlung von
8.6.3	Gülle, soweit die Behandlung ausschließlich zur Verwertung durch anaerobe Vergärung (Biogaserzeugung) erfolgt, mit einerDurchsatzkapazität von
8.6.3.2	weniger als 100 Tonnen je Tag, soweit die Produktionskapazität von Rohgas 1,2 Mio. Normkubikmetern je Jahr oder mehr beträgt	V

 

 

Man unterscheidet zwischen reinen Gasmotoren und so genannten Zündstrahlmotoren, die auch mit flüssigen Brennstoffen laufen können. Die Begrenzung der Emissionen sind in der TA Luft, Ziffer 5.4.1.4 festgelegt, wobei für die verschiedenen Anlagentypen Grenzwerte für die Komponenten Gesamtstaub (einschließlich Anteile krebserzeugender und reproduktionstoxischer Stoffe) Kohlenmonoxid , Stickoxide, Schwefeloxide und Formaldehyd einzuhalten sind. Von den Genehmigungsbehörden werden teilweise auch Messauflagen für die Komponenten Chlor- und Fluorwasserstoff sowie für Gesamt-Kohlenstoff erteilt.

 

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Tabelle 2: TA Luft, Emissionsgrenzwerte

5.4.1.4	Anlagen der Nummer 1.4: Verbrennungsmotoranlagen (einschließlich Verbrennungsmotoranlagen der Nummern 1.1 und 1.2)
	Bezugsgröße:  Die Emissionswerte beziehen sich auf einen Volumengehalt an Sauerstoff im Abgas von 5 vom Hundert.   Massenströme: Die in Nummer 5.2 festgelegten Massenströme finden keine Anwendung.
	Gesamtstaub, einschließlich der Anteile an krebserzeugenden, erbgutverändernden oder reproduktionstoxischen Stoffen Die staubförmigen Emissionen im Abgas von Selbstzündungsmotoren, die mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden, dürfen als Mindestanforderung die Massenkonzentration 20 mg/m3 nicht überschreiten. Die staubförmigen Emissionen im Abgas dürfen bei Verbrennungsmotoranlagen, die ausschließlich dem Notantrieb dienen oder bis zu 300 Stunden je Jahr zur Abdeckung der Spitzenlast (z. B. bei der Stromerzeugung, der Gas- oder Wasserversorgung) betrieben werden, als Mindestanforderung die Massenkonzentration 80 mg/m3 nicht überschreiten. Die Möglichkeiten, die Emissionen durch motorische und andere dem Stand der Technik entsprechende Maßnahmen weiter zu vermindern, sind auszuschöpfen.
	Kohlenmonoxid Die Emissionen an Kohlenmonoxid im Abgas dürfen folgende Massenkonzentrationen nicht überschreiten:
a)	bei Selbstzündungsmotoren und Fremdzündungsmotoren, die mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden, sowie bei Selbstzündungsmotoren (Zündstrahlmotoren) und Fremdzündungsmotoren, die mit gasförmigen Brennstoffen, ausgenommen Biogas, Klärgas oder Grubengas, betrieben werden,	0,30 g/m³,
b)	bei Fremdzündungsmotoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von
	aa) 3 MW oder mehr	0,65 g/m³,
	bb) weniger als 3 MW	1,0 g/m³,
c)	bei Fremdzündungsmotoren, die mit Grubengas betrieben werden,	0,65 g/m³,
d)	bei Zündstrahlmotoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von
	aa) 3 MW oder mehr	0,65 g/m³,
	bb) weniger als 3 MW	2,0 g/m³
	Bei Einsatz von Biogas, Klärgas oder Grubengas sind die Möglichkeiten, die Emissionen an Kohlenmonoxid durch motorische und andere dem Stand der Technik entsprechende Maßnahmen weiter zu vermindern, auszuschöpfen. Die Emissionswerte für Kohlenmonoxid finden keine Anwendung bei Verbrennungsmotoranlagen, die ausschließlich dem Notantrieb dienen oder bis zu 300 Stunden je Jahr zur Abdeckung der Spitzenlast (z. B. bei der Stromerzeugung, der Gas- oder Wasserversorgung) betrieben werden; die Möglichkeiten der Emissionsminderung durch motorische Maßnahmen sind auszuschöpfen.
	Stickstoffoxide Die Emissionen an Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid im Abgas dürfen folgende Massenkonzentrationen, angegeben als Stickstoffdioxid, nicht überschreiten:
a)	bei Selbstzündungsmotoren, die mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von
	aa) 3 MW oder mehr	0,50 g/m3,
	bb) weniger als 3 MW	1,0 g/m3,
b)	bei gasbetriebenen Selbstzündungsmotoren (Zündstrahlmotoren) und Fremdzündungsmotoren
	aa) bei Zündstrahlmotoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden, mit einer Feuerungswärmeleistung von
	- 3 MW oder mehr	0,50 g/m3,
	- weniger als 3 MW	1,0 g/m3,
	bb) bei Magergasmotoren und anderen Viertakt-Otto-Motoren, die mit Biogas oder Klärgas betrieben werden,	0,50 g/m3,
	cc) bei Zündstrahlmotoren und Magergasmotoren, die mit sonstigen gasförmigen Brennstoffen betrieben werden,	0,50 g/m3,
c)	bei sonstigen Viertakt-Otto-Motoren	0,25 g/m3,
d)	bei Zweitaktmotoren	0,80 g/m3
	Bei Einsatz von Biogas oder Klärgas in Zündstrahlmotoren mit einer Feuerungswärmeleistung von weniger als 3 MW sind die Möglichkeiten, die Emissionen an Stickstoffoxiden durch motorische Maßnahmen weiter zu vermindern, auszuschöpfen. Die Emissionswerte für Stickstoffoxide finden keine Anwendung bei Verbrennungsmotoranlagen, die ausschließlich dem Notantrieb dienen oder bis zu 300 Stunden je Jahr zur Abdeckung der Spitzenlast (z.B. bei der Stromerzeugung, der Gas- oder Wasserversorgung) betrieben werden.
	Schwefeloxide Bei Einsatz flüssiger mineralischer Brennstoffe dürfen nur Heizöle nach DIN 51603 Teil 1 (Ausgabe März 1998) mit einem Massengehalt an Schwefel für leichtes Heizöl nach der 3. BImSchV, in der jeweils gültigen Fassung, oder Dieselkraftstoffe mit einem Massengehalt an Schwefel nach der 3. BImSchV, in der jeweils gültigen Fassung, verwendet werden oder es sind gleichwertige Maßnahmen zur Emissionsminderung anzuwenden. Bei Einsatz gasförmiger Brennstoffe gelten die Anforderungen der Nummer 5.4.1.2.3 mit der Maßgabe, dass auf einen Bezugssauerstoffgehalt im Abgas von 5 vom Hundert umzurechnen ist. Bei Einsatz von Biogas oder Klärgas sind die Möglichkeiten, die Emissionen an Schwefeloxiden durch primärseitige Maßnahmen nach dem Stand der Technik (Gasreinigung) weiter zu vermindern, auszuschöpfen .
	Organische Stoffe Die Emissionen an Formaldehyd im Abgas dürfen die Massenkonzentration 60 mg/m3 nicht überschreiten. Für die Emissionen an sonstigen organischen Stoffen finden die Anforderungen der Nummer 5.2.5 keine Anwendung. Die Möglichkeiten, die Emissionen an organischen Stoffen durch motorische und andere dem Stand der Technik entsprechende Maßnahmen, weiter zu vermindern, sind auszuschöpfen.

 

Darüber hinaus wird die Vollzugsempfehlung des LAI vom 09.12.2015 zusehens von den Bundesländern bzw. den zuständigen Aufsichtsbehörden umgesetzt.

Tabelle zur Vollzugsempfehlung Formaldehyd wegen der Neueinstufung von Formaldehyd Stand 09.12.2015

4. BImSchV Nr.	Anlagenbeschreibung	Emissionswert [mg/m3]
1.1/1.2.2/ 1.2.3/ 1.4.1/1.4.2	Zündstrahl- oder Magermotoren, die mit Biogas, Erdgas, Grubengas oder Klärgas betrieben werden und nach dem Inkrafttreten der Vollzugsempfehlung errichtet werden Altanlagen Zündstrahl- oder Magermotoren, die mit Biogas , Erdgas, Grubengas oder Klärgas betrieben werden und Emissionswerte > 40 mg/m³ aufweisen, sollen einen Emissionswert von 30 mg/m³ spätestens ab dem 05.02.2018 einhalten; Zündstrahl- oder Magermotoren, die mit Biogas, Erdgas, Klärgas oder Grubengas betrieben werden und Emissionswerte ≤40 mg/m³ aufweisen, sollen einen Emissionswert von 30 mg/m³ spätestens ab dem 05.02.2019 einhalten; Die für die Festlegung der Sanierungsfrist heranzuziehenden Messwerte sollen möglichst aktuell und mit Datum des Inkrafttretens dieser Vollzugsempfehlung nicht älter als ein Jahr sein. Messung und Überwachung der Emissionen : Anlagen mit Biogas, Erdgas, Grubengas oder Klärgas Für Formaldehyd, Stickstoffoxide und Kohlenstoffmonoxid sollen jährlich wiederkehrende Einzelmessungen gefordert werden.	30	ab 01.01.2020 20

Begründung für die Vollzugsempfehlung für Formaldehyd vom 09.12.2015

Das „Committee for Risk Assessment“ (RAC) der Europäische Chemikalienagentur (ECHA) hat der EU-Kommission vorgeschlagen, Formaldehyd entsprechend den aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen neu einzustufen. Die EU-Kommission ist dem RAC nun gefolgt und hat Formaldehyd mit der Verordnung (EU) Nr. 605/2014 der Kommission vom
5. Juni 2014 zur Änderung der Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 rechtskräftig als „wahrscheinlich beim Menschen karzinogen“ in die Gefahrenkategorie Carc. 1B eingestuft.

Formaldehyd ist demnach mit dem Gefahrenhinweis „H350: Kann Krebs erzeugen“ zu kennzeichnen. Nach der Verordnung (EU) 2015/491 der Kommission vom 23. März 2015 zur Änderung der Verordnung (EU) Nr. 605/2014 tritt die Neueinstufung von Formaldehyd am 01.01.2016 in Kraft.

Formaldehyd ist bisher als organischer Stoff der Klasse I nach Nr. 5.2.5 (Anhang 4) der TA Luft 2002 eingestuft. Für einzelne Anlagenarten werden in Nr. 5.4 TA Luft 2002 abweichende Emissionsbegrenzungen zugelassen. Diese Einstufung ist durch die Neueinstufung der EU nicht mehr aktuell. Gemäß Nr. 5.2.7.1.1 sind karzinogene Stoffe, die nicht namentlich aufgeführt sind, den Klassen zuzuordnen, deren Stoffen sie in ihrer Wirkungsstärke am nächsten stehen. Durch die neue Einstufung von Formaldehyd war zu prüfen, welcher Klasse der karzinogenen Stoffe Formaldehyd zugeordnet werden kann.
Dabei hat sich bei der Bewertung der Wirkung herausgestellt, dass Formaldehyd ein karzinogener Stoff mit besonderen Eigenschaften ist. Für ihn wird eine für Karzinogene untypische Wirkschwelle angenommen. Deshalb kann Formaldehyd keiner der Klassen der Nr. 5.2.7.1.1 der TA Luft 2002 zugeordnet werden. Für Formaldehyd sollte künftig aufgrund der vermuteten Wirkschwelle und der nachgewiesenen Wirkungsstärke ein separater allgemeiner Emissionswert eingeführt werden.

 

Die LAI legt hiermit in Verbindung mit dem grundsätzlich geltenden Minimierungsgebot für die Emissionen karzinogener Stoffe für Formaldehyd eine Vollzugsempfehlung vor, wonach die Emissionen an Formaldehyd im Abgas gemäß Nr. 5.2.7.1.1 den Massenstrom 12,5 g/h oder die Massenkonzentration 5 mg/m³ nicht überschreiten dürfen.

Für bestimmte Anlagenarten können in Anlehnung an Nr. 5.2.7.1.1 TA Luft abweichende Regelungen getroffen werden, sofern die zuvor genannten Emissionswerte nicht mit verhältnismäßigem Aufwand eingehalten werden können.
Hierzu war festzustellen, welche Branchen in welchem Maße von einer Umstufung und Absenkung eines Grenzwertes betroffen sind. Dazu wurden Daten bei betroffenen Industrieverbänden bzw. Betreibern angefragt. Einige Verbände veranlassten kurzfristige Messprogramme. Sofern diese Ergebnisse vorlagen, wurden sie bei der Festlegung der nachstehend genannten besonderen Regelungen für Formaldehyd berücksichtigt. Zusätzlich wurden die Länder für relevante Anlagenarten um Daten über Formaldehydemissionen gebeten. Insgesamt haben die Länder rund 2000 Datensätze berichtet.
Die Daten zeigen, dass einige Anlagenarten einen Emissionswert von 1 mg Formaldehyd/m3 einhalten können. Viele Anlagenarten können Formaldehydemissionswerte von kleiner 5 mg/m3 sicher einhalten. Wenige Anlagenarten können den Formaldehydemissionswert von 5 mg/m3 nicht, oder nicht sicher einhalten.

 

Für diese Anlagenarten werden auf Grundlage der vorliegenden Daten und unter Abwägung des Gefahrenpotentials von Formaldehyd und unter Beachtung des Grundsatzes der Verhältnismäßigkeit die in der Tabelle in Anhang 1 angegebenen Emissionswerte für vorgeschlagen.

3. Durchführung von Emissionsmessungen

A)  Allgemeines

In den folgenden Ausführungen wird beschrieben, was der Betreiber von Blockheizkraftwerken im Zusammenhang mit den notwendigen Emissionsmessungen zu beachten hat. Dies sind insbesondere die Pflichten des Betreibers, die sich aus gesetzlichen Vorschriften und den dazu gehörigen Richtlinien ergeben.

 

Die Emissionsmessungen müssen nach Maßgabe der Nebenbestimmungen des Genehmigungsbescheides, entsprechend § 12 Bundesimmissionschutzgesetz  (BImSchG), durchgeführt werden. Die einzelnen Auflagen sind dem Bescheid zu entnehmen. Die Erfüllung dieser Auflagen ist die Voraussetzung für einen genehmigten Betrieb.

B)  Wann müssen die Emissionsmessungen durchgeführt werden? 

Die Messungen müssen i.d.R. frühestens 3 und spätestens 6 Monate nach Inbetriebnahme durchgeführt werden. Danach müssen Wiederholungsmessungen alle 3 Jahre durchgeführt werden (vgl. § 28 BImSchG).

Gem. der o.g. Vollzugsempfehlung des LAI sollen für die Parameter Kohlenmonoxid, Stickstoffoxide und Formaldehyd jährliche Messungen erfolgen.

Sollte es dem Betreiber nicht  möglich sein, diese Messungen rechtzeitig zu veranlassen, so sollte er sich unbedingt mit der Genehmigungsbehörde in Verbindung setzen.

C)  Wer kann diese Messungen durchführen? 

Alle im jeweiligen Bundesland behördlich anerkannten (d.h. notifizierten) Messstellen nach §§ 29b BImSchG können diese Messungen durchführen. Die chemlab GmbH ist eine zugelassene Messstelle und bundesweit messtechnisch aktiv. 

D)  Welche technischen Voraussetzungen muss ein Messplatz am Abgaskamin erfüllen?

Die Gestaltung eines normgerechten Messplatzes ist  in der EN 13284- 1 und der DIN EN 15259 beschrieben.  Hinweise finden sich weiterhin in der Regel im Genehmigungsbescheid. Danach sind mindestens folgende Dinge vom Betreiber zu beachten:

 

• Es muss eine ausreichend große und gesicherte Arbeitsbühne an dem Messplatz eingerichtet sein
• Es muss eine ausreichende Zahl von Messöffnungen vorhanden sein 
• Die Ausführung der Messstutzen soll mindestens 2-Zoll Innengewinde besitzen, die am Abgaskamin um 90° und etwas in der Höhe versetzt sind (siehe Abbildung) 
• Die Lage der Messstutzen soll im Abgasrohr oder am Kamin so angebracht sein, dass die ungestörte Beruhigungsstrecke mindestens 5xd vor und 2xd (d =  Durchmesser des Abgasrohres) nach der Messöffnung beträgt (siehe Abbildung)
  
  

Abbildung:  Ausführung des Messplatzes  (schematisch)

Die Messöffnungen können auch im horizontalen Abgasrohr installiert werden, wenn die Anforderungen der EN 13284- 1 und der DIN EN 15259 erfüllt werden.

 

 

E) Was muss noch berücksichtigt werden?

Die Emissionsmessungen müssen repräsentativ sein, d.h. außer eine fachgerechten Messdurchführung (Aufgabe des Messinstitutes) muss die Anlage während der Messung mit den genehmigten Betriebszuständen und der genehmigten Kapazität betrieben werden (Aufgabe des Betreibers).

Vor der Messung muss ein detaillierter Messplan nach VDI 2448, Blatt 1, erstellt werden, der mit den zuständigen Behörden abzustimmen ist. Auch hierum kümmert sich das Messinstitut.

Die Beachtung aller hier beschriebenen Punkte gewährleistet eine reibungslose Zusammenarbeit zwischen Betreiber und Messinstitut und vermeidet Rückfragen oder Nachforderungen von den Behörden.

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letzte Änderung 17.04.2018