Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6062

Luftschadstoffemissionen aus Feuerungsanlagen

Übersicht

Durch die Verbrennung fossiler oder biogener Brennstoffe in Feuerungsanlagen wird ein breites Spektrum an Luftschadstoffen freigesetzt, die die Umwelt in verschiedenartiger Weise beeinträchtigen können. Um effiziente Handlungsmöglichkeiten zur Reduzierung der Umweltbeeinträchtigungen aufzeigen zu können, muß die Menge der freigesetzten Luftschadstoffe möglichst exakt und detailliert bekannt sein.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Entwicklung und Anwendung von Modellen zur Ermittlung entsprechender Emissionsdaten für die Quellgruppe der Feuerungsanlagen. Betrachtet werden die Schadstoffe SO₂, NO_x, CO, VOC, BaP und Hg. Um die Emissionsdaten für atmosphärische Ausbreitungs- und chemische Umwandlungsmodelle verwenden und damit z. B. die Bildung von bodennahem Ozon untersuchen zu können, müssen die Daten eine räumliche Auflösung von 11 km² und eine zeitliche Auflösung von einer Stunde aufweisen. Ferner müssen die VOC-Emissionen stofflich aufgegliedert werden. Um die Emissionsdaten außerdem dazu verwenden zu können, Bereiche mit großem Minderungspotential zu identifizieren, müssen die Daten differenziert nach Sektoren und Brennstoffen ermittelt und ausgewiesen werden.

Neben der Betrachtung der aktuellen Emissionssituation soll eine systematische Untersuchung von Szenarien zur zukünftigen Entwicklung der Emissionen möglich sein, in die verschiedene Annahmen zur Implementierung von Emissionsminderungsmaßnahmen einfließen. Damit wird eine wichtige Voraussetzung zur Identifizierung effizienter Luftreinhaltestrategien geschaffen.

Die vorliegende Arbeit beginnt mit der Darstellung einiger Grundlagen über die Entstehung von Luftschadstoffen. Anschließend werden die wichtigsten verfügbaren Modelle zur Ermittlung der Emissionen aus Feuerungsanlagen gegenübergestellt und auf die Verwendbarkeit der Emissionsdaten hin untersucht. Dabei werden erheblich Defizite deutlich, die Auslöser zur Entwicklung eigener Modelle sind. Die selbst entwickelten Modelle enthalten weitreichende methodische Verbesserungen und Erweiterungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Ergebnisse und der flexiblen Einsatzmöglichkeiten für unterschiedliche Schadstoffe, Gebiete und Zeiträume.

Der anwendungsorientierte Teil dieser Arbeit umfaßt die Bereitstellung einer Emissionsdatenbasis für Baden-Württemberg in den Jahren 1992 und 2005. Emissionsfaktoren für das Jahr 2005 werden aus dem derzeitigen Stand der Minderungstechnik abgeleitet. Dabei werden ein Trendszenario und ein Szenario entworfen, für das zusätzliche Initiativen des Gesetzgebers und der Genehmigungs- und Aufsichtsbehörden zur Emissionsminderung angenommen werden.

Um die Möglichkeit zur Einschätzung der Zuverlässigkeit der berechneten Emissionsdaten zu geben, werden die Ursachen von Unsicherheiten während der einzelnen Schritte der Emissionsberechnung diskutiert. Gleichzeitig werden Verbesserungsmöglichkeiten für zukünftige Emissionsberechnungen aufgezeigt. Um die Plausibilität der berechneten Daten zu überprüfen, werden Vergleiche zwischen den eigenen Ergebnissen und den Ergebnissen anderer Autoren bzw. Meßergebnissen angestellt.

Air Pollutant Emissions from Firing Installations

Abstract

The combustion of fossil and biogenic fuels in firing installations causes emissions of a wide range of air pollutants which can damage environment in different ways. To reduce environmental damage emission data have to be known as exact and as detailed as possible.

The aim of this report is to develop and apply models to calculate emissions caused by firing installations. The following air pollutants are regarded: SO₂, NO_x, CO, VOC, BaP and Hg. As emission data shall be used as input data for atmospheric dispersion and chemical transformation models, they have to be calculated with a spatial resolution of 11 km² and a temporal resolution of one hour. VOC-emissions have to be calculated as emissions of several substances or substance groups. To identify source groups with a high emission reduction potential emission data have to be disaggregated into data for different sectors and fuels.

Apart from current emission data future emission data can be calculated with the models developed in this report making different assumptions about the implementation of emission control devices. Future emission data are an important tool needed to develop efficient strategies to improve air quality.

The current report starts with the description of mechanisms of air pollutant production. Afterwards, existing emission models are compared. As they do not provide emission data as exact and detailed as needed, improved models are developed in this report. They include methodical progresses and can be used much more flexibly to investigate different areas, episodes and pollutants than earlier models.

The models are applied to set up an emission data base for the federal state of Baden-Württemberg in the years 1992 and 2005. For the year 2005 two different scenarios are regarded, one representing a steady-state-scenario, the other including assumptions on tightening legal regulations. Emission factors for the scenarios are derived from the state of the art of emission control technology.

To enable the reader to assess the quality of emission data sources of uncertainties while calculating emission data are discussed. In addition to that, possible improvements for the emission models are shown. For different reasons, they could not be implemented, yet. To show the reliability of the emission data calculated within this report they are compared to emission data of other authors and to measured data, respectively.