Der SCR-Katalysator

Ein heißes Thema, das die Biogas-Branche nicht nur momentan, sondern ganz sicher auch in den nächsten Jahren beschäftigen wird: Emissionen. Die Grenzwerte für BHKWs werden in Zukunft strenger geregelt sein. Bereits seit Dezember 2018 sollte die 44. Bundesimmissionsschutz-Verordnung (BImSchV) in Kraft getreten sein, die Verabschiedung im Bundesrat wurde allerdings auf frühestens März oder April 2019 verschoben. Dennoch sollen die neu eingeführten Grenzwerte für Gesamtkohlenstoff, Gesamtstaub und Ammoniak sowie die verschärften Grenzwerte für Kohlenstoffmonoxid, Formaldehyd und Stickoxide (NOx) rückwirkend zum 20. Dezember 2018 gelten. Für Sie als Betreiber könnten insbesondere die NOx-Grenzwerte heikel werden – auf Dauer sind diese nur mit einem SCR-Abgasnachbehandlungssystem einzuhalten. Alles, was Sie jetzt schon über den SCR-Katalysator wissen sollten, erfahren Sie in diesem Blogbeitrag.

Ab wann kommt der SCR-Katalysator für Biogasanlagen?

Hier muss zwischen Neuanlagen und Bestandsanlagen unterschieden werden.

Neuanlagen – sprich alle Anlagen, die nach dem 20.12.2018 in Betrieb genommen worden sind beziehungsweise in Betrieb genommen werden – müssen ab dem Jahr 2023 einen NOx-Wert von 100 mg/Nm3 einhalten. Dieser Grenzwert ist ganz klar nur mit einem SCR-Katalysator zu erreichen. Wer jetzt eine Neuanlage beispielsweise bei einer Flexibilisierung plant, sollte dies unbedingt bereits miteinplanen.

Für Bestandsanlagen – also alle Anlagen, die vor dem 20.12.2018 in Betrieb genommen wurden – gelten bislang noch NOx-Grenzwerte von 500 mg/m3. Diese können und werden aktuell noch innermotorisch erreicht. Erst ab dem Jahr 2029 reduzieren sich die Grenzwerte ebenfalls wie bei Neuanlagen auf 100 mg/m3, was ebenfalls nur mit einem SCR-Kat einzuhalten sein wird. Dann wird eine Nachrüstung erforderlich – ob sich diese dann lohnt (falls das BHKW weiter betrieben wird), muss im Einzelfall entschieden werden.

Wie funktioniert ein SCR-Kat?

SCR-Katalysatoren reduzieren Stickoxide, indem eine Harnstofflösung in das heiße Abgas eingesprüht wird. Dieses zerfällt bei genügend hohen Temperaturen und gibt Ammoniak frei, das mit Stickoxiden zu neutralem Stickstoff und Wasser reagiert. Weitere Emissionen wie Kohlenmonoxid und Formaldehyd werden im Oxidationskatalysator auf den entsprechenden Grenzwert reduziert.

Die SCR-Technologie wird in Zukunft zum Standard bei Biogasanlagen werden, denn die Reduktion von Stickoxiden wird unbedingt notwendig werden. Doch warum sind Stickoxide so in den Fokus geraten? Fangen wir damit an, was Stickoxide überhaupt sind: mit diesem Begriff werden die beiden Stickoxide Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) zusammengefasst. Sie entstehen bei einer endothermen Reaktion, sprich beim Verbrennungsvorgang im Motor. Die Folgen von erhöhten Stickoxid-Werten in der Luft sind beim Menschen unter anderem Reizung und Schädigung der Atmungsorgane. Außerdem werden Stickoxide für sauren Regen verantwortlich gemacht sowie dafür, dass sie auch zum Abbau der Ozonschicht beitragen. Somit gelten Stickoxide als Luftschadstoffe.

In den frühen 90er Jahren wurde der Großteil der NOx-Emissionen vom Verkehr verursacht. Grenzwerte und Abgasnormen reduzierten diese Emissionen stetig. Da die neuesten Abgasnormen für den Verkehr die der stationären Motoren zur Stromerzeugung unterschreiten werden, ist es nur logisch und konsequent, dass diese „nachziehen“. Auch die stetig zunehmende Anzahl dieser dezentralen Motoraggregate hat sie bezüglich der Grenzwerte für Luftschadstoffe weiter in den Fokus gerückt.

In jedem Fall hat der Betreiber einer Anlage Nachweise über die dauerhafte Einhaltung der Emissionsgrenzwerte für Stickstoffoxide zu führen, beispielsweise über den kontinuierlichen effektiven Betrieb der Abgasreinigungseinrichtung. Die Emissionen im Abgas sind mit geeigneten Messeinrichtungen zu überwachen. Sobald der 44. BImSchV durch den Bundesrat offiziell zugestimmt wird, gilt die Regelung rückwirkend zum 20. Dezember 2018.

Auch die maximalen Ammoniak-Grenzwerte müssen Sie im Blick behalten – denn der Ammoniak-Gehalt im Abgas hängt von der exakten Dosierung der eingespritzten Harnstoffmenge ab. Achten Sie deshalb darauf, dass Ihr geplantes SCR-System vollständig selbstregelnd ist.

Aus welchen Komponenten besteht ein SCR-Kat?

Ein SCR-Katalysator besteht aus einer Eindüs- und Mischstrecke. Dieses Edelstahlrohr wird auf der heißen Seite in den Abgastrakt eingebaut, also vor dem Abgaswärmetauscher. Nach der Mischstrecke im Abgastrakt ist die eigentliche Katalysatorkammer eingebaut, in der der SCR-Katalysator eingebaut ist. Außerdem gibt es einen Harnstofftlagertank. Dieser muss regelmäßig mit Harnstofflösung befüllt werden – wie oft, hängt von Größe, Verbrauch und Betriebsstundenanzahl ab. Aufgestellt werden sollte dieser Tank entweder in einem frostfreien Raum oder mit Begleitheizung in einem Lagercontainer. Mittlerweile gibt es auch die Möglichkeit, einen Tank zu wählen, der für eine direkte Aufstellung im Freien ausgelegt ist – mit entsprechender Isolierung und Begleitheizung. Des weiteren gehören eine Dosierstation (um die Dosierung zu steuern), eine Pumpe zum Dosieren und Eindüsen, ein Druckluftkompressor (um die Harnstoffleitungen bei Stillstand freiblasen zu können) sowie eine Sensorik zum Messen der NOx- und Ammoniak-Werte und der Temperatur dazu.

Worauf ist zu achten, wenn ein SCR-Kat eingebaut bzw. nachgerüstet wird?

Bei einer Neuanlage

Wenn Sie jetzt bauen beziehungsweise eine Flexibilisierung Ihrer bestehenden Anlage vorhaben, sollten Sie den SCR-Katalysator gleich bei der Planung berücksichtigen und den entsprechenden Platzbedarf vorsehen.

Die sogenannte erste Ausbaustufe kann dann beim Bau bereits realisiert werden. Hierbei werden die Eindüs- und Mischstrecke sowie das Katalysatorgehäuse bereits in den Abgastrakt verbaut. Das Gehäuse wird mit üblichem Oxi-Kat-Material gefüllt. Ab 2023 kann dann in der zweiten Ausbaustufe die restliche Hard- und Software nachgerüstet werden. Auch dafür sollte gleich bei der Planung ein Platz beziehungsweise eine Aufstellfläche vorgehalten werden – selbst wenn sich diese an einer Wandfläche von circa einem Quadratmeter gut unterbringen lässt. Wichtig: Der Abstand von der Dosierstation zur Eindüslanze am Abgastrakt darf maximal vier Meter betragen!

Wenn Sie von Vorneherein an all diese Dinge denken, sind dann keine unnötigen und kostspieligen Umbauten beziehungsweise Nachrüstungen am Abgastrakt nötig, um die Grenzwerte einzuhalten.

Bei einer Bestandsanlage

Eine Nachrüstung ist prinzipiell bei jeder Anlage möglich – allerdings würde dies zusätzliche Kosten und auch zusätzlichen Platzbedarf bedeuten. Da der SCR-Kat für Bestandsanlagen aber wohl erst ab 2029 ein Thema sein wird, haben Sie als Betreiber noch etwas Zeit um zu entscheiden, ob eine Nachrüstung Sinn macht. Ausnahmen aufgrund besonderer Umstände sind eventuell auf Anfrage seitens des Betreibers möglich, dürfen aber den Anforderungen der europäischem Richtlinien nicht entgegen stehen.

Sie haben noch Fragen zum SCR-Kat? Planen Sie mit uns Ihre Biogas-BHKW-Anlage und lassen Sie sich fachmännisch zum Thema SCR-Kat beraten.