Emissionsmessungen Feinstaubquelle Kaminfeuer – wie dreckig ist es?

Spätestens zur Vorweihnachtszeit gehen in zahlreichen Wohnzimmern wieder die Kaminfeuer an. Das ist nicht nur gemütlich, sondern auch eine klimafreundlichere Wärmequelle als das Heizen mit fossilen Energieträgern. Doch der Ruß trübt die „grüne“ Bilanz des Kaminfeuers. Die Feinstaubbelastung durch unterschiedlich große Holzverbrennungsanlagen hat ein Team des Max-Planck-Instituts für Chemie untersucht.

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Max-Planck-Institut für Chemie

Mainz – Ein knisterndes Holzfeuer vermittelt Behaglichkeit. Das Heizen mit nachwachsenden Rohstoffen gilt außerdem als klimafreundlichere Alternative zu Öl- oder Gasheizungen. Deshalb steigen immer mehr Haushalte auf solche nachhaltigen Brennstoffe in Form von Scheiten, Hackschnitzeln oder Pellets um.

Bekannt ist aber auch, dass das Verbrennen von Holz mit erheblichen Feinstaubemissionen verbunden ist – selbst bei modernen Kleinfeuerungsanlagen, die den jüngsten gesetzlichen Vorgaben entsprechen. Dies verdeutlicht eine Reihe von Feldstudien des Max-Planck-Instituts für Chemie: Einfache Anlagen wie private Holzöfen führten zu einer messbaren Erhöhung der Feinstaubkonzentration in ihrem Umfeld. So verschlechterte bereits ein einzelnes Kaminfeuer die Luftqualität in der unmittelbaren Nachbarschaft deutlich. Messungen in zwei Orten im Winter ergaben sogar: Heizen mit Holz kann stärker zur lokalen Feinstaubbelastung beitragen als der Straßenverkehr.

Dass dies nicht so sein muss, belegen jedoch Messungen in der Umgebung größerer, kommunaler Anlagen: An einer solchen Anlage, die neben einer geregelten Verbrennung über ein effizientes Abgasreinigungssystem und einen hohen Schornstein verfügt, ergaben die Messungen der Forscher überhaupt keinen nachweisbaren Einfluss auf die lokale Luftqualität.

Drei Regeln für klimafreundliches Kaminfeuer

Richtig geplant kann zentrale Wärmeversorgung mittels nachwachsender Rohstoffe einen wertvollen Beitrag zu klimafreundlicherem Heizen leisten, ohne dass die Luftqualität in der Gemeinde darunter zu leiden hat. Dabei sind drei Dinge zu beachten, erklärt Dr. Frank Drewnick, der als Aerosolanalytiker eine Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Chemie (MPIC) in Mainz leitet: „Die Verbrennung muss vollständig, also möglichst geregelt und mit einem geeigneten Brennstoff, ablaufen, der Schornstein muss ausreichend hoch und die Feuerungsanlage mit einer guten Abgasreinigungstechnologie versehen sein. Dann lässt sich mit Biomasse ‚grün‘ heizen, ohne die Luft in der Umgebung unnötig zu verschmutzen.“

Studie

Luftverschmutzung auch unterhalb der Feinstaub-Grenzwerte gefährlich

Diese Bedingungen fanden Drewnick und Teamkollegin Dr. Friederike Fachinger bei einer kommunalen Holzverbrennungsanlage in einem Ort im Schwarzwald vor, wo sie einen Teil ihrer von der Europäischen Union geförderten Praxisstudie durchführten. Selbst mit ihren empfindlichen Analysemethoden konnten die Wissenschaftler bei Messungen der Schadstoffverteilung keine Verschlechterung der Luftqualität in der Umgebung nachweisen, die auf die Anlage zurückzuführen wäre. Scheitholzöfen oder offene Kamine dagegen erfüllen die genannten Bedingungen in der Regel nicht. Deshalb raten die Wissenschaftler von privaten Kaminfeuern ab.

Seine Aussagen stützt Drewnick auf Emissions- und Immissionsmessungen, die er zusammen mit der Chemikerin Fachinger an und in der Umgebung kleiner und mittelgroßer Holzverbrennungsanlagen durchgeführt hat.

Reales Heizverhalten analysiert

Wie Luftschadstoffe in der Umgebung verteilt sind, haben die beiden Forscher in zwei abgelegenen Dörfern im Hochschwarzwald und im Elsass mit 2.500 und 400 Einwohnern untersucht. In beiden Orten befindet sich eine zentrale Gemeinschafts-Verbrennungsanlage, die über Fernwärme einen Teil der Häuser beheizt. Andere Haushalte nutzen eigene Holzöfen zum Heizen mit Brennmaterial aus der unmittelbaren Umgebung.

Diese Immissionsmessungen, die die Auswirkungen der Schadstoffemissionen aus unterschiedlichen Quellen auf die Luft in der Umgebung dokumentieren, erlaubten einen besonders praxisnahen Blick. „Mit den mobilen Messungen in den Dörfern konnten wir den Zusammenhang von Emissionsgeschehen und Luftqualität unter realen Bedingungen untersuchen“, erklärt Aerosolforscherin Fachinger. „Da die Menschen nicht wussten, dass wir messen, haben sie so geheizt, wie sie eben heizen.“ So haben die Wissenschaftler beispielsweise im Sommer beobachtet, wie stark bereits ein einzelnes Kaminfeuer die Luftqualität in der unmittelbaren Nachbarschaft beeinträchtigen kann.

Brennholz lässt sich auch sauber verfeuern…

Besonders im Winter trugen die Emissionen aus Holzverbrennung stärker zur lokalen Feinstaubbelastung bei als der Straßenverkehr. Dabei waren die Quellen der Emissionen sehr ungleich verteilt: Während die Emissionen der kleineren der beiden Verbrennungsanlagen sowie der privaten Holzöfen deutlich in der Schadstoffverteilung in den Dörfern sichtbar waren, war die Abgaswolke der größeren Anlage im Dorf nicht nachweisbar. Der Grund laut den beiden Forschern: Die Anlage ist mit einem hohen Schornstein und einer besonders effizienten Abgasreinigung ausgestattet, die auch kleine Partikel abscheidet.

Insgesamt haben die Messungen bestätigt, dass die Emissionen bei unvollständiger Verbrennung, wie sie z. B. bei nicht vollständig getrocknetem Holz, beim Anfeuern oder Ausbrennen, oder bei unsachgemäßer Luftzufuhr vorkommen, deutlich erhöht sind. Einfache Verfahren zur Abgasreinigung entfernen häufig nur die größeren Schwebeteilchen. Für eine wirksame Reduzierung auch kleiner Partikel seien daher neben einer geregelten Verbrennung aufwändigere Abgasreinigungs-Methoden notwendig, die v. a. bei größeren Anlagen wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werden können, fasst Drewnick die Studienergebnisse zusammen. Mit solchen Methoden sei es durchaus möglich, sowohl klimafreundlich als auch sauber zu heizen.

Originalpublikation: Friederike Fachinger, Frank Drewnick, Stephan Borrmann: How villages contribute to their local air quality – The influence of traffic and biomass combustion-related emissions assessed by mobile mappings of PM and its components., Atmospheric Environment, Volume 263, 15 October 2021; DOI: 10.1016/j.atmosenv.2021.118648

weitere Pblikationen zum Thema: Friederike Fachinger, Frank Drewnick, Reto Gieré, Stephan Borrmann: Communal biofuel burning for district heating: Emissions and immissions from medium-sized (0.4 and 1.5 MW) facilities., Atmospheric Environment, Volume 181, May 2018, Pages 177-185; DOI: 10.1016/j.atmosenv.2018.03.014

Friederike Fachinger, Frank Drewnick, Reto Gieré, Stephan Borrmann: How the user can influence particulate emissions from residential wood and pellet stoves: Emission factors for different fuels and burning conditions., Atmospheric Environment, Volume 158, June 2017, Pages 216-226; DOI: 10.1016/j.atmosenv.2017.03.027

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