CO- und Staubminderung mit in den Brennraum integrierten Katalysatoren

Blauer Engel für Kaminöfen; Katalysatoren sind hier ein wichtiges Hilfsmittel

Für Kaminöfen wird in 2020 das Umweltzeichen Blauer Engel eingeführt.
Durch die Einführung des Umweltzeichens Blauer Engel gibt es Kriterien für besonders emissionsarme Kaminöfen. Unter anderem werden besondere Anforderungen an die Emissionen CO, VOC und Staub gestellt.
Wenn diese Emissionen unterschritten werden und wenn Hersteller von Kaminöfen dies durch akkreditierte Prüfstellen bestätigen lassen, dann kann sich der Benutzer sicher sein, einen umweltfreundlichen Kaminofen zu erwerben, der über viele Jahre sauber betrieben werden kann.

Um die CO- und VOC-Emissionen effizient aus den Emissionen solcher Kaminöfen zu reduzieren, braucht es entsprechende Hilfsmittel wie Katalysatoren.
CO und VOC kann durch die Verbindung mit Sauerstoff zu CO2 reagieren. Bei der Verbrennung von Holz, wird dabei nur so viel CO2 freigesetzt, wie der Baum während seines Wachstums gespeichert hat.
CO-Verbindungen sind reaktionsschwache Moleküle, die nur bei sehr hohen Temperaturen mit Sauerstoff in Reaktion treten können. Die Abgase in Kaminöfen kühlen nach dem Brennraum schon sehr schnell ab und verlassen dann über das Abgasrohr den Ofen auf dem Weg zum Schornstein. Daher kann eine Reduzierung von CO / VOC nur in einer sehr heißen Umgebung stattfinden. Bei Kaminöfen ist dies der Brennraum, in dem die Temperaturen zur Reaktion des CO mit Sauerstoff hoch genug sind. Durch Zugabe von Sekundär- und Tertiärluft und auch durch den Einbau von Abgasleitblechen kann man die Reaktion von CO / VOC mit Sauerstoff im Brennraum unterstützen. Aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit der Abgase im Brennraum findet aber keine ausreichende Reaktion zwischen CO bzw. VOC und Sauerstoff statt. Die CO Verbindungen strömen ohne ausreichende Reaktion mit Sauerstoff zum Abgasrohr und verlassen die heiße Zone des Brennraumes.

Genau an diesem Problem setzt der Blue Fire Katalysator für Kaminöfen an. Durch die speziell für Holzbrand entwickelte katalytisch aktive Beschichtung bietet der Blue Fire Katalysator dem bereits abgekühlten Abgas eine Reaktionsfläche nach der heißen Brennkammer und er ermöglicht die Reaktion von CO bzw. VOC und Sauerstoff zu CO2 in einer nachgeschalteten Phase. Die CO Verbindungen durchströmen auf dem Weg zum Abgasrohr den Blue Fire Katalysator. Dabei wir die Aktivierungsenergie der CO Moleküle herabgesetzt, sodass CO bzw. VOC zur Aufnahme von Sauerstoff bereit ist, obwohl die entsprechende Temperatur der Abgase schon zu niedrig ist. Für diese erneute Reaktionsbereitschaft ist die speziell entwickelte katalytische Oberfläche des Blue Fire Katalysators verantwortlich, in die, abhängig vom Anwendungsfall, unterschiedliche Edelmetallanteile mit eingebracht werden können. Durch die Kontakte des Abgases mit der Oberfläche des Blue Fire Katalysators wird ein Großteil der vorhandenen CO Verbindungen zu CO2 umgesetzt. Voraussetzung dafür ist das Vorhandensein von Sauerstoff, den die CO Verbindungen als Reaktionspartner benötigen. Zudem muss der Einbau der Blue Fire Katalysatoren so erfolgen, dass die Abgase langsam in den Katalysator einströmen, um eine lange Reaktionszeit des Abgases mit der Katalysatoroberfläche sicherzustellen.
Der Gesetzgeber verlangt den Einbau eines Bypasses, für den Fall, dass der Katalysator blockiert wäre. Bei der Auslegung und Positionierung des Bypasses ist es sehr wichtig darauf zu achten, dass dieser vom Abgas nicht direkt durchströmt wird. Abgas, das direkt durch den Bypass entweicht, kann nicht an der Reaktion am Katalysator teilnehmen.

Neben diesen gasförmigen oxidierbaren Schadstoffen besteht zusätzlich das Problem, dass staubförmige Schadstoffe emittiert werden. Bisher gelingt es, ohne Adaption und Umbau der Feuerung, bis zu 20 % an Staub durch oxidativen katalytischen Abbau an den Katalysatoren zu mindern. Die Lösung der Blue Fire GmbH sieht daher ein mehrstufiges Katalysatorsystem vor, das sowohl Staub als auch gasförmige Emissionen signifikant verringern kann.
In der ersten Stufe werden die stark rußhaltigen Partikel zunächst zurückgehalten. Im nächsten Schritt wird in der Stufe 1 ein Teil der kohlenstoffhaltigen Bestandteile oxidativ abgebaut und dann wieder durch die Strömung aus der Stufe 1 ausgetragen, um eine Verblockung der Stufe 1 zu verhindern. In der zweiten Katalysatorstufe werden die gasförmigen Schadstoffe CO und VOC gemindert.

Um die Staubminderung integrierter Katalysatoren in Holzfeuerungen deutlich zu erhöhen, wurde ein von der Firma Blue Fire GmbH entwickeltes zweistufiges Katalysatormodul in einem einfachen und emissionsreichen Kaminofen des unteren Preissegmentes integriert und vom DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH unter simulierten Naturzugbedingungen getestet. Mit diesem zweistufigen Katalysatormodul konnten die Schadstoffe Kohlenstoffmonoxid (CO) um mehr als 80 %, Kohlenwasserstoffe (VOC) um 50 bis 70 % und Staub um mehr als 50 % gemindert werden.

Das zweistufige Katalysatormodul ist kostengünstig verfügbar und kann an verschiedene unterschiedliche Kaminofenmodelle angepasst werden.
Die Messdaten sind zum Download frei verfügbar unter https://data.mendeley.com/datasets/2xcp6rytgw/1 und wurden auf dem 9. Abscheiderfachgespräch am 21.03.2018 in Leipzig präsentiert.
Blue Fire GmbH
Die Blue Fire GmbH mit Sitz in Saterland-Ramsloh, wurde im Jahr 2015 als Joint Venture der Gesellschaften ETE EmTechEngineering GmbH aus Leipzig und der Emission Partner GmbH & Co. KG aus Ramsloh, gegründet.
Die Blue Fire GmbH entwickelt und vertreibt Katalysatoren für Holzfeuerungen jeglicher Art.
Die Herstellung der Blue Fire Katalysatoren erfolgt in der Fertigung der Muttergesellschaft Emission Partner GmbH & Co. KG in Ramsloh. Die Blue Fire GmbH verfügt aufgrund der beiden Muttergesellschaften über fundiertes Wissen in den Bereichen Feuerungstechnik, Feuerungschemie, Emissionsminderungstechnologien sowie Katalysatortechnologie und Katalysatorherstellung. Die Gesellschafter der Blue Fire GmbH haben ihr tiefgreifendes Wissen durch langjährige Berufserfahrung in Anstellungen in Forschungsinstituten, der Automobilindustrie und in der Heiztechnik erworben.
Wir beraten unsere Kunden von der ersten Idee über die Berechnung der Katalysatoren und die Festlegung der Integrationsmaßnahmen bis hin zur Konstruktionsunterstützung und der Materialauswahl oder gerne auch bis zur Erlangung einer Typenfreigabe. Unsere Kunden und deren Produkte stehen immer im Fokus unseres Handelns. Unsere Ingenieure stehen unseren Kunden mit Rat und Tat zur Seite und begleiten die Emissionsminderungsmaßnahmen, bis zum erfolgreich typengeprüften Produkt.
Auch Laboruntersuchungen und Langzeittests auf eigenen oder externen Prüfständen gehören selbstverständlich zu unserem Aufgabenspektrum. Wir führen normgerechte Nachweise der Katalysatorfunktion und belegen diese.

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