Heizen mit Holz: klimafreundlich – aber auch sauber?

Mit Biomasse heizen und die Luftqualität so wenig wie möglich beeinträchtigen: Wie das geht, haben Forschende des Max-Planck-Instituts für Chemie in einer umfassenden Studie an unterschiedlich großen Holzverbrennungsanlagen untersucht. 

6. Oktober 2021

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 beispielsweise 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 zeigten denn auch einen stärkeren Beitrag zur lokalen Feinstaubbelastung durch das Heizen mit Holz als durch den 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, konnte überhaupt kein nachweisbarer Einfluss auf die lokale Luftqualität gemessen werden.

Das mobile Aerosolforschungslabor ermöglicht Messungen unter realen Umgebungsbedingungen. Im Hochschwarzwald und im Elsass führten Forschende des Max-Planck-Instituts für Chemie umfangreiche Emissions- und Immissionsmessungen an und in der Umgebung von Holzverbrennungsanlagen durch.

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 Frank Drewnick, der als Aerosolanalytiker eine Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Chemie 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.“ 

Diese Bedingungen fanden Drewnick und Teamkollegin 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 kommt der Physiker zu der Schlussfolgerung: „Wer die Luftqualität in der eigenen Nachbarschaft nicht beeinträchtigen will, sollte auf ‚Wohlfühlfeuer‘ zu Hause verzichten.“
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. Die aus den Analysen gewonnenen Erkenntnisse mündeten in drei wissenschaftliche Publikationen.

Feldstudien belegen: Das Heizen mit privaten Holzöfen erhöht die Feinstaubkonzentration im näheren Umfeld.
 

Umfangreiche Messungen mit mobilem Forschungslabor MoLa

Alle Messungen in dieser Studie, die Teil des BIOCOMBUST Forschungsprojekts waren, wurden mit dem gleichen, sehr umfangreichen Messaufbau im mobilen Aerosolforschungslabor MoLa des Max-Planck-Instituts für Chemie durchgeführt. Daher lassen sich die Daten, die im Abgasstrom der Verbrennungsanlagen und in der Umgebung gewonnen wurden, nicht nur sehr gut vergleichen. Sie liefern in der Gesamtschau auch weitergehende Informationen, zum Beispiel zur Größe und chemischen Zusammensetzung der emittierten Partikel und wie sich diese in der Atmosphäre verändern. „Bei unvollständiger Verbrennung entstehen neben erheblichen Mengen Ruß auch unverbrannte organische Dämpfe. Nach dem Abkühlen der Abgase oder als Folge von chemischen Prozessen können diese Dämpfe in der Umgebungsluft kondensieren und bilden entweder weitere Partikel oder lassen bereits vorhandene Partikel anwachsen“, erläutert Friederike Fachinger. Dies kann zusätzlich zur Feinstaubbelastung beitragen.  

Abgelegene Dörfer im Hochschwarzwald und im Elsass als Untersuchungsorte

Wie Luftschadstoffe in der Umgebung verteilt sind, haben Drewnick und Fachinger 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. Aerosolforscherin Fachinger erläutert: „Mit den mobilen Messungen in den Dörfern konnten wir den Zusammenhang von Emissionsgeschehen und Luftqualität unter realen Bedingungen untersuchen. Da die Menschen nicht wussten, dass wir messen, haben sie so geheizt, wie sie eben heizen.“ So konnten die Forschenden beispielsweise im Sommer beobachten, wie stark bereits ein einzelnes Kaminfeuer die Luftqualität in der unmittelbaren Nachbarschaft beeinträchtigen kann.

Emissionen hängen von Brennbedingungen und Abgasreinigung ab

Vor allem 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, konnten die Max-Planck-Forscher die Abgaswolke der größeren Anlage im Dorf nicht nachweisen. Der Grund: 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 zum Beispiel 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 vor allem bei größeren Anlagen wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werden können, fasst Frank Drewnick die Studienergebnisse zusammen. Mit solchen Methoden sei es durchaus möglich, sowohl klimafreundlich als auch sauber zu heizen.

 

Die Studie wurde gefördert durch:
Interreg IV Programm Oberrhein der Europäischen Union
Projekt C35 BIOCOMBUST
 

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