"Betreiber müssen sich vorbereiten"

Bei den Stadtwerken Lutherstadt Wittenberg laufen seit 2018 mehrere Blockheizkraftwerke mit Lambda-1-Motoren. Dabei erneuerten die Stadtwerke zwischen Mai und Oktober 2018 auch fast die komplette Anlagenperipherie des Kraftwerks und der Fernwärmeerzeugung in der Berliner Straße. Den Zuschlag für die Anlage erhielt damals die S&L Energie-Projekte GmbH, eine Gesellschaft der Storm-Gruppe.

Ein wesentlicher Punkt, warum sich der Versorger für Lambda-1-Motoren entschied, waren die Emissionsgrenzwerte. Diese sind mit einem Lambda-1-Motor leichter einzuhalten als mit Mager- oder Turbomotoren. Mit der 44. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchV) liegt der Grenzwert nun bei 1.300 mg/m³ für Magermotoren und bei 300 mg/m³ für Lambda-1-Motoren, im Heizkraftwerk in der Berliner Straße liegt der vertraglich festgelegte Wert bei 150 mg/m³ und der gemessene gerade mal bei 100 mg/m³.

Die 44. BImSchV war auch ein wesentliches Thema bei einer BHKW-Betreiber- und Planertagung Ende Mai in Wittenberg unter dem Motto „FIT 4 44“, die von der S&L Energie-Projekte GmbH veranstaltet wurde. Was genau ist ab wann zu beachten und wie können die neuen Grenzwerte eingehalten werden? Gibt es Alternativen zur Emissionsminderung mittels SCR-Anlage? Was bedeuten die neuen Grenzwerte beim Methanschlupf?

Das waren Fragen der Teilnehmenden, mehrheitlich aus dem Stadtwerkeumfeld, auf der Tagung. Die Referenten, darunter Thomas Grabe, technischer Leiter der Stadtwerke Lutherstadt Wittenberg, und Anja Nowack vom Umweltbundesamt erläuterten Vor- und Nachteile der Lamda-1-Motoren sowie Details zur 44. BImSchV. Ebenfalls vorgestellt wurden weiter Beispiele, wie Betreiber möglichst niedrige Emissionswerte erreichen.

Übergangsfristen in der 44. BImSchV für BHKW-Anlagen 

Insbesondere die Alternative Lambda-1-Motor stand im Fokus. Solche Lambda-1-Motoren − wie sie auch in Wittenberg eingesetzt werden − sind zwar nicht neu, aber in den vergangenen Jahrzehnten seltener verbaut worden. Sie „wurden ab den 1990er-Jahren vom Turbolader verdrängt“, erläuterte Raimund Dieckmann, Geschäftsführer bei der S&L Energie-Projekte.

Der elektrische Wirkungsgrad turbogeladener Magermotoren ließ sich gut optimieren, und zwar so, dass auch der Brennstoffverbrauch zurückging. Die EEG-Förderung verstärkte den Trend zusätzlich in Deutschland. Fast vollständig verdrängt am Markt wurden dadurch Lambda-1-Motoren, die nicht so extrem optimiert werden können, etwa in Bezug auf die spezifische elektrische Leistung. Allerdings könnten solche Motoren nun Vorteile für Anlagenbetreiber wie Stadtwerke und Energiedienstleister bieten − insbesondere in Bezug auf Emissionsgrenzwerte.

Die 44. BImSchV ist zwar bereits seit 2019 in Kraft. Die geforderten niedrigeren Emissionsgrenzwerte treten allerdings erst nach und nach in Kraft. Ab 2025 gelten neue Grenzwerte für NOX- und THC-Emissionen − also beim Stickstoffoxid- und Kohlenwasserstoffausstoß. „Die Betreiber müssen sich auf neue Grenzwerte vorbereiten“, sagte Raimund Dieckmann. Auch wenn bei Bestandsanlagen etwa für NOX noch eine Übergangsfrist bis zum 1. Januar 2029 läuft, heißt das: Es besteht trotzdem Handlungsbedarf für BHKW-Betreiber und Planer, um ihre Anlagen darauf auszurichten.

Die Verordnung setzt eine EU-Richtlinie um. Die Thematik Methanschlupf wird aufgrund internationaler Abkommen dabei immer wichtiger, sagte Anja Nowack vom Bundesumweltamt als Referentin in Wittenberg. Weil Methan eine stärkere Treibhausgaswirkung als CO2 hat, müsse ein Austreten des Gases in die Atmosphäre unbedingt verhindert werden. Daher ist in der 44. BImSchV erstmals ein Grenzwert für Methan festgeschrieben worden.
 
Ein Problem, das vor allem bei Motoren auftritt, die mit Luftüberschuss und Turboaufladung arbeiten, ist der Methanschlupf. Darunter versteht man, dass aus dem Zylinder unverbranntes Methan entweicht. Das liegt unter anderem am kurzfristigen gleichzeitigen Öffnen der Ein- und Auslassventile. Die Höhe des Methanschlupfs hängt neben dem Luftüberschuss und dem Verdichtungsverhältnis auch vom Betrieb und vom Zustand des Motors ab. Hier punkten Lambda-1-Motoren, da „bei Magermotoren der Methanschlumpf um ein Vielfaches höher ist“, so Dieckmann.

Bei einem Lambda-1-Motor verbrennt der Treibstoff stöchiometrisch, also theoretisch so, dass alle Brennstoffmoleküle vollständig mit dem Luftsauerstoff reagieren können. Magermotoren verbrennen den Treibstoff hingegen mit Luftüberschuss. Sie haben dadurch einen besseren elektrischen Wirkungsgrad, den man sich aber eben mit einer höheren Methanemission erkauft. Die nun verschärften Emissionsgrenzwerte durch die 44. BImSchV sind laut Dieckmann für Magermotoren nur mit SCR und Oxidationskatalysator zu erreichen. „Mit Lambda-1-Motoren sind die neuen Anforderungen dagegen recht einfach zu erfüllen“, erklärte er. Die Schadstoffe könnten bis zur Nachweisgrenze reduziert werden, allein durch entsprechende Dimensionierung des Drei-Wege-Katalysators ohne Betriebsmittelverbrauch und -logistik.

Bundesumweltamt plant neuen Leitfaden zur 44. BImSchV

Damit sich Betreiber informieren können, plant das „Bundesumweltamt eine Veröffentlichung zum Thema Methan“, sagte Anja Nowack. Der Leitfaden solle möglichst im Sommer erscheinen. Sie stellte auch wichtige Termine vor, wann welche Anlagen die verschärften Grenzwerte einhalten müssen. Dabei haben Betreiber von Bestandsanlagen länger Zeit, als dies bei Neuanlagen der Fall ist. Zudem gelten neue Messhäufigkeiten.

Das Thema Emissionen und Erneuerung von Bestandsanlagen treibt viele Versorger um. Für die Stadtwerke Kempen (Nordrhein-Westfalen) stellte Rüdiger Leibauer, Leiter Erzeugung, die Strategie vor. In Kempen soll zukünftig ein Mix aus erneuerbaren Technologien wie Solarthermie und Altholz gemeinsam mit KWK-Anlagen die Versorgung, unter anderem von Fernwärme, sicherstellen. Dazu werden auch KWK-Anlagen modernisiert und flexibilisiert.
 
Derzeit betreiben die Stadtwerke Kempen zwölf BHKW-Anlagen mit einer Gesamtleistung von rund 19,5 MW elektrischer Leistung. Zum Beispiel wurde eine Anlage für das Hospital Kempen erneuert − mit einem Waukesha-Motor (VGF P48). Laut Auskunft von Leibauer hat der Lambda-1-Motor einen hohen Gesamtwirkungsgrad und niedrige Emissionen.

„Dank dieser Technologie können die verschärften Emissionsgrenzwerte mithilfe eines platzsparenden Drei-Wege-Katalysators eingehalten werden, ohne Verbrauchs- und Logistikkosten für Harnstoff.“ Er betonte jedoch auch, dass weitere Bestandsanlagen − etwa Magermotoren − Probleme bei den Grenzwerten bereiten. Hier werde sich der Versorger wohl für Stilllegungen entscheiden und nicht mehr nachrüsten. Dies sei die wirtschaftlichere Option. Auch wenn die KWK „in Kempen eine wichtige Rolle behalten“ wird, so Leibauer.

Durch die neuen Grenzwerte ergeben sich für Lambda-1 neue Chancen im MW-Bereich, vor allem wenn die Anlage wärmeorientiert betrieben wird, da Magermotoren beim elektrischen Wirkungsgrad deutlich überlegen sind. Lambda-1-Motoren seien zwar von den Investitionskosten her um einiges höher. Das würden sie bei den Betriebskosten aber wieder reinholen, so Grabe von den Stadtwerken Wittenberg. Die Stadtwerke Lutherstadt Wittenberg werden daher auch weiterhin auf Lambda-1-Motoren setzen.

Weitere Informationen zum Thema Emissionsgrenzwerte sowie einen Auslegungskatalog zur 44. BImSchV finden Interessierte auch auf der Seite lai-immissionsschutz.de.