Den Emissionsminderungsbonus bekommt der, der durch einen Messbericht eines akkreditierten Messinstituts nachweist, dass alle seine Emissionsquellen auf seiner Biogasanlage die Emissionsgrenzwerte für den Emissionsminderungsbonus unterschreiten und dessen Anlage vor dem 01.01.2012 (BImSCH) beziehungsweise vor dem 01.01.2009 (Baurecht) ans Netz gegangen ist. Der Emissionsminderungsbonus gilt ab Tag der Messung.

Eine gute Zündung sorgt für eine bessere Verbrennung des grundsätzlich sehr zündungswilligen Biogases. Dies führt zu einem besseren Wirkungsgrad und geringerem Methanschlupf – also einem geringeren Biogasverbrauch. Wer an Zündkerzen und Wartung des Zündsystems spart, zahlt das gesparte Geld doppelt und dreifach über den Methanschlupf – der erst einmal nur über den Gasverbrauch indirekt sichtbar ist. Der hohe Methanschlupf ist zusätzlich extrem schädlich für die Umwelt aber auch für den Katalysator. Denn wird bei hohen Abgastemperaturen der Methanschlupf über den Katalysator gezündet, schmilzt der Katalysator innerhalb von wenigen Minuten durch.

Formaldehyd ist einfach voroxidiertes Methan, also noch nicht vollständig verbrannt zu Kohlendioxid und Wasser. Formaldehyd ist also die Folge von unvollständiger Methanverbrennung, wie sie insbesondere am Kolbenrand stattfindet. Die Grafik zeigt eine Abgasmessung an einem MAN 12 Zylindermotor mit Turboaufladung und Ladeluftkühlung. Sehr schön zu sehen ist der Zusammenhang zwischen Methanschlupf in ppm (grüne Linie) und Formaldehydemissionen in mg/Nm³ (rote Linie). Über den Verlauf der Abgasmessung sind die Formaldehydemissionen in etwa 5 % der Methanemissionen (400 ppm *0,05 = 20 ppm = ca. 27 mg/Nm³). Diese Faustregel gilt auch für andere Motoren. In unserem Beispiel hatte der MAN-Motor einen sehr niedrigen Methanschlupf und als Folge auch sehr niedrige Formaldehydemissionen unterhalb des Grenzwertes für den Emissionsminderungsbonus. Durch die Aufzeichnung der Formaldehydemissionen während der Abgasmessung konnte Emission Partner dem Bertreiber mitteilen, dass die Grenzwerte für den Emissionsminderungsbonus auch ohne Katalysatortechnik unterschritten werden und auf den Einsatz eines Katalysators konnte situativ – also während der Abgasmessung – verzichtet werden.

Eine gute Gasaufbereitung ist unabhängig vom Einsatz der Katalysatortechnik zu betrachten. Das mit Wasser gesättigte Biogas würde im Motor die Verbrennung kühlen und somit die Stickoxide senken. Da das Biogas aber grundsätzlich schon sehr schlecht zündet (fast 50 % des Biogases sind inertes CO2) sollte die gesamte Feuchtigkeit aus dem Biogas durch Kühlung entfernt werden, um die Zündfähigkeit des Gemisches und den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Durch eine nachgelagerte Entschwefelung kann die Standzeit von Zündkerzen, Motorenöl, beweglichen Motorkomponenten und am Ende auch des Katalysators signifikant erhöht werden. Bei der Entschwefelung kommt es nicht so sehr auf die Entschwefelungstechnologie an, sondern vielmehr darauf, dass ein Großteil des im Biogas gelösten Schwefelwasserstoffs nicht zum Motor kommt. Entscheidend ist die Gesamtmenge an Schwefel, die dem Motor über das Jahr zugeführt wird, und die sollte so gering wie möglich sein. Die dritte Stufe der Gasaufbereitung – und zur Zeit noch Zukunft – ist die Aufkonzentration des Biogases durch Entfernung des Kohlendioxids. Das Brenngas wird dadurch deutlich zündwilliger, die Standzeit des gesamten Motors nimmt zu, der Methanschlupf und die Emissionen nehmen ab, der Wirkungsgrad folglich zu.

Der NOₓ-Grenzwert wird innermotorisch über das Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt, der CO-Grenzwert auch mit stark deaktivierten Katalysatoren noch gut unterschritten.
Entscheidend für den Erhalt des Emissionsminderungsbonus ist, dass der Formaldehyd-Grenzwert von 20 mg/Nm³ inklusive Messtoleranz eingehalten wird. Um die Standzeit des Katalysators zu erhöhen, muss man wissen, dass das Formaldehyd-Messergebnis maßgeblich durch zwei Faktoren beeinflusst wird:

– Die Formaldehyd-Rohemissionen, die direkt mit der Höhe des Methanschlupfes korrelieren
– Die Aktivität des eingebauten Katalysators

Um ein möglichst gutes Formaldehyd-Messergebnis mit einem bereits eingebauten Katalysator zu erreichen, ist es also sehr wichtig, mit einer sehr guten Zündung zu arbeiten (Zündkerzen, Zündspulen, Einstellung Zündzeitpunkt) als auch Biogas in hoher Methankonzentration zu verbrennen. (siehe hierzu auch „Warum ist eine gute Zündung so wichtig?“)
Die Aktivität eines frischen Katalysators ist unerheblich. Frisch sind alle Katalysatoren gut. Entscheidend ist, dass die Katalysatortechnologie so abgestimmt ist, dass sie von den Katalysatorgiften des Biogases möglichst langsam deaktiviert wird.
Bei dem von Emission Partner entwickelten schwefelresistenten Katalysator handelt es sich um eine Technologie, die speziell für den Anwendungsfall Biogas hergestellt wurde.
Neben dem Schwefel im Biogas deaktiviert die Motorenölasche den Katalysator am stärksten. Als vorteilhalft haben sich möglichst zinkfreie Motorenöle erwiesen, deren Asche von der Katalysatoroberfläche abgeblasen werden können. (Mobil Pegasus 610/705/1005 und Tectrol Methaflexx HC Plus). Wir empfehlen, den Katalysator alle 6 Monate von den Ölascherückständen zu befreien. Daher bietet Emission Partner auch nur Katalysatoren an, die sich sehr leicht aus – und einbauen lassen, um die Wartung oder einen einfachen Wechsel zu ermöglichen.
Werden die oben genannten Punkte berücksichtigt, erreichen die Emission Partner Katalysatoren auch bei Zweit- und mittlerweile sogar bei Drittmessungen noch Formaldehydwerte unterhalb des Grenzwertes.

Die Frage nach der Konvertierung eines Katalysators ist die eigentlich richtige Frage. Ein Katalysator ist nicht „kaputt“ wenn er den Formaldehyd-Grenzwert nicht mehr unterschreitet. Seine Konvertierung ist nur nicht mehr ausreichend. Dies kann eine Menge von Gründen haben. Neben den schon besprochenen Gründen Katalysatoralterung durch Ölascheablagerung und Schwefelvergiftung, sind eine schlechte Anströmung der wichtigste Grund für eine unzureichende Konvertierung. Die beste Konvertierung wird erreicht, wenn der Katalysator im 90° Winkel angeströmt wird, wie das beim Einbau in den Abgaswärmetauscher der Fall ist. Wird der Katalysator frontal angeströmt, sollte der Katalysatordurchmesser weniger als doppelt so groß sein wie der Rohrdurchmesser, da die äußersten Bereiche des Katalysators nur unzureichend oder überhaupt nicht angeströmt werden.
Gerade bei Wärmetauscherkatalysatoren und auch bei Katalysatoren in Katkammern ist auf eine optimale Abdichtung zu achten. Schon geringe Spaltmaße, durch die das Gas am Katalysator vorbei entweichen kann, führen zu Schlupf von bis zu 10 %. Bei entsprechender Voralterung des Katalysators kann der Schlupf allein dafür verantwortlich sein, dass eine Abgasmessung nicht bestanden wird.

Ein durchgebrannter Katalysator ist ein klares Indiz dafür, dass zu viel Kraftstoff (Methanschlupf, Öl aus Turbolader, Kurbelgehäuseentlüftung etc. aber auch Zündöl der Zündstrahlmotoren) über dem Katalysator verbrannt wurde. Wer ein Biogas-Blockheizkraftwerk mit Katalysatortechnologie betreibt, hat für folgendes zu sorgen:

– Die Zündung muss stets optimal funktioniert
– Die Zündkerzen wechseln bevor Zündaussetzer auftreten
– Die Turbolader dürfen kein Öl verlieren (Wartungs- und Tauschintervalle einhalten)
– Die Zünddüsen der Zündstrahlmotoren müssen rechtzeitig gewechselt werden (bevor sie verbrannt sind)

Um den Katalysator vorm Durchbrennen zu schützen, hat Emission Partner eine Druck- und Temperaturüberwachung entwickelt, die das Blockheizkraftwerk bei zu hoher Abgastemperatur abschaltet.

Das im Biogas enthaltene H₂S wird im Motor vollständig zu SO₂ verbrannt und über den Katalysator fast vollständig zu SO₃ aufoxidiert. Das SO₃ reagiert mit dem im Abgas enthaltenen Wasser zu H₂SO₄, auch Schwefelsäure genannt. Bei Taupunktunterschreitung, also bei Kondensation der Schwefelsäure im Wärmetauscher, schlägt sie sich an den Edelstahlrohren des Wärmetauschers nieder und frisst diese innerhalb weniger Tage oder Wochen durch. Abhilfe schafft eine wirksame Feinstentschwefelung, die der Entschwefelung durch Lufteinblasung und eventuellen Gaswäsche nachgeschaltet ist. Durch die Abwesenheit von Schwefel im Abgas kann die Schwefelsäure gar nicht erst entstehen. Je höher die Schwefelsäure im Abgas, desto höher auch der Taupunkt, und desto wahrscheinlicher auch die Taupunktunterschreitung im Abgastrakt. Notfalls sollten Sie bei Einsatz von Oxidationskatalysatoren die Abgastemperatur über 200°C lassen um eine Taupunktunterschreitung sicher zu unterbinden.
Die von Emission Partner entwickelte Druck- und Temperaturüberwachung signalisiert dem Betreiber, sobald das Abgas nach Wärmetauscher einen Schwellenwert unterschreitet und die Gefahr der Kondensation von Schwefelsäure gegeben ist.

An Stelle eines Oxidationskatalysators reduziert ein Reduktionskatalysator die Stickoxidemissionen (NOx). Der von Emission Partner entwickelte Stickoxidkatalysator reduziert zusätzlich Formaldehyd.
Durch Einsatz dieser neuen Katalysatorgeneration für Biogasmotoren kann der Methanschlupf verhindert und der Kraftstoffverbrauch folglich um bis zu 5 % reduziert werden.