Entwicklung der Emissionsminderung bei der Abfallverbrennung

Einleitung

Die Geschichte der gezielten Abfallverbrennung geht mindestens bis zur Zeitenwende zurück. So ist bekannt, dass in dieser Zeit im Kidrontal nahe Jerusalem Abfallkompostierung und -verbrennung praktiziert wurden. Die Anlagentechnik zur Abfallverbrennung ist hingegen vergleichsweise jung. Im Jahr 1876 wurde in England die weltweit erste Müllverbrennungsanlage errichtet, im Jahr 1893 in Hamburg die erste deutsche Anlage. Ziel der Hamburger Anlage war neben der Volumenreduzierung die Hygienisierung des Abfalls. Der Reinigung der bei der Verbrennung entstehenden Abgase wurde zu diesem Zeitpunkt keine Bedeutung beigemessen. Dies änderte sich auch mit Einrichtung der Kommission Reinhaltung der Luft im Jahr 1957 nicht schlagartig. Die erste Richtlinie zur Verbrennung von Siedlungsabfällen, die VDI 2114, datiert aus dem Jahr 1969; die erste Richtlinie zur Verbrennung von Sonderabfällen, die VDI 3460, wurde sogar erst 1979 veröffentlicht. Bei Letzterer vergingen zwischen Richtlinienentwurf und Fertigstellung der Richtlinie fünf Jahre. Dass die Abfallverbrennung nicht im Mittelpunkt des Interesses der Luftreinhaltung stand, lag vermutlich auch daran, dass ihr in der Abfallwirtschaft nur eine nachrangige Bedeutung zukam und die Anlagendichte entsprechend niedrig war: Im Jahr 1973 war nur rund ein Fünftel der bundesdeutschen Bevölkerung an eine Abfallverbrennungsanlage angeschlossen [1]. Die vorherrschende Entsorgungsvariante war die Deponierung unbehandelter Abfälle.

Schadstoffminderung – zeitliche Entwicklung

Das beherrschende Thema in der Luftreinhaltung war noch in den 1960er- und 1970er-Jahren die Reduktion der Staubemissionen [2]. Dementsprechend lag der Schwerpunkt in den VDI-Richtlinien zur „Auswurfbegrenzung“ von Abfallverbrennungsanlagen ebenfalls bei diesem Thema – nicht nur hinsichtlich der Abgasreinigung und der Emissionsmessung, sondern auch beim Betrieb der Feuerung. Und das, obwohl es bereits in den 1950er-Jahren Hinweise darauf gab, dass in den Verbrennungsabgasen – neben dem Staub – zahlreiche organische Komponenten vorlagen [3]. So wundert es nicht, dass neben der Staubkonzentration auch Grauwert und Rußzahl zu bestimmen waren; Letztere allerdings nur für die Zusatzfeuerung mit Heizöl EL. Den von Abfallverbrennungsanlagen ausgehenden SO₂-Emissionen wurde zu Anfang der 1970er-Jahre in der Praxis nur eine geringe Bedeutung zugesprochen, sofern der Schornstein nur eine genügende Höhe aufwies [4].

Die erste Revision der TA Luft im Jahr 1974 bedeutete für Abfallverbrennungsanlagen Auflagen bezüglich der Emissionen an Staub, Chlor- und Fluorwasserstoff [5]. Die im Jahr 1979 veröffentlichten VDI-Richtlinien sahen in diesen Schadstoffen auch die Komponenten, die es zu mindern und zu messen galt. Die Senkung der Dioxinemissionen wurde nicht gefordert, obwohl polychlorierte Dioxine und Furane (PCDD/F) bereits 1977 in den Rückständen einer Müllverbrennungsanlage nachgewiesen wurden [6]. Nachgeschaltete Einrichtungen zur Staubminderung waren Gewebefilter, elektrostatische Abscheider und Nasswäscher. Letztere wurden auch zur Verminderung der anorganischen Halogenverbindungen vorgeschlagen. Bei den in den Richtlinien ebenfalls erwähnten Massenkraftabscheidern wurde korrekterweise erkannt, dass diese bestenfalls als Vorabscheider einsetzbar wären.

Im Zuge der Diskussion um das Thema PCDD/F erhielt die TA Luft 1986 eine Begrenzung für die Emission organischer Stoffe aus thermischen Abfallbehandlungsanlagen, gemessen als Gesamtkohlenstoff. Dies sollte einen vollständigen Ausbrand der Abgase gewährleisten [7]. Gute vier Jahre später trat am 1. Dezember 1990 die Siebzehnte Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (17. BImSchV) in Kraft. Galten vorher für thermische Abfallbehandlungsanlagen nur die Anforderungen der TA Luft, so wurden mit der neuen Verordnung einige Emissionsbegrenzungen erheblich herabgesetzt: Die Tagesmittelwerte für Staub wurden von 30 auf 10 mg/m³ und für Chlorverbindungen sogar von 50 auf 10 mg/m³ reduziert – jeweils bezogen auf den trockenen Normzustand und einen O₂-Gehalt im Abgas von 11 %. Erstmals wurde ein Grenzwert für PCDD/F festgeschrieben. Die Übergangsfristen für Altanlagen bewegten sich zwischen knapp dreieinhalb und sechs Jahren, je nachdem, ob die Altanlage bereits aufgrund der TA Luft 1986 eine Aufrüstung erfahren hatte oder nicht [8]. Geprägt durch die Diskussion um die deut­liche Verschärfung der Emissionsbegrenzungen zeigten sich die zeitlich auf die 17. BImSchV folgenden VDI-Richtlinien aus den Jahren 1991 (VDI 3460) und 1992 (VDI 2114) deutlich erweitert. Die Seitenzahlen der Richtlinien stiegen von 14 auf 57 bei der VDI 3460 bzw. von 11 auf 44 bei der VDI 2114 an. Selbst unter Berücksichtigung des Umstands, dass die novellierten Richtlinien erstmals zweisprachig waren, bedeutete dies eine enorme Steigerung. Inhaltlich war dies mit einer Erweiterung der betrachteten Schadstoffe – neben PCDD/F auch Stickstoffoxide –, einem ausführlicheren Abschnitt zum Thema Emissionsmessung sowie erstmals einem eigenen Abschnitt „Reststoffe“ verbunden. Darüber hinaus wandte man sich bewusst dem integrierten Umweltschutz zu, indem schon die Emissionsminderung bei Annahme und Lagerung der Abfälle einbezogen wurde.

Die Richtlinie VDI 3460 vom September 1997 vereinte die thermische Behandlung von Sonder- und Siedlungsabfällen, die Richtlinie VDI 2114 wurde dementsprechend mit einem Verweis auf die Nachfolgerichtlinie zurückgezogen. Zwar wurden in der Anlagentechnik zur Lagerung und Verbrennung der Abfälle noch die deutlichen Unterschiede aufgezeigt, aber die zahlreichen Gemeinsamkeiten machte die Verschmelzung der beiden Richtlinien sinnvoll. Ergänzt wurde die Richtlinie um den Abschnitt „Kosten der Abfallverbrennung“.

Nach einer weiteren Überarbeitung im Jahr 2002, die unter anderem eine Reduzierung der Emissionswerte für Stickstoffoxide enthielt, erschien im Februar 2014 die aktuelle Version als VDI 3460 Blatt 1. Neu hinzugekommen waren die Abschnitte „Beurteilung der Entwicklungsschritte neuer Verfahren“ und „Störungen des bestimmungsgemäßen Betriebs“. Mit beiden Abschnitten wurde aus Richt­liniensicht Neuland betreten. Mit der „Beurteilung der Entwicklungsschritte neuer Verfahren“ wird dem Anwender der Richtlinie ein einfaches Hilfsmittel an die Hand gegeben, neu entwickelte Verfahren in den geeigneten Kontext zu setzen. Inhaltlich neu sind auch eine Übersicht über die mit verschiedenen Verfahrenskombinationen erreichten Emissionswerte sowie die Beschreibung, inwieweit mittels Prozessleittechnik Emissionen gemindert werden können.

Wurde anfangs der 1990er-Jahre noch bezweifelt, ob alle Abfallverbrennungsanlagen die geforderten strengen Grenzwerte für PCDD/F würden einhalten können, so konnte mit der Richtlinie VDI 3460 Blatt 1 vom Februar 2014 dokumentiert werden, dass moderne thermische Abfallbehandlungsanlagen mittlerweile eine Senke für diese Stoffgruppe darstellen. Hintergrund ist neben einer optimierten Prozesssteuerung die Entwicklung neuartiger Abgasreinigungsverfahren und die Optimierung bestehender Verfahren. Eine Übersicht über die zeitliche Entwicklung der als erreichbar erachteten Emissionsbegrenzungen gibt die Tabelle.

Ausblick

Die Richtlinienreihe VDI 3460 dient aktuell als Arbeitsgrundlage für die Überarbeitung des Best Available Techniques Reference Document (BREF) „Waste Incineration“ [9]. Inwieweit das fertiggestellte BREF eine Überarbeitung der Richtlinie VDI 3460 Blatt 1 notwendig macht, wird die Zukunft zeigen.

 

Literatur

1. Davids, P.; Gerhards, K.; Brocke, W.: Die derzeitige und zukünftige Luftverunreinigung durch Müllverbrennungsanlagen – Emission und Emissionsverminderung. Staub – Reinhalt. Luft 33 (1973) Nr. 12, S. 483-489.
2. Bruckmann, P.; Pfeffer, U.; Hoffmann, V.: 50 years of air quality control in Northwestern Germany – How the blue skies over the Ruhr district were achieved: Part I. Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft 74 (2014) Nr. 1/2, S. 37-44.
3. Ellsworth, R. D.; Engdahl, R. B.: The control of effluents from municipial incinerators. J. Air Poll. Control Assoc. 7 (1957) Nr. 1, S. 43-46.
4. Franzke, H. H.: Abfallverbrennung. In: Bachmair, A.: Bericht über Vortragsgruppe F des Kongresses Reinhaltung der Luft 1969. Staub – Reinhalt. Luft 30 (1970) Nr. 2, S. 71.
5. Reismann, H.: Rauchgasreinigung und Rauchgaswäsche bei Müllverbrennungsanlagen. VGB-Kraftwerkstechnik 56 (1976) Nr. 4, S. 252-257.
6. Olie, K.; Vermeulen, P. L.; Hutzinger, K.: Chlorodibenzo-p- dioxins and chlorodibenzofurans are trace components of fly ash and flue gas of some municipal incinerators in The Netherlands. Chemosphere (1977) Nr. 8, S. 455-459.
7. Jockel, W.: Stand der Gesamtkohlenstoff-Messung im Abgas von Abfallverbrennungsanlagen. Staub – Reinhalt. Luft 49 (1989) Nr. 7/8, S. 221-225.
8. Abfallverbrennungsanlagen-Verordnung. Staub – Reinhalt. Luft 51 (1991) Nr. 4, S. 145.
9. Gleis, M.: Verknüpfung Richtlinie – BREF. In: Thermische Abfallbehandlung – Die neue Richtlinie VDI 3460 Blatt 1, S. 49-63. KRdL-Schriftenreihe Bd. 43. Düsseldorf: VDI 2012.