Projekt 21396/01

Einsatzoptimierung und Bewertung eines kombinierten NT-Plasma-Photooxidationsverfahrens zur Reduzierung lösemittelhaltiger Abluftströme aus Lackierereien

Projektträger

Keller Lufttechnik GmbH + Co. KG
Neue Weilheimer Str. 30
73230 Kirchheim
Telefon: 07021-574-386

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Von dem Inkrafttreten der Lösemittelverordnung (31.BImSchV.) sind eine Vielzahl von KMU-Betrieben in Deutschland betroffen. Neben dem Einsatz von Primärmaßnahmen werden viele Unternehmen aus wirtschaftlichen und technischen Gründen sekundärseitige Abluftreinigungsmaßnahmen ergreifen müssen. Deshalb ist eine kostengünstige sekundärseitige Möglichkeit zur Abluftreinigung für KMU-Unternehmen notwendig. Ziel dieses Projektes war es daher, die Möglichkeit zur sekundärseitigen Minderung von Lösemittelemissionen durch ein von der Firma ECOPLAS Deutschland GmbH entwickeltes Niedertemperatur-Plasma-Photooxidationsverfahren (NTO-Technologie) in KMU-Betrieben zu untersuchen. Dieses Verfahren sollte die bei alleinigem Einsatz für das betrachtete Problem ineffiziente Verfahren von Ad-sorption oder Oxidation der Lösemittelemissionen zu einer voraussichtlich sehr effizienten und wirtschaftlichen kombinierten Abluftreinigungstechnologie zusammenführen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDurch Implementierung und Optimierung einer Pilotanlage mit einem Abluftvolumenstrom von 500 m3/h bei einem lackverarbeitenden Unternehmen wurde untersucht, ob dieses Verfahren geeignet ist, die Vorgaben der Lösemittelverordnung kosteneffizient zu erfüllen oder sie möglicherweise sogar zu übertreffen. Zunächst wurde mit Hilfe einer Literaturrecherche eine Bewertung der technischen Möglichkeiten zur sekundärseitigen Minderung von Lösemittelemissionen unter Berücksichtigung der relevanten technischen und wirtschaftlichen Randbedingungen bei KMU-Betrieben durchgeführt. Dabei wurde insbe-sondere die Wirtschaftlichkeit, die Energieeffizienz und der Abbau-Wirkungsgrad sowohl konventioneller Technologien als auch neuerer Verfahren betrachtet.
Die Pilotanlage wurde mittels Bypass in den Abluftvolumenstrom der Lackieranlage des Pilotanwenders eingebaut und über eine Betriebsdauer von vier Monaten insbesondere im Hinblick auf ihren Abbau-Wirkungsgrad, Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit untersucht. Dabei wurde mit Hilfe von GC/MS Analyse das Abbauverhalten einzelner Komponenten betrachtet. In den Systemvergleich wurde der Einsatz von möglichen Primärmaßnahmen vor allem hinsichtlich VOC-Frachtminderung und Energiebedarf einbezogen.


Ergebnisse und Diskussion

Die Charakterisierung der Pilotanlage ergab im Durchflussbetrieb einen maximalen Abbauwirkungsgrad von etwa 50% der Rohgaskonzentration bei einem Abluftvolumenstrom von etwa 250 Nm3/h. Es wurde Aerosolbildung im Reingas detektiert. Die für den Betrieb der Anlage notwendige Energiedichte wurde mit 55,1 Wh/m3 quantifiziert. Im weiteren Verlauf des Projektes wurde ein modifiziertes Anlagenkonzept (NTO-Technologie) entwickelt, um die ermittelten Defizite, einen zu geringen Abluftreinigungsgrad, die nicht sichere Einhaltung der Grenzwerte der 31. BimSchV sowie die schlechte Energieeffizienz und den zu kleinen Abbauwirkungsgrad zu beseitigen. Bei der NTO-Technologie werden die Lösemittel aus der Lackiererei tagsüber adsorbiert und nachts der Adsorber regeneriert. Zur Regeneration wird mittels Temperaturerhöhung desorbiert. Die Kombination von durch NT-Plasma erzeugtem Ozon und UV-Reaktor führt zur Mineralisierung der Schadstoffe. Durch Kreislaufführung wird eine wesentlich erhöhte Verweilzeit erreicht; der geschlossene Kreislauf vermeidet Ozonemissionen in die Umwelt. Eine etwaige Aerosolbildung ist für Emissionen nicht von Bedeutung; die Aerosole kondensieren während der Regeneration an den Rohrwänden und werden dort von der im Kreislauf herrschenden stark oxidierenden Atmosphäre kontinuierlich abgebaut.
Es wurde nachgewiesen, dass mit Hilfe der NTO-Technologie die Reingaswerte der 31. BImSchV ein-gehalten werden. Es konnte reproduzierbar ein Abbaugrad von mindestens 98 % der adsorbierten Lösemittel nachgewiesen werden. Die für den Betrieb der Anlage notwendige Energiedichte wurde mit 9,62 Wh/m3 quantifiziert. Die Energiedichte ist damit fast um den Faktor 6 geringer als im Durchflussbetrieb; sie kann noch weiter optimiert werden. Im Einschichtbetrieb ist eine vollständige Regeneration des Adsorbers bis zum nächsten Schichtbeginn gewährleistet; im Mehrschichtbetrieb sind zwei Adsorber im Wechsel einzusetzen.
Ein Vergleich der Kosten, des Minderungsgrads und sonstiger Vor- und Nachteile verschiedener Alternativen zur Emissionsminderung ergab für gering beladenene, diskontinuierlich auftretende Abluftvolumenströme, dass prinzipiell Adsorptionsverfahren mit thermischer und NTO-Regeneration sowie Biofilter und Biowäscher geeignet sind. Unter Kostengesichtspunkten sind Biofilter und -wäscher die zu favorisierenden Technologien. Deren Einsatz in einem diskontinuierlichen Betrieb ist jedoch äußerst problematisch, da die Mikrobiologie dieser Anlagen kontinuierlich auf Nahrung angewiesen ist. Außerdem haben Biofilteranlagen einen erheblichen Platzbedarf sowie einen hohen Wartungsaufwand und das abzubauende Stoffsystem muss hinreichend gut charakterisiert sein. Für die betroffenen KMU-Betriebe bietet die NTO-Technologie Vorteile, da die Betriebskosten der NTO-Technologie wesentlich geringer sind als bei der thermischen Regeneration. Die Wartungsintensität der NTO-Technologie ist erheblich kleiner, die Verfügbarkeit der NTO-Technologie ist deutlich besser, da sie auf Knopfdruck in etwa 2 bis 3 Minuten jederzeit zur Verfügung steht. Probleme durch Aerosolbildung werden vermindert, da die Oxidation in einem weitgehend geschlossenen System stattfindet. Die NTO-Technologie vermeidet Treibhauseffekte durch Stützfeuerung, auf die Verfahren zur thermischen Oxidation angewiesenen sind.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Technologie wurde 2004 auf der Messe Druck & Papier (DRUPA) 2004, der Hannover-Messe 2004 und auf der Internationalen Ausstellung für Metallbearbeitung (AMB) 2004 präsentiert.
Eine Veröffentlichung in der Zeitschrift Wasser, Luft und Boden (Verlag für Technik und Wirtschaft, Mainz) enthielt eine Beschreibung der NTO-Technologie. Zurzeit werden große Aquiseanstrengungen in verschiedenen Branchen und Anwendungen (z. B. Beschichtungs- und Lackierbetriebe) unternommen.


Fazit

Die im Rahmen des Projektes konzipierte und untersuchte NTO-Technologie ist sehr gut geeignet, die Abluftreinigungsprobleme der von der 31. BImSchV betroffenen KMU-Betriebe energie- und kosteneffizient zu lösen. In Kombination mit entsprechenden Primärmaßnahmen können erhebliche Minderungspotenziale für Lösemittelemissionen über gesetzliche Vorgaben hinaus realisiert werden.
Die NTO-Technologie ist in Bezug auf die Kosten- und Minderungseffizienz vergleichbar mit Biofiltern und Biowäschern. Sie hat jedoch eine geringeren Platzbedarf, eine bessere und schnellere Verfügbarkeit und eine wesentlich größere Flexibilität im Hinblick auf die zu abzubauenden Lösemittel.
Nachdem die NTO-Technologie charakterisiert wurde, ist in nächster Zeit mit der Realisierung einer Pilotanwendung zur rechnen. Die Firma Keller sieht ein großes Marktpotenzial für diese Technologie.