Innovativer Regelungs- und Überwachungsoperator zur Schadstoffminderung in Vielbrennstoffsystemen

Stipendiatin/Stipendiat: Niro Akbary

Der Einsatz von Biomasse für eine umweltgerechte und nachhaltige Bereitstellung von Wärme und Warmwasser hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Durch fluktuierende Marktpreise, die politische Abhängigkeit zu fragilen Staaten mit fossilen Energieträgern und die Energiewende wird die Biomasse auch zukünftig für die Energiebereitstellung in Haushalten genutzt werden. Die Vorteile von Biomasse beruhen darauf, dass sie theoretisch klimaneutral einsetzbar und regional weiträumig verfügbar ist. Außerdem können in modernsten Verbrennungstechnologien, wie z. B. Vielbrennstoffsystemen, unterschiedliche biogene Brennstoffe mit variierender Qualität und Herkunft effizient und schadstoffarm verbrannt werden, wodurch die Biomasse für die Wärmeerzeugung in Haushalten noch wirtschaftlicher, effizienter und nachhaltiger eingesetzt werden kann. Trotz der zahlreichen Vorteile für den Einsatz von Biomasse können bei der Verbrennung auch eine Vielzahl von Nachteilen entstehen. Die häuslichen Kleinfeuerungsanlagen gelten als eine Hauptquelle für Luftschadstoffe, wie beispielsweise Feinstaub, Kohlenstoffmonoxid und Gesamtkohlenwasserstoffe. Diese für den Menschen gesundheitsschädlichen Stoffe entstehen bei nicht sachgemäßer Verbrennung, welche durch ungeeignete Brennstoffe (beispielsweise Wassergehalt > 18 %), fehlerhafte technische Eigenschaften in den Verbrennungssystemen oder falsche Handhabung der Verbrennungssysteme durch die Betreiber verursacht werden. Die technischen Eigenschaften der Verbrennungssysteme, wie beispielsweise die Einstellung der Verbrennungsluft, werden durch entsprechende normative Regelungen überwacht. Die für die Verbrennung in Kleinfeuerungsanlagen zugelassenen Brennstoffe sind immissionsschutzrechtlich geregelt. Obwohl der Betreiber durch die Auswahl des Brennstoffs sowie durch die Bedienung der Verbrennungssysteme die Haupteinflussgröße für eine sachgemäße Verbrennung ist, gibt es bisher keine rechtliche Grundlage bzw. Konzepte für die Regulierung des Betreiberverhaltens. Außerdem werden dezentrale Verbrennungssysteme im Haushalt, wie beispielsweise Vergaserkessel, nach der Ersttypprüfung lediglich zweijährlich durch den Schornsteinfeger überwacht, sodass in den zwei Jahren zwischen der wiederkehrenden Überprüfung durch den Schornsteinfeger keine Aussage über die Sachmäßigkeit der Verbrennung im Vergaserkessel getroffen werden kann. Dadurch können über das gesamte Jahr, beispielsweise durch den Einsatz falscher Brennstoffe durch den Betreiber, hohe Konzentrationen an Schadstoffen entstehen, wodurch die Luftqualität besonders in urbanen Räumen verschlechtert wird.

Durch den Einsatz eines innovativen Regelungs- und Überwachungsoperators in Vielbrennstoffsystemen sollen die drei Haupteinflussgrößen (technische Eigenschaften des Verbrennungssystems, Brennstoff, Betreiberverhalten) während des Betriebs permanent überwacht und bei nicht sachgemäßer Verbrennung entsprechend korrigiert werden. Auf Basis der Algorithmen des Regelungs- und Überwachungsoperators werden Fehlerquellen, die eine sachgemäße Verbrennung einschränken können, permanent erkannt und regelungstechnisch korrigiert. Können die Fehler regelungstechnisch nicht behoben werden, wird durch schnelle Informationsübertragung über digitale Medien (z. B. SMS auf das Handy, E-Mail an das Tablet) der Betreiber des Verbrennungssystems, oder gegebenenfalls externe Personen, über die Art des Fehlers und die Qualität der Verbrennung informiert, sodass die Fehlerquellen konsequent behoben und eine sachgemäße Verbrennung permanent hergestellt werden können. Der Einsatz des innovativen Regelungs- und Überwachungsoperators in häuslichen Verbrennungssystemen wird einen nachhaltigen Beitrag für den Ausbau von schadstoffarmen Verbrennungstechnologien, zur Minderung der Emissionen und somit für den Ausbau von Biomasse als ökologischen und wirtschaftlichen Energieträger leisten.

Förderzeitraum:
01.07.2016 - 30.06.2019

Institut:
Universität Stuttgart
Institut für Akustik und Bauphysik (IABP)

Betreuer:
Prof. Dr. Philip Leistner

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Publikationen: