Minimierung von Konfliktpotenzial durch Gerüche an Biogasanlagen

Minimierung von Konfliktpotenzial durch Gerüche an Biogasanlagen
Dipl. – Ing. Thomas Liebich
Leiter Geruch
TÜV Nord Umweltschutz GmbH & Co. KG
Am TÜV 1
30519 Hannover
Tel.: 0511/986-1528
Fax: 0511/986-1136
Mail: [email protected]
Zusammenfassung
Beim Betrieb von Biogasanlagen sind an vielen Standorten Beschwerden über belästigende
Gerüche aufgetreten, die zu einer Verschärfung der Anforderungen und einer stärkeren
Berücksichtigung der Geruchsproblematik bei der Anlagenplanung und –genehmigung geführt
haben.
Als relevante Geruchsquellen haben sich die Anlieferung, die Biogasfreisetzung bei
Betriebsstörungen, Speichermembranen auf Fermentern und die Motorabgase herausgestellt.
Aufgrund der zum Teil schwierig zu erfassenden Emissionen hat sich bei der Messung die
Kombination von Emissionsmessung und Fahnenbegehung bewährt.
Bei der Anlieferung der Fermentate können verschiedene Bauformen mit und ohne Einhausung
unterschieden werden, die sich für Einsatzzwecke mit unterschiedlich hohen Anforderungen
einsetzen lassen. Von Bedeutung ist dabei die Bauform der Einhausung, die Art der Fermentate
und die Betriebsführung.
Aufgrund der hohen Geruchsstoffkonzentrationen in reinem Biogas stellt die direkte Freisetzung
von Biogas eine Geruchsquelle dar, die von Anwohnern als besonders belästigend empfunden
wird. Bei der Auslegung der Anlage muss daher Vorsorge gegen mögliche Fälle dieser Art
getroffen werden.
Besondere Probleme, die in dieser Form nicht erwartet worden waren, bereiten die Emissionen
von Biogasbestandteilen, die durch Speichermembranen auf Fermentern oder Gärrestlagern
diffundieren. Diese Quellen weisen eine schwer einzuschätzende und stark von den äußeren
Bedingungen abhängige Emissionscharakteristik auf.
Als ebenfalls relevant haben sich die Abgase der Motoren zur Biogasverwertung herausgestellt.
Bei gemessenen Geruchsstoffkonzentrationen von mehreren Tausend GE/m³ muss für eine
ausreichend hohe Ableitung der Abgase gesorgt werden.
Einführung
Im Zusammenhang mit der Förderung regenerativer Energieformen durch das Erneuerbare
Energien Gesetz (EEG) hat die Biogastechnologie einen ungeheuren Aufschwung genommen,
was sowohl Zahl als auch Leistungsfähigkeit der Anlagen angeht.
Als uns die ersten Anlagenkonzepte zur Begutachtung aus Sicht des Immissonsschutzes
vorgelegt wurden, sahen wir wenig Konfliktpotential. Aus verschiedenen Gründen schienen
Biogasanlagen eher für eine Verbesserung der Geruchssituation als für die Verursachung von
Beschwerden prädestiniert:
ƒ
Die Biogaserzeugung ist ein geschlossener Prozess
ƒ
Keine Luft für die Mikroorganismen erforderlich, daher auch kein Stoffaustausch
über den Luftpfad (wie z.B. bei der Kompostierung)
ƒ
Verbrennung und damit Desodorierung des geruchsintensiven Produktes (Biogas)
ƒ
Gärrest viel geruchsneutraler als die Ausgangsstoffe
Diese Euphorie ist inzwischen Ernüchterung gewichen, denn an vielen Standorten von
Biogasanlagen gibt es Probleme mit Gerüchen – zumeist sind die Beschwerden berechtigt.
Die Ursache für diesen scheinbaren Widerspruch steckt vielfach im Detail. Darauf wird gleich
noch ausführlich eingegangen. Es gibt aber auch allgemeine Ursachen:
ƒ
Einsatz verschiedenster industrieller
landwirtschaftlicher Produkte
ƒ
„Leistungsexplosion“ der Anlagen
ƒ
Die breite Anwendung erfasst zunehmend ungünstige Standorte
ƒ
Technik mit zunehmend industriellem Standard und wachsender gesetzlicher
Regelungsdichte trifft „bäuerliche Heimwerker“
Cofermentate
statt
ausschließlich
Eine Biogasanlage muss heute an den Standort angepasst werden. Das kann zu aufwendigen
technischen Maßnahmen führen. Es ist allemal billiger, eine weniger gut ausgestattete Anlage
umsichtig zu betreiben, als sie für jeden denkbaren Fall auslegen zu müssen. Wie das aussehen
könnte, soll an den einzelnen potentiellen Geruchsquellen vorgestellt werden:
In Bild 1 ist eine Prinzipskizze einer Biogasanlage dargestellt. Eine Anlage würde in der Praxis
nicht so gebaut – hier ist es zur vollständigen Darstellung möglicher Geruchsquellen geschehen.
Anlieferung
Sofern Fermentate nicht über Rohrleitungen gepumpt werden können, müssen sie mit
Fahrzeugen angeliefert werden. Flüssige Fermentate werden im Allgemeinen zunächst in eine
Vorgrube abgelassen, feste direkt über Schnecken oder Presseinrichtungen in den Fermenter
dosiert.
Die meisten der Fermentate, auch die industrieller Herkunft, sind geruchsintensiv. Wie viel
Geruch freigesetzt wird, hängt davon ab, wie viel Stoffaustausch mit der Umgebung ermöglicht
wird. Grundsätzlich gilt: Je mehr freie Oberflächen geschaffen werden und je mehr
Luftbewegung an Ihnen zugelassen wird, desto mehr Gerüche werden freigesetzt.
Von dieser Grundtatsache ausgehend, können übliche Bauformen der Anlieferung bewertet
werden (Bild 2).
Die offene Bauform der Anlieferung setzt die meisten Gerüche frei, kann aber durchaus für
unkritische Standorte und Anlagen mit rein landwirtschaftlichen Cofermentaten die richtige
Lösung darstellen, insbesondere dann, wenn die Vorgrube gut gekapselt und besser noch an
eine Absaugung angeschlossen werden kann.
Einfache, frei belüftete Hallenbauformen verringern die Geruchsfreisetzung bereits deutlich.
Messungen haben ergeben, dass solche Hallen als Geruchsquellen unauffällig bleiben, so lange
eine Geruchsstoffkonzentration von 100 bis 200 GE/m³ darin nicht überschritten wird. Unter
dieser Voraussetzung kann der die Halle umströmende Wind die austretenden Gerüche in
unmittelbarer Nähe der Halle unter die Geruchsschwelle bringen.
Damit die Geruchsstoffkonzentration in diesem Rahmen bleibt, können mäßige
Verschmutzungen der Halle von z.B. trocknender Silage oder Cofermentaten oder eine
abgedeckte Vorgrube ohne Absaugung bei landwirtschaftlichen Einsatzstoffen toleriert werden,
sollen beliebige industrielle Cofermente eingesetzt werden, muss der Luftraum der Vorgrube
ständig abgesaugt und die Abluft gereinigt werden.
Lufttechnisch geschlossene Hallen bieten sich an, wenn eine Biogasanlage an einem besonders
kritischen Standort realisiert werden soll und weitgehende Freiheiten bei der Lagerung und dem
Handling der Einsatzstoffe bestehen sollen. Solche Hallen benötigen zumindest eine
Zwangsentlüftung. Die Abluft muss gereinigt werden. Dazu bieten sich die Verbrennung in
Motoren oder biologische Abluftreinigungsanlagen an.
Zu beachten ist weiterhin, dass durch den vergleichsweise geringen Luftaustausch die
Geruchsstoffkonzentration in der Halle am höchsten von allen Bauformen ist, so dass die Gefahr
besteht, dass beim Öffnen der Hallentore schwallartig Luft und damit Gerüche freigesetzt
werden und Belästigungen hervorgerufen werden. Diese Gefahr besteht bei den frei belüfteten
Hallen nicht.
Fermentation
Die eigentliche Biogaserzeugung wird nach unserer Erfahrung geruchlich gut beherrscht, da die
Fermenter ohnehin gasdicht ausgeführt werden müssen.
Probleme treten aber immer wieder dann auf, wenn Biogas direkt freigesetzt wird. Biogas besitzt
nach hauseigenen Messungen eine Geruchsstoffkonzentration von rund 500.000 GE/m³, andere
Institute haben auch schon mehrere Millionen GE/m³ bestimmt.
Es sind eine ganze Reihe von massiven Beschwerden bekannt, die auf die Freisetzung Biogas
zurückzuführen waren. Insbesondere Havarie- und Wartungszeiten der Motoren wurden bei der
Auslegung der Anlagen nicht ausreichend berücksichtigt. Letztendlich muss durch ausreichende
Redundanz der Motorenanlage oder durch Installation einer Notfackel sichergestellt sein, dass
das entstehende Biogas immer verbrannt werden kann.
Die möglichen Szenarien sollten ähnlich wie bei einer Sicherheitsanalyse in der Planung
durchgespielt werden, denn technische Anlagen besitzen die unangenehme Eigenschaft,
bevorzugt zu ungünstigen Zeiten auszufallen. Bei einer Motorhavarie beispielsweise sollten die
Maßnahmen zur Alarmierung, Pufferung und Verbrennung des Gases genau festgelegt sein
oder besser noch automatisch gesteuert ablaufen.
Weiterhin ist eine sorgfältige Druckhaltung auf der Gasseite der Anlage notwendig. Über
Wasserschlösser entweichendes Biogas steht zusätzlich die ungünstigste, nämlich bodennahe
Freisetzung mit geringster Verdünnungsmöglichkeit zur Verfügung, was Nachbarn besonders
freut.
Gasspeicherung
Aufgrund des stark schwankenden Anfalls von Biogas kann auf eine Biogasspeicherung nicht
verzichtet werden. Die meistgewählten Lösungen sind heute die Speicherung unter einer
Membran auf dem Nachgärbehälter oder ein separater Speichersack in einem gut durchlüfteten
Gebäude.
Leider haben Untersuchungen an Biogasanlagen ergeben, dass die verwendeten Membranen,
seien es PVC- oder PE-Materialien nicht geruchsdicht sind. Sie lassen geruchsintensive
Bestandteile entweichen, wobei die Freisetzugsrate stark von den Umgebungsbedingungen
bestimmt scheint. Bild 4 stellt Geruchsmessungen an einer Biogasanlage bei verschiedenen
meteorologischen Randbedingungen dar. Es kann festgestellt werden, dass die
Geruchsfreisetzung durch direkte Sonneneinstrahlung auf das Foliendach sowie durch höhere
Außentemperaturen stark begünstigt wird. Bei der untersuchten Anlage waren eine PVC und
eine PE Folie im Einsatz. Zudem muss vermutet werden, da es sich um Diffusionsvorgänge
handelt, dass auch die Zusammensetzung des Biogases und damit ihre Ursache, die
eingesetzten Fermentate, einen Einfluss ausüben.
Quellen dieser Art stellen ein besonderes Ärgernis für Betreiber und Anwohner dar, da sie nicht
kontrollierbar sind. Zu einem Großteil der Jahresstunden sind diese Anlagenteile unauffällig –
bei Zusammentreffen mehrerer ungünstiger Umstände lösen sie erhebliche Belästigungen aus.
Ein Beispiel: An warmen Sommertagen setzt ein Foliendach eines Nachgärbehälters besonders
viel Geruch frei, der aber tagsüber aufgrund der guten Verdünnungsverhältnisse der
Atmosphäre nicht auffällt, bei von den Nachbarn abgewandten Windrichtungen ohnehin nicht.
Wenn aber – und das ist statistisch gesehen irgendwann der Fall – am Abend des
beschriebenen Tages die hohe Quellstärke mit stabiler Atmosphäre und passender
Windrichtung zusammentrifft, tritt die Geruchsbelästigung ein – nicht zuletzt, weil solche
Wettersituationen dazu einladen, sich draußen aufzuhalten.
In letzter Konsequenz bedeutet dies, dass der Einsatz von Membranspeichern nur noch unter
besonders günstigen Randbedingungen möglich ist.
Leider ist auch die Alternative, die Speicherung in einem Gassack, nicht geruchsfrei. In einem
Gassack – Schutzgebäude wurde eine Geruchsstoffkonzentration von ca. 1.000 GE/m³
festgestellt, obwohl es sich um eine neue PE-Folie gehandelt hat. Nach unserer Einschätzung
erzeugt die Lösung, einen Gassack in einem frei belüfteten Gebäude aufzustellen, im Regelfall
kein Immissionsproblem – bei sehr kritischen Standorten muss aber diese Quelle in die
Betrachtungen einbezogen werden.
Motoren
Gerüche aus der Biogasverbrennung in Motoren sind sicherlich nicht der Hauptgrund von
Nachbarschaftsbeschwerden, aber doch auch gelegentlich eine Ursache. Tatsächlich wurden
bei mehreren Messungen an Zündstrahldieseln älterer Bauart Geruchsstoffkonzentrationen von
im Mittel 10.000 GE/m³ im Abgas gefunden. Diese Gerüche fand man tatsächlich mit guter
Genauigkeit auch als Geruchsfahnen an den Anlagen wieder, wie Bild 5 darstellt. Die
gefundenen Quellstärken sind relevant und nicht vernachlässigbar.
Bei modernen Gasmotor – Anlagen hoher Leistung wurden ebenfalls relevante
Geruchsstoffkonzentration von ca. 3.000 - 5.000 GE/m³ bestimmt. Das Minimierungspotential
scheint hier nicht besonders groß zu sein, wie Optimierungsversuche gezeigt haben. Im
Gegensatz zu der zuerst beschriebenen Anlage konnten jedoch teilweise keine Gerüche in
Bodennähe wahrgenommen werden, obwohl die Quellstärke in der gleichen Größenordnung
gelegen haben muss.
Für diese Phänomen gibt es derzeit noch keine vollständige Erklärung, jedoch eine Hypothese:
Bei vergleichsweise unsauber verbrennenden Motoren, wie den genannten Zündstrahldieseln
sind stabile Produkte der Verbrennung die hauptsächlichen Geruchsträger. Bei sauber
verbrennenden Motoren (dies können sowohl gut eingestellte Zündstrahler als auch Gasmotoren
sein) wird vor allem noch Stickstoffmonoxid (NO) im Abgas zu finden sein, dass eine
vergleichsweise hohe Geruchsschwelle besitzt und daher an der Anlage nicht zu riechen ist.
Wird aus dem Abgas eine Geruchsprobe gezogen, kann das NO während der unvermeidlichen
Lagerzeit der Probe bis zur olfaktometrischen Auswertung zu dem geruchsintensiveren NO2
oxidieren, so dass der Eindruck entsteht, die Geruchsemission am Kamin sei deutlich höher
gewesen.
Die Konzentrationsansätze in den Geruchsbetrachtungen für Biogasmotoren mussten durch die
Messungen nach oben korrigiert werden.
Nach Einschätzung unseres Hauses beruht die derzeit weit negativere Einstufung der
Zündstrahldieselmotoren durch die Genehmigungsbehörden auf der Tatsache, dass viele
Probleme bei den ersten, mit nur leicht modifizierten Zündstrahl – Serienmotoren ausgestatteten
Anlagen aufgetreten sind. U.E. hat die Zündstrahltechnik mit auf den Biogasbetrieb optimierten
Motoren weiterhin ihren Platz bei der Biogasverwertung.
Als Fazit ist festzuhalten, dass die Geruchsemissionen gut eingestellter Biogasmotoren durch
eine ausreichende Ableithöhe beherrscht werden können. Es besteht aber noch erheblicher
Untersuchungsbedarf
an
modernen
Zündstrahldieseln
und
der
Klärung
von
Umwandlungseffekten bei der olfaktometrischen Messung.
Gärrestelager
Gärrestelager sollten abgedeckt sein, sofern industrielle Cofermentate eingesetzt werden sollen.
Werden nur landwirtschaftliche Fermentate vollständig ausgefault oder bildet sich eine stabile
Schwimmdecke aus, kommt auch eine offene Ausführung des Lagers in Betracht.
Abluftreinigung
Bei der Abluftreinigung bieten sich heute im Wesentlichen zwei Systeme an: Die Verbrennung
der abgesaugten Luft im Motor und die Reinigung im Biofilter oder –wäscher.
Der Verbrennung im Motor sind vor allem durch die Verwendung von Leichtmetallbauteilen bei
aufgeladenen Ottomotoren Grenzen gesetzt, wo sie aufgrund der Korrosion durch Ammoniak
nicht eingesetzt werden kann.
Da nur eine vergleichsweise kleine Luftmenge abgesaugt werden kann sollten vorzugsweise
hoch belastete Abluftströme, beispielsweise aus der Vorgrube erfasst werden. Hier ist jedoch zu
beachten, dass die Absaugung mit einer Strömungssicherung ausgestattet werden muss, da die
beim Befüllen oder Rühren der Vorgrube entstehenden Gase sonst den Motor zum Absterben
bringen. Eine Skizze einer Vorgrubenabdeckung mit einer solchen Absaugung ist in Bild 6 zu
sehen.
Der Betrieb von Biofiltern sollte beim Einsatz zur Reinigung von Hallenabluft unproblematisch
sein. Bei der Reinigung von Abluft aus der Vorgrube muss berücksichtigt werden, dass diese
Schwefelwasserstoff (H2S) oder Ammoniak (NH3) enthalten kann, die beide in höheren
Konzentrationen für aerobe Mikroorganismen giftig sind. Vor der Reinigung konzentrierter Abluft
ist daher eine mehrstufige Wäsche (sauer/basisch/klar) in Betracht zu ziehen.
Allgemeiner Betrieb der Anlage
Ein Faktor, der immer wieder von den Betreibern unterschätzt wird, ist das eigene Verhalten im
Umgang mit der Anlage. Geruchsemissionen haben den Vorteil, dass jeder selbst das
Messgerät dafür besitzt und ständig mit sich herumträgt.
Aus der Erfahrung mit einer Vielzahl von Anlagen kann gesagt werden, dass Beschwerden in
der überwiegenden Anzahl von Fällen berechtigt sind. In Stichworten können eine Reihe von
Verhaltensmaßregeln zusammengefasst werden:
ƒ
Generell ist eine offene Informationspolitik zu empfehlen. Es ist sicherlich sinnvoll, die
Nachbarn einzubeziehen, dies sollte informell geschehen. Information, die den Eindruck
erweckt, es werde etwas Geruchsintensives, Störfallträchtiges o.ä. geschaffen, erzeugt
schon vor dem Verfahren Widerstände, die sich immer in höheren Forderungen seitens der
Genehmigungsbehörde niederschlagen.
Hier ist die eigene Geschicklichkeit gefragt.
ƒ
Bei erteilter Genehmigung sollten die Nachbarn noch intensiver einbezogen werden
(Besichtigung, Einweihung, Bitte um Rückmeldung über Geruchsprobleme). Kleine
Geschenke erhalten die Freundschaft!
ƒ
Im Betrieb sollte man sorgfältig darauf achten, geruchsintensive Vorgänge zu vermeiden.
Dazu gehört aber, dass man bestimmte Arbeitsschritte auch mit der Nase kontrolliert: Von
der Anlage weggehen und kontrollieren, ob man den Vorgang außerhalb wahrnehmen
kann! Aufgrund des logarithmischen Wahrnehmungsverhaltens der Nase kann man am
Entstehungsort die Reichweite nicht einschätzen.
Auch die Lieferanten müssen wissen, wie sie sich verhalten sollen und sich an regeln zur
Geruchsvermeidung halten.
ƒ
Muss man notgedrungen Maßnahmen mit starker Geruchsfreisetzung durchführen, so
sollte man dies bei einer unkritischen Windrichtung tun (Kostenlose lokale
Wetterinformationen gibt es im Internet unter mehreren Adressen) oder falls nicht möglich,
die Nachbarn vorher unbedingt informieren. Wenn sie dann später nichts wahrgenommen
haben, um so besser.
ƒ
Zum Umgang mit Nachbarn und Behörden gehört auch ein gutes äußeres Bild der Anlage.
Wer es nicht schafft, eine technische Anlage nicht halbwegs sauber und aufgeräumt zu
präsentieren, dem wird auch nicht der kompetente Umgang mit schwierigen Materialien
zugetraut.
ƒ
Wenn es Probleme gegeben hat, den Kontakt auch zu Beschwerdeführern und Behörden
weiter suchen. Immer zu erkennen geben, dass man an einer Lösung der Probleme
interessiert ist.
Abschließend sei noch einmal der anfangs genannte Satz zitiert: Es ist allemal billiger, eine
weniger gut ausgestattete Anlage umsichtig zu betreiben, als sie für jeden denkbaren Fall
auslegen zu müssen.
Verzeichnis der Abbildungen
Bild
1
Modellhafte Darstellung einer Biogasanlage
2
Systematik und Einsatzbereiche verschiedener Bauformen des Anlieferungbereiches
3
Prinzip der vergleichenden Geruchsmessung Emission – Immission
4
Geruchsimmissionsmessungen an einem Gärrestbehälter mit Foliendach unter verschiedenen meteorologischen
Randbedingungen
5
Geruchsimmissionsmessungen an Biogas – (Zündstrahldiesel-) Motoren unter verschiedenen meteorologischen
Randbedingungen
6
Vorgrube mit Absaugung und Strömungssicherung