Fuel-Related Primary Measures for the Reduction of Particulate Matter Emissions from the Combustion of Solid Biofuels in a Small-Scale Combustion Unit

Die Feinstaub- (FS) Emissionen überschreiten häufig die zulässigen Grenzwerte in den städtischen Gebieten Serbiens. Die Verbrennung von Ernterückständen und anderen für den Hausgebrauch ungeeigneten Brennstoffen in kleinen Haushaltsgeräten ist eine der Hauptquellen für FS-Emissionen. Brennstoffbezogene Maßnahmen zur Verbesserung der Verbrennungsqualität in bestehenden Low-Tech-Verbrennungsanlagen scheinen ein vielversprechender Ansatz zur Verringerung aschebedingter Probleme zu sein.

Das Hauptziel dieser Untersuchung ist es, die Möglichkeiten zur Verringerung der FS-Emissionen aus der Maiskolbenverbrennung in einer ausgewählten Kleinfeuerungsanlage durch brennstoffbezogene Maßnahmen (Pelletieren, Brennstoffmischung, Additivieren) zu untersuchen.

Brennstoffbezogene Maßnahmen zur Verringerung der Emissionen und des Ascheschmelzens haben sich als wirksam gewiesen:

Die Beimischung von Brennstoff beeinflusst die FS- und Kohlenstoffmonoxid- (CO) Emissionen. Je höher der Holzpelletanteil in der Brennstoffmischung ist, desto geringer sind die jeweiligen Emissionen.
Die Beimischung von Kaolin zu den Pellets beeinflusst die FS- und CO-Emissionen. Die höchste Verringerung der FS-Emissionen um 32 Gew.-% und der CO-Emissionen um 82 Gew.-% wurde bei der Additivieren von Maiskolbenpellets mit 1,5 Gew.-% Kaolin (und Bindemittel) im Vergleich zu nicht-additivierten Maiskolbenpellets mit Bindemittel erzielt.
Kaolin reagiert mit den Aschebestandteilen und bindet K in der Asche durch Bildung von K-Al-Silikaten, die die Freisetzung von K in die Gasphase (sowie die anschließende FS-Bildung) unterdrücken und eine hohe Schmelztemperatur aufweisen.
Bei der Untersuchung der Oberflächenmorphologie ausgewählter FS-Proben wurden zwei ineinandergreifende Netze festgestellt: (1) "primäre" polyedrische und kugelförmige Partikel mit einer Größe von etwa 1 μm, die hauptsächlich aus KCl bestehen, auf denen (2) ein "sekundäres" Netz quadratisch-prismenförmiger Partikel mit einer Größe von etwa 200 nm (hauptsächlich K2SO4-Partikel und in einigen Fällen K-Al-Silikate) zu finden ist. Diese Morphologie der FS hängt mit der Art des Biomassebrennstoffs zusammen. Dies wird auch durch die ähnliche Struktur und Zusammensetzung der FS-Proben aus der Verbrennung von Maiskolben unterstrichen.

Somit kann die Veränderung der Brennstoffeigenschaften eine vielversprechende Option sein um der Emissionen-Reduktion beizutragen.