Saubere Kohlekraftwerke 19.05.2020, 17:33 Uhr

Quecksilberarme Rauchgase sind möglich

Kohlekraftwerke gehören zu den größten Emittenten von giftigem Quecksilber. Kraftwerksbetreiber suchen deshalb nach machbaren Lösungen, um das Schwermetall möglichst preiswert aus dem Rauchgas herauszuwaschen.

Braun- und Steinkohlekraftwerke

Auf Braun- und Steinkohlekraftwerke kommen neue Obergrenzen für Quecksilberemissionen zu. Je niedriger diese Grenzwerte ausfallen, desto mehr Kraftwerksbetreiber müssen in Quecksilberminderungsmaßnahmen investieren.

Foto: panthermedia.net / saasemen

Emissionen aus Kohlekraftwerken sind nicht nur ein Thema des Klimaschutzes, sondern auch des Schutzes der Gesundheit und der Umwelt. Denn Kohle enthält natürlicherweise in geringen Mengen Schwermetalle. Wird Kohle nun verfeuert, werden diese frei. Die meisten Metalle bleiben in der Schlacke.

Quecksilber ist ein Sonderfall: Es ist leichtflüchtig und wird beim Verbrennen der Kohle überwiegend in die Luft freigesetzt. Die Folge: Kohlekraftwerke sind in Deutschland der größte Emittent des giftigen Quecksilbers: 2018 waren es etwa fünf Tonnen – und damit ein Großteil der mehr als 7,5 Tonnen Quecksilberemissionen, die das Umweltbundesamt (UBA) für Energie- und Industrieunternehmen ermittelt hat.

Und Quecksilber ist giftig. Besonders gefährlich sind organische Quecksilberverbindungen, da diese im Gegensatz zu elementarem Quecksilber fettlöslich sind. Sie werden meist mit der Nahrung aufgenommen. Die Verbindung „Dimethylquecksilber“ etwa ist ein starkes Umweltgift.

Kohlekraftwerke sind grundsätzlich in der Lage, Mensch und Umwelt mit deutlich weniger Quecksilber zu belasten als bisher. Denn dieses Schwermetall lässt sich mit einem Trick aus Rauchgasen gut entfernen.

Quecksilber: elementar und oxidiert

Dabei ist zu beachten, dass das Metall in der Kohle in zwei Formen vorkommt: in neutraler elementarer Form sowie in oxidierter Form als Salz. Dieser Unterschied ist für die Rauchgasreinigung wichtig. So entfernt die Rauchgaswäsche, die in Braun- und Steinkohlekraftwerken bereits seit Jahren Standard ist, einen Großteil des oxidierten Quecksilbers. Je nach Kohlekraftwerk werden so bereits etwa 30 bis 50 Prozent des Metalls aus dem Rauchgas rausgewaschen. Quecksilber in elementarer Form ist jedoch nicht wasserlöslich und wird daher im Wäscher nicht entfernt.

Die Kohlekraftwerksbetreiber halten damit die Quecksilbergrenzwerte, die zurzeit in Deutschland gelten, ein. Es sind zehn Mikrogramm pro Kubikmeter im Jahresmittel und 30 Mikrogramm pro Kubikmeter im Tagesmittel.

Strengere Quecksilbergrenzwerte

Doch strengere Werte stehen im Raum. Eine Expertengruppe hat 2017 für die EU festgelegt, dass bestehende Steinkohlekraftwerke mit den besten verfügbaren Techniken (BVT) – also mit dem Stand der Technik – in der Lage sind, zwischen weniger als einem und vier Mikrogramm Quecksilber pro Kubikmeter im Jahresmittel zu emittieren. Für bestehende Braunkohlekraftwerke liegt diese so genannte „BVT-Spannbreite“ bei zwischen weniger als einem bis sieben Mikrogramm pro Kubikmeter im Jahresmittel.

Unbestritten ist damit in der EU, dass sich mehr des giftigen Schwermetalls aus dem Rauchgas entfernen lässt als derzeit. Der Trick, der angewendet werden kann, ist, jenes Quecksilber, das in elementarer Form vorliegt, in eine oxidierte Form zu überführen. Hier bieten sich mehrere Wege an.

Mit Chemie weniger Quecksilber oder …

Eine Möglichkeit ist, mit dem chemischen Element Brom zu arbeiten: Wird der Kohle im Feuerungsraum ein Bromsalz – meist Kalziumbromid – zugegeben, reagiert das Brom im Salz mit dem metallischen Quecksilber. Dies wird oxidiert, es bildet sich Quecksilberbromid. Dieses Salz wiederum ist wasserlöslich und kann daher im Rauchgaswäscher ausgewaschen und in eine feste Form überführt werden.

Eine zweite Möglichkeit ist, bromierte Aktivkohle vor dem Elektrofilter zuzugeben. Durch die Bromschicht bindet auch metallisches Quecksilber an diese Aktivkohle. Sie wird dann mit dem Flugstaub über den Elektrofilter abgeschieden. Versuche etwa an Unipers Braunkohlekraftwerk in Schkopau zeigen, dass bis zu 80 Prozent des Metalls so entfernt werden kann.

Diese Varianten sind relativ preiswert, da dafür keine sehr teuren Anlagen eingebaut werden müssen.

… mit Technik weniger Quecksilber

Steinkohlekraftwerke emittieren grundsätzlich weniger Quecksilber als Braunkohlekraftwerke. Das liegt auch daran, dass Steinkohlekraftwerke Stickoxide aus den Rauchgasen entfernen – im Fachjargon: die Rauchgase „entsticken“. Stand der Technik ist die „selektive katalytische Reduktion“ (SCR) von Stickstoffoxiden. Dabei oxidieren die eingesetzten Katalysatoren quasi als erwünschten Nebeneffekt auch metallisches Quecksilber, so dass dies dann mit der Rauchgaswäsche entfernt werden kann. Mit speziellen Katalysatorschichten lässt sich der Effekt der Quecksilberoxidation noch verstärken.

Der Einbau solcher Entstickungsanlagen kostet relativ viel Geld, wie auch ein alternatives Verfahren mit Modulen, die das US-Unternehmen Gore anbietet: Die Module, die in oder hinter dem Rauchgaswäscher eingebaut werden, enthalten ein Sorptionsmittel, das metallisches wie oxidiertes Quecksilber im Modul adsorbiert und dort mit Schwefel ungiftiges Quecksilbersulfid bildet. Die Module sind sinnvoll, wenn das Rauchgas viel elementares Quecksilber enthält, so ist aus der Firma zu hören. Der Abscheidegrad hänge von der Anzahl der Module ab. Das Unternehmen nennt die Faustregel, dass durch jedes Modul der Quecksilbergehalt um 20 bis 30 Prozent sinkt.

Alle Varianten – ob chemischer Natur oder mit Technik – werden von Kohlekraftwerksbetreiber in der EU getestet.

Deutsche Politik uneins

Die BVT-Spannbreiten müssen alle Kohlekraftwerke in der EU von August 2021 an einhalten. Das ist die Vorgabe der EU. Jeder Mitgliedsstaat muss jetzt innerhalb des Rahmens dieser EU-Vorgabe Grenzwerte für die Kraftwerke im eigenen Land festlegen.

Welche Werte nun die deutsche Politik in der Großfeuerungsverordnung, also in der 13. Bundes-Immissionsschutzverordnung, von August 2021 an vorschreiben wird, ist offen. Fachleute aus dem Umweltbundesamt (UBA) halten derzeit Jahresgrenzwerte von einem bis zwei Mikrogramm pro Kubikmeter für Steinkohlekraftwerke und vier bis fünf Mikrogramm pro Kubikmeter für Braunkohlekraftwerke für machbar, finanzierbar und sinnvoll. In Referentenentwürfen aus dem Bundesumweltministerium standen Jahresgrenzwerte von zwei Mikrogramm pro Kubikmeter für Steinkohlekraftwerke und fünf Mikrogramm pro Kubikmeter für Braunkohlekraftwerke. Für letztere sah ein Diskussionspapier des BMU zudem ein Mindestabscheidegrad von 85 Prozent im Jahresmittel vor.

Umweltministerium will schärfere Vorgaben

Aus dem Bundeswirtschaftsministerium ist hingegen zu hören, dass es sich gerne an den oberen BVT-Vorgaben der EU orientieren will, also an vier Mikrogramm pro Kubikmeter für Steinkohle- und sieben Mikrogramm pro Kubikmeter für Braunkohlekraftwerke.

Der Punkt: je niedriger die Werte, um so mehr Kohlekraftwerke müssen mit Quecksilberminderungsmaßnahmen nachgerüstet werden. Nach den Vorschlägen des UBA würden nur sehr wenige Kraftwerke davon verschont – nämlich jene, deren Kohle wenig Quecksilber enthält. Übernimmt die Bundesregierung hingegen den Vorschlag des Bundeswirtschaftsministeriums, müssten nur wenige Kohlekraftwerke nachgerüstet werden – etwa jene Braunkohlekraftwerke in den östlichen Bundesländern, die besonders quecksilberhaltige Kohle verfeuern.

Von Ralph Ahrens

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