Mit Brom und Aktivkohle gegen Emissionen
Weltweit nehmen die Quecksilberemissionen aufgrund des Zubaus von Kohlekraftwerken in China und anderen Entwicklungs- und Schwellenländern zu. Dabei gibt es etablierte wie auch neue Ansätze, diese Emissionen zu senken. Vorreiter sind hier deutsche Unternehmen.
In Europa, Nordamerika und Russland sinken die Quecksilberemissionen. In Afrika und Südamerika steigen sie langsam, in Asien deutlich. Hauptquelle sind Kohlekraftwerke. Sie emittierten 2005 nach Angaben des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (Unep) 498 t Quecksilber (Hg) in die Luft. Nur 6 t davon stammen aus deutschen, knapp 50 t aus US-amerikanischen und weit über 100 t aus chinesischen Kraftwerken.
Wie sich auf technischem Wege diese Hg-Emissionen weltweit senken ließen, diskutierten Fachleute und Politiker Ende Januar im japanischen Chiba. Zunächst die Theorie: Der Hg-Gehalt von Steinkohle liegt zwischen 0,1 mg Hg/kg und 0,6 mg Hg/kg. Wird die Kohle verbrannt, lassen sich im Rohgas im Schnitt 10 µg Hg/m³ bis 30 µg Hg/m³ nachweisen. Staubfilter können 30 % bis 50 % des Metalls auffangen.
Wird zusätzlich Aktivkohle ins Rauchgas eingedüst, was einige kleine Kraftwerke in den USA tun, kann dies die Hg-Emissionen in der Luft um bis zu 90 % reduzieren. Mit Elektrofiltern, Entschwefelungs- und Entstickungsanlagen wie in der EU senken Kraftwerke den Hg-Gehalt in der Abluft meist um 75 % bis 85 %. Im Rauchgas deutscher Kraftwerke lassen sich im Kamin im Schnitt nur bis zu 10 µg Hg/m³ messen. Sie erfüllen damit den deutschen Tagesgrenzwert von 30 µg Hg/m³ locker. EU-weite Hg-Grenzwerte für Kraftwerke fehlen.
Staubfilter und Rauchgasreinigungsanlagen reichen aber nicht aus, um Quecksilber vollständig zu entfernen. Diese Verfahren würden das Metall in seiner oxidierten, kaum aber in seiner elementaren Form erfassen, erklärt Rolf Beckers vom Umweltbundesamt: „Metallisches Quecksilber wandert nahezu vollständig durch Filter und Wäscher hindurch.“ Ziel müsse es sein, im Rauchgas den Anteil von oxidiertem Quecksilber weitestmöglich anzuheben.
Wie viel Quecksilber in welcher Form im Rauchgas vorliegt, hängt von mehreren Faktoren ab. Enthält Kohle von Natur aus viel Brom- und Chlorsalz, wird metallisches Quecksilber bei hohen Temperaturen halogeniert, also aufoxidiert. Ist die Kohle schwefelreich, bildet sich viel Schwefeldioxid. Dieses Gas behindert zwar die Chlorierung, nicht aber die Bromierung des Quecksilbers.
Dieses Wissen nutzte Verfahrenstechniker Bernhard Vosteen, als er vor elf Jahren bei BayerIndustrialServices (heute Currenta) die bromgestützte Quecksilberabscheidung entwickelte. Heute leitet er das Kölner Beratungsbüro Vosteen Consulting und vertreibt das patentierte Verfahren weltweit.
Sein Trick: der Kohle oder der Feuerung Bromsalz zugeben. Dass das Verfahren funktioniert, zeigte der Einsatz in Sondermüllverbrennungsanlagen von Currenta. Dort werden seit 2001 Hg-haltige Abfälle mit bromreichen Flüssigabfällen oder unter Zugabe einer Kalziumbromidlösung verbrannt. Das erzielt Hg-Abscheideraten von mehr als 99 %.
Das Verfahren wird bereits vielfach angewandt, etwa in Klärschlammverbrennungsanlagen in Bottrop und Karlsruhe. In den USA haben Kraftwerksbauer Alstom und Kraftwerksbetreiber Southern Company das Verfahren lizenziert. Southern Company will es in vielen Anlagen einsetzen. Als Lizenznehmer von Alstom nutzen es bereits Steinkohlekraftwerke mit einer Kapazität von 5,5 GW. Dort liegt der Hg-Gehalt im Kamin oft deutlich unter 1 µg/m³. Das Verfahren hat inzwischen viele Nachahmer gefunden und eröffnet Bromherstellern wie Israel Chemicals sowie Albemarle und Chemtura aus den USA einen neuen Markt.
Auch im Evonik-Heizkraftwerk Herne und im Evonik-Kraftwerk des Chemieparks Marl wird die bromgestützte Quecksilberabscheidung erprobt. Das Bromsalz führt zur höheren Hg-Abscheidung im Rauchgaswäscher, die jedoch höhere Hg-Werte in Gipswerken verursachen kann. Denn dem Wäscher wird Kalksteinmehl zugefügt, das mit Schwefeldioxid und Sauerstoff zum Nebenprodukt Gips-Dihydrat reagiert.
Dieses wird in Gipswerken zu Gips getrocknet, aus dem Wandbau- oder Gipskartonplatten entstehen. „Hohe Hg-Werte im Dihydrat würden dort aber zu hohen Hg-Emissionen in der Abluft führen“, so Wolfgang Konrad, bei Evonik Steag GmbH zuständig für Neubauprojekte und Standortentwicklung.
Das zu vermeiden, arbeiten Evonik Energy Services und Vosteen Consulting an einem neuen Verfahren. Erst wird Quecksilber unter Zugabe von Kalziumbromid zur Kohle aus dem Rauchgas abgeschieden. Dann wird Aktivkohle fein verteilt in den Rauchgaswäscher zugefügt. Die Aktivkohle bindet gelöstes Quecksilber im Waschwasser. Der Hg-Gehalt in der wässrigen Phase sinkt von oft über 100 µg/l auf unter 10 µg/l, also deutlich unter Ursprungsniveau.
In Hydrozyklonen wird danach „grobkörniger“ Gips abgetrennt. Die Hg-haltige Aktivkohle bleibt neben Flugasche und feinteiligem Gips vollständig in der wässrigen Phase. „Wir verhindern so einen zusätzlichen Eintrag von Quecksilber und der Gips bleibt schneeweiß“, so Konrad.
Die Versuche zur kombinierten Bromid- und Aktivkohlezugabe im Heizkraftwerk Herne und im Kraftwerk des Chemieparks Marl seien erfolgreich, ist von Evonik zu hören. Weitere Tests sind im Frühjahr im Kraftwerk Herne geplant. Bestätigen sich die guten Ergebnisse, steht einer großtechnischen Anwendung des kombinierten Einsatzes von Bromsalz und Aktivkohle in der Zukunft nichts mehr im Wege. RALPH AHRENS
Veranstaltungshinweis: VDI-Seminar
„Messung und Minderung von Quecksilber-Emissionen“, 13. – 14.04.2011, Düsseldorf
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