TGA Heizungstechnik

TGA Ausgabe 10-2013
Eine vermeidbare Gefahr:

Holzpellets emittieren Kohlenstoffmonoxid!

Abb. 1 Holzpellets. Die Technik rund um den Brennstoff aus nachwachsenden Rohstoffen und der Markt­erfolg haben sich schneller als die Kenntnisse über die „Pellet-Chemie“ entwickelt. Inzwischen ist ­bekannt, dass (Quelle: FNR / D. Hagenguth )
Abb. 1 Holzpellets. Die Technik rund um den Brennstoff aus nachwachsenden Rohstoffen und der Markt­erfolg haben sich schneller als die Kenntnisse über die „Pellet-Chemie“ entwickelt. Inzwischen ist ­bekannt, dass schon bei der Herstellung viele Möglichkeiten existieren, gasförmige Emissionen aus ­Holzpellets zu vermindern.

Der Verdacht bestand schon länger: Nun belegt eine Forschungsarbeit der ­Georg-August-Universität Göttingen, dass die Lagerung von Holzpellets mit Emissionen an Kohlenstoffmonoxid einhergeht. Kohlenstoffmonoxid ist ein ­gefährliches Atemgift. Gegen den Brennstoff spricht das trotzdem nicht, aber für mehr Verantwortung: Planer, Heizungsfachbetriebe und Hersteller müssen die Kunden gezielt auf die Gefahren hinweisen – auch rückwirkend, für längst abgeschlossene Projekte. Bisher nur selten eingesetzte Kohlenmonoxidwarnmelder können rechtzeitig vor den Gefahren warnen.

Können Sie sich noch erinnern? In den „Anfangsjahren“ der Holzpellet-Heizung gab es zahlreiche Werbebilder mit Kleinkindern, teilweise bis zum Hals in Holzpellets eingebuddelt, teilweise vergnüglich mit Holzpellets um sich werfend (und die Bilder sind auch heute noch im Einsatz: „Holzpellets Kinder“ in die Bildersuche von Google eingeben). Knapp ein Jahrzehnt später kann man diese Fotos getrost als Jugendsünde der Branche bezeichnen. In kleinen Mengen in Kinderhänden kann der Brennstoff zwar kaum Schaden anrichten, inzwischen gibt es aber einen eindeutigen Sicherheitshinweis: Kinder sind vom Holzpelletlager fernzuhalten. Denn grundsätzlich ungefährlich sind Holzpellets (wie auch alle anderen Brennstoffe) nicht.

Im Januar 2009 hatte das Schweizerische Toxikologische Informationszentrum (TOX) davor gewarnt, dass Kohlenstoffmonoxid nicht nur bei defekten Heizungsanlagen (etwa durch einen Rückbrand), sondern auch durch die Pellets selbst entstehen kann. Die Warnung bezog sich allerdings auf tödliche Unfälle beim Entladen von Pellet-Frachtschiffen. Holzenergie Schweiz kam darum als Reaktion auf die TOX-Warnung zu folgender Bewertung: „Unter den Bedingungen, die in einem trockenen und mit normgerechten Pellets gefüllten Lagerraum herrschen, kann es nicht zu CO-Anreicherung durch Oxidation/Verbrennung in gesundheitsrelevantem Ausmaß kommen.“

Ob falsch oder richtig: Mit den heutigen Erkenntnissen ist diese Aussage hinfällig, da sie höchstens ein Teil der möglichen Probleme erfasst. Ein Jahr später endete in Remscheid die Kontrolle eines Füllstandsanzeigers in einem 150-t-Pelletbunker für den 43-jährigen Planer der Holzpellet-Heizungsanlage tödlich (Webcode 272818). Er starb in dem Holzpelletlager an den Folgen einer Kohlenstoffmonoxid-Vergiftung. Sein 52-jähriger Begleiter, der noch den Rettungsdienst verständigt hatte, konnte reanimiert werden.

Und ein Vorfall im Frühjahr 2012 zeigt, dass die Gefahr auch für kleine Holzpelletlager in Einfamilienhäusern real werden kann: In Großkorbetha wurden die Besitzer eines Einfamilienhauses gerade noch rechtzeitig durch einen Kohlenmonoxidwarnmelder auf eine gefährliche CO-Konzentration hingewiesen. Anschließend waren laut einem Bericht der Mitteldeutschen Zeitung1) insgesamt 65 Feuerwehrleute im Einsatz, um die erst wenige Tage vorher gebunkerten Holzpellets unter Atemschutz eimerweise zu entfernen. Es wurde eine CO-Konzentra­tion von über 300 ppm gemessen. Die Holzpellet-Heizung lief vor dem Großeinsatz mehrere Jahre störungsfrei.

Kaum Kenntnisse über Pellet-Chemie

Heizen mit Holzpellets ist eine relativ junge Option, Wärme aus nachwachsenden Rohstoffen bereitzustellen. Erst seit etwa zehn Jahren werden in Deutschland Holzpresslinge in größerem Umfang hergestellt und in Heizkesseln und Kaminöfen eingesetzt. Zunächst war aber wenig über die genauen chemischen Vorgänge beim Pressvorgang und ihre Auswirkungen auf das Emissionsverhalten der Pellets bei der Lagerung bekannt.

Darum hat der Deutsche Energieholz- und Pellet-Verband (DEPV) im Jahr 2009 das Forschungsprojekt „Umweltgerechte Herstellung und Lagerung von Holzpellets“ angestoßen. Im Mittelpunkt einer Forschungsarbeit der Georg-August-Universität Göttingen stand das Verhalten von Holzpellets rund um den Pressvorgang und bei der Lagerung des Energieträgers. Untersucht wurden insbesondere die Ursachen für gasförmige Emissionen aus Holzpellets, aus denen sich praktische Hinweise für Pelletproduzenten und Heizungsbetreiber ableiten lassen. An dem mehrjährigen Forschungsprojekt, das vom Bundeslandwirtschaftsministerium über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert wurde, waren neben dem DEPV auch mehrere Industriepartner beteiligt.

Die Forscher der Uni Göttingen untersuchten unter anderem den Einfluss der einzelnen Produktionsschritte, der verwendeten Holzarten und die Zugabe von Additiven auf die gasförmigen Emissionen von Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs). Seitdem ist klar: „Während der Pelletproduktion erfahren das Holz beziehungsweise die daraus hergestellten Späne tief greifende Veränderungen in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften.“

Pressen erhöht Emissionsvermögen

Die Ergebnisse des Verbundprojektes belegen, dass die Herstellung und Lagerung von Holzpellets mit Emissionen an Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid einhergeht. Holzpellets vermögen diese Gase in einem größeren Umfang zu emittieren als die verwendeten Holzspäne. Diese Zunahme wird hauptsächlich durch die beim Pressvorgang Abb. 2 auftretenden Temperatur- und Druckverhältnisse hervorgerufen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Extraktstoffe des Holzes und deren chemische Beschaffenheit für die Emissionen eine entscheidende Rolle spielen“, erläutert Projektleiter Prof. Dr.-Ing. habil. Edmone Roffael von der Uni Göttingen. Wie viel Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid entsteht, ist je nach Holzart unterschiedlich. „Extraktstoffreiche Hölzer wie Kiefer emittieren weitaus größere Mengen als extraktstoffarme Hölzer wie Fichte“, berichtet Roffael.

Ausgasungen lassen sich vermindern

Für den DEPV standen praxisorientierte Aussagen, die aus diesen Erkenntnissen für die Lagerung sowohl beim Produzenten als auch beim Heizungsbetreiber resultieren, im Vordergrund des Forschungsprojekts. Im Pelletwerk ist die ausreichend lange Lagerung des Rohstoffs in Form von Hackschnitzeln oder Rundholz eine einfache, geeignete Maßnahme zur Minderung der Emissionen. Alternativ oder ergänzend können die fertigen Holzpellets auch nach ihrer Herstellung abgelagert werden. Ebenso mindert die Kühlung der Pellets unmittelbar nach dem Pressvorgang Ausgasungen. Die Pellets sollten zudem vor der Auslieferung annähernd Umgebungstemperatur aufweisen. Der Einsatz von natürlichen Zusatzstoffen (Additiven) – wie beispielsweise in Holzrinden vorkommende Tannine – kann gasförmige Emissionen aus Pellets ebenfalls verringern.

Die wissenschaftliche Fortführung des Forschungsprojektes wird durch ein EU-gefördertes Forschungsvorhaben namens „SafePellets“ gewährleistet. Die produktions- und handelsrelevanten Minderungsmaßnahmen aus dem Projekt „Umweltgerechte Herstellung von Holzpellets“ werden im internationalen Zertifizierungsprogramm ENplus für Holzpellets berücksichtigt.

DEPV-Sicherheitshinweise

„Der DEPV sieht sich durch die Ergebnisse der Forschungsarbeit in seinen Bemühungen unterstützt, vor allem beim Heizungsbetreiber für einen sachgerechten, sicheren Umgang mit dem Pelletlager zu werben“, so der stellvertretende DEPV-Vorsitzende Martin Behr. Der Verband setzt hierzu auf Kommunikation – mit Schulungsmaßnahmen von Heizungsbauern und Sicherheitshinweisen für den Heizungsbetreiber. „Lagerstätten aller Energieträger sind Räumlichkeiten, die höchstens zu zweckgebundener Arbeit betreten werden sollten“, betont Behr. Hierzu hat der DEPV zusammen mit dem TÜV Rheinland Sicherheitshinweise erarbeitet, die einen gefahrlosen Umgang mit dem Pelletlager gewährleisten sollen ( http://www.depv.de ). Einen direkten Hinweis auf Kohlenstoffmonoxid-Emissionen aus Holzpellets und die damit einhergehenden Gefahren enthalten sie jedoch (bisher) nicht.

Auch an einer Neuauflage der DEPV-Broschüre „Empfehlungen zur Lagerung von Holzpellets“ wird gearbeitet. Bisher ist in dieser Kohlenstoffmonoxid (überarbeitete Neuauflage 2012) nur ein Randthema: „Im Falle von unvorhersehbaren Fehlfunktionen kann es in der Umgebung jeglicher Feuer- und Lagerstätten in geschlossenen Lagern zu erhöhten Konzentrationen gefährlicher Abgase in der Atemluft (z.B. Kohlen[stoff]monoxid) kommen, die sich auch über längere Zeiträume aufkonzentrieren und eine Gefahr darstellen. Auch wenn im Normalfall für den Betreiber kein Risiko entsteht, sind solche Störfälle dennoch nie auszuschließen.“ Einen Warnhinweis vor der „Lebensgefahr durch geruchloses Kohlenstoffmonoxid (CO) sowie durch Sauerstoffmangel“ findet sich erst bei den Sicherheitshinweisen für Pellet-Großlager für mehr als 10 t Inhalt. Bei kleinen Lagern wird dringend eine dauerhafte Belüftungsöffnung, beispielsweise über belüftete Deckel auf den Einblas- und Absaugstutzen, empfohlen.

CO-Warnmelder bieten mehr Schutz

Die kontinuierliche Belüftung und die „ausreichende Belüftung vor dem Betreten eines Holzpelletlagers“ (DEPV-Sicherheitshinweis für kleine Holzpelletlagerräume) sind zwar unbedingt notwendige Sicherheitsregeln, sie können aber keinen umfassenden Schutz vor der Verkettung ungünstiger Bedingungen gewährleisten. Kohlenstoffmonoxid ist ein äußerst tückisches Gas: Es ist farb-, geruch- und geschmacklos und nicht reizend. So wird es vom Menschen kaum wahrgenommen. Bereits geringe Konzentrationen führen zu Bewusstlosigkeit und bei längerer Exposition oder höheren Konzentrationen zum Tod Abb. 3.

Die kompakten Kohlenstoffmonoxid-Moleküle können zudem durch Decken und Wände diffundieren und so vermeintlich baulich getrennte Bereiche kontaminieren. Dazu kommt, dass die grippeähnlichen Vergiftungssymptome häufig nicht erkannt werden. Kohlenstoffmonoxid hat eine ca. 250-fach höhere Affinität an das sauerstofftransportierende Protein Hämoglobin als Sauerstoff. Dadurch kann kein Sauerstoff mehr zu den Zellen transportiert werden. Die Zellen werden dadurch akut sauerstoffunterversorgt und irreparabel geschädigt bzw. zerstört.

Betreiber von Holzpellet-Heizungen können sich und andere Bewohner jedoch wirksam vor einer gefährlichen Kohlenstoffmonoxid(CO)-Konzentration schützen, indem sie in ihren Gebäuden einen oder mehrere Kohlenmonoxidwarnmelder installieren. Darauf weist Thorsten Teichert, Regional Sales Manager Germany bei Ei Electronics, hin. Sein Unternehmen ist auf die Absicherung von Wohnungen und Räumen mit wohnungsähnlicher Nutzung sowie semiprofessionelle Applikationen nach DIN VDE V 0826-12) mit hochwertigen Rauch-, Hitze- und Kohlenmonoxidwarnmeldern sowie entsprechenden Funklösungen spezialisiert.

Kohlenmonoxidwarnmelder lösen bereits bei geringen CO-Konzentrationen einen Alarm aus und ermöglichen so ein gezieltes Reagieren, beispielsweise durch ausgiebiges Lüften, Abstellen der Heizungsanlage oder Alarmierung der Feuerwehr. Durch funkvernetzte Warnmelder kann der Alarm flächendeckend innerhalb der Nutzungseinheit und auch in großer Entfernung wahrgenommen werden. Zudem kann er auf gebäude- oder sicherheitstechnische Anlagen aufgeschaltet werden. Dadurch ist es möglich, wirksame Maßnahmen, beispielsweise durch die Ansteuerung vorhandener haustechnischer Anlagen, ohne ein Betreten der kontaminierten Bereiche einzuleiten.

Schnelle Detektion und Voralarm

Kohlenmonoxidwarnmelder detektieren bereits geringe CO-Konzentrationen ab etwa 30 ppm, die bei kurzzeitiger Einwirkung noch nicht gesundheitsschädlich sind Abb. 3, der Arbeitsplatzgrenzwert nach TRGS 9003) beträgt beispielsweise 35 ml/m3, das entspricht etwa 30 ppm. Teichert: „Die Detektion erfolgt ohne nennenswerte Verzögerung. So misst der Kohlenmonoxidwarnmelder Ei208DW-D Abb. 4 von Ei Electronics alle vier Sekunden die CO-Konzentration in der Luft und löst bei 43 ppm einen ersten akustischen Alarm aus. Bei so niedrigen Gasmengen wird zunächst ein Voralarm aktiviert und die vorhandene CO-Konzentration in ppm im Display angezeigt. Dazu erscheint die Aufforderung ‚Lüften!‘. Bei höherer Gaskonzentration oder bei einer niedrigen Gaskonzentration über eine längere Zeit ertönt ein akustischer Alarm mit mindestens 85 dB und es erscheint ein Totenkopfsymbol im Display, zusammen mit der Aufforderung ‚Gebäude verlassen!‘.“

Die Kosten für die unter Umständen lebensrettende Investition sind vergleichsweise gering. Teichert: „Die Endkundenpreise für hochwertige Kohlenmonoxidwarnmelder bewegen sich etwa zwischen 35 Euro für Stand-alone-Warnmelder ohne Display bis hin zu 85 Euro für funkvernetzbare Modelle inklusive Display, Funkmodul und fest verlöteten Langzeit­batterien.“

Richtige Montage ist essenziell

Ausschlaggebend für eine zuverlässige Funktion ist der Montageort der Kohlenmonoxidwarnmelder. Da das Gas zur Detektion in den Melder gelangen muss, sollten diese nicht in Totluftbereichen oder Bereichen mit ständiger Frischluftzufuhr montiert werden. Teichert: „Zur Absicherung des Gebäudes, in dem sich das Holzpelletlager befindet, wird eine Wand- oder Deckenmontage in einem Abstand von bis zu 3 m zur Öffnungsseite der Tür außerhalb des Lagers empfohlen. Eine Installation im Holzpelletlagerraum selbst verbietet sich nicht nur wegen der Zerstörung der Melderelektronik durch Pelletstaub, sondern vor allem durch die Gefahr von Staubexplosionen durch die nicht-ex-geschützten Geräte.“

Empfehlenswert ist die zusätzliche Montage eines Kohlenmonoxidwarnmelders im Aufstellraum des Holzpellet-Heizkessels, da wie bei allen anderen Brennstoffen auch, die Gefahr einer CO-Emission durch unvollständige Verbrennung bei defektem Brenner oder verstopften Abzügen besteht. Dort sollten die Melder mit einem Abstand zur Feuerstätte von 1 bis 3 m an der Decke oder in ausreichender Höhe an der Wand befestigt werden (CO hat eine geringfügig geringere Dichte als Luft).

Die genauen Montagebedingungen sind den Datenblättern und Bedienungsanleitungen der jeweiligen Hersteller zu entnehmen. Stationäre Kohlenmonoxidwarnmelder sind nicht zur mobilen Messung von Kohlenstoffmonoxid, beispielsweise durch Umhergehen, geeignet. Dafür sind spezielle Geräte im Handel, die auch bei Feuerwehren und Rettungsdiensten zum Einsatz kommen. Elektrochemische Kohlenstoffmonoxid-Sensoren besitzen bauartbedingt eine begrenzte Lebensdauer und müssen nach deren Ablauf ausgetauscht werden. Gründe dafür sind beispielsweise der Verbrauch des Sauerstoffs aus dem Luftreservoir und die Alterung des Elektrolyten. Bei hochwertigen Geräten beträgt die Lebensdauer mindestens sieben Jahre, wobei ein anstehender Melderaustausch rechtzeitig angezeigt wird. Wichtig ist auch eine Memory-Funktion zur Anzeige einer erhöhten CO-Konzentration nach einer Abwesenheit.

Mehr Sicherheit durch Vernetzung

Eine signifikant höhere Sicherheit und mehr Komfort bieten funkvernetzbare Kohlenmonoxidwarnmelder. Alarme und Störungen eines Melders werden an die vernetzten Melder weitergeleitet, sodass ein Alarm auch in weiter entfernten Räumen wahrgenommen werden kann. Dabei sind auch gemischte Installationen mit Kohlenstoffmonoxid-, Rauch- und Hitzewarnmeldern möglich. In modernen Funksystemen können zusätzlich Fernbedienungen bzw. Alarm-Controller eingesetzt werden, die unterscheidbare Kohlenstoffmonoxid- und Feuerwarnungen anzeigen und eine Lokalisierung des auslösenden Melders erlauben.

Per Funk angebundene Relais-Module ermöglichen die Aufschaltung der Warnmeldungen auf die potenzialfreien Kontakte von Gefahrenmeldeanlagen und Gebäudeleittechnik. Mit diesen Informationen können schnell und gezielt die richtigen Maßnahmen zur Behebung der jeweiligen Gefahrensituation getroffen werden. Das ist besonders interessant bei modernen Gebäuden mit „luftdichter“ Gebäudehülle: Bei einem Feueralarm muss die Lüftungsanlage ausgeschaltet, bei einem Kohlenstoffmonoxid-Alarm hingegen angeschaltet werden.

Fazit

Dass Kohlenstoffmonoxid aus Holzpellets ausgasen kann, muss als Tatsache akzeptiert werden – auch wenn schon bei der Produktion und Lieferung alle Maßnahmen ergriffen worden sind, die einer kritischen CO-Emission vorbeugen. Das spricht nicht gegen die Verwendung des Brennstoffs, erfordert aber eine hohe Sensibilität, Aufklärung, Sicherheitshinweise an die Betreiber und entsprechende Warnschilder an den Anlagen. Da die potenziellen Gefahren, anders als bei Heizöl und Erdgas, bei Holzpellets nicht so offensichtlich und kaum bekannt sind, müssen Planer, Heizungsfachbetriebe und Hersteller ihre Aufklärungsarbeit und -pflichten auf die Kenntnisse der Kunden abstimmen. Die Sensibilisierung für mögliche Kohlenstoffmonoxid-Emissionen gehört dazu. Auch für bereits abgeschlossene Projekte.

Die Erfahrung mit inzwischen mehr als 300000 Holzpellet-Feuerungen und somit einer entsprechenden Zahl von Holzpelletlagern deutet zwar auf ein relativ geringes Risiko hin, dass während der Nutzungsdauer der Anlage eine gefährliche CO-Konzentration im Aufenthaltsbereich auftritt. Dies gilt aber auch für Gas-Heizungen. Trotzdem kommt es immer wieder zu tragischen Todesfällen. Kohlenmonoxidwarnmelder hätten viele davon verhindern können. Trotz eines geringen Kostenaufwands werden sie bisher nur selten eingesetzt, vermutlich, weil die Eigentümer gar nicht vor die Wahl gestellt werden und weil sich die Branche mit entsprechenden Empfehlungen zurückhält.

Ändern könnte dies die noch zu veröffentlichende VDI-Richtlinie 3464 „Emissionsminderung – Lagerung von Holzpellets beim Verbraucher – Anforderungen an das Lager unter Sicherheitsaspekten“ (Entwurf liegt seit September 2012 vor). Sie legt laut VDI Anforderungen an Ausführung und Ausstattung von Holzpelletlagern bis zu einem Fassungsvermögen von ca. 100 t sowie an die Anlieferung der Pellets fest, um mögliche Emissionen oder Gefahren im Holzpelletlager zu vermeiden bzw. zu vermindern. Bei der Vorstellung des Entwurfs hieß es: „In Lagerräumen mit Pelletmengen bis zu 10 t ist das Risiko mit einfachen Maßnahmen zu entschärfen.“ Und: „Der VDI stellt [mit der Richtlinie VDI 3464] eine einheitliche und rechtssichere Planungs- und Verhandlungsgrundlage zur Verfügung.“ Bis dahin und eventuell auch drüber hinaus müssen Planer und Heizungsbauer für Kohlenmonoxidwarnmelder selbst die Initiative ergreifen.

Jochen Vorländer

Weitere Fachberichte zum Thema ­enthält das TGAdossier ­Pellets: Webcode 720

1) Mitteldeutsche Zeitung vom 2. Mai 2012: Alarmmelder rettet Familie. http://www.bit.ly/mz-alarmmelder

2) DIN VDE V 0826-1 Überwachungsanlagen – Teil 1: Gefahrenwarnanlagen (GWA) für Wohnhäuser, Wohnungen und Räume mit wohnungsähnlicher Nutzung – Planung, Einbau, Betrieb, Instandhaltung, Geräte- und Systemanforderungen. Berlin: Beuth Verlag, September 2013

3) Technische Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 900 „Arbeitsplatzgrenzwerte“, Januar 2006, Download auf: http://www.baua.de

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Holzpellets emittieren Kohlenstoffmonoxid!
  2. Teil: Hätten Sie das gewusst?
  3. Teil: Kohlenmonoxidwarnmelder
  • Abb. 2 Für die Holzpellet-Herstellung werden ­zunächst die Holzspäne aufbereitet und anschließend unter hohem Druck durch eine Stahlmatrize mit Bohrungen gepresst. Dabei findet eine Erwärmung statt, die das im Holz enthaltene Lignin ­verflüssigt, das dadurch als Bindemittel fungiert. Der Pressvorgang erhöht auch das Emissionsvermögen an Kohlenstoffmonoxid gegenüber den verwendeten Holzspänen.
  • Abb. 4 Kohlenmonoxid­warnmelder Ei208DW-D.
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