Die Gesamtheit aller Partikel in der Umgebungsluft wird Gesamtstaub oder TPM (Total Particulate Matter) genannt. Die Bedeutung des Gesamtstaubs ist gering, da keine gesundheitsgefährdende Relevanz besteht. Wesentlicher ist der Fein- staub der eine Teilmenge des Gesamtstaubes darstellt. Als Feinstaub, der auch als Schwebestaub bezeichnet wird, gelten Staubpartikel mit einem aerodynami- schen Durchmesser von weniger als 10 µm (PM10).
Da die Feinstaubgrenzwerte in der Vergangenheit immer öfter und deutlicher überschritten wurden, gibt es zahlreiche Debatten über die Feinstaubbelastung und deren Entstehung. Besonders Ballungsräume wie Wien, Graz und Linz sind betroffen. Starken Einfluss auf die Feinstaubemissionsspitzen nehmen die Wetter- verhältnisse, vor allem ungünstige Ausbreitungsbedingungen. Diese sind durch häufige Hochdruckwetterlagen mit Kern über Mittel- und Osteuropa, seltenen
Ökologische Betrachtung der Nutzung von Heizsystemen
Westwetterlagen, häufigem Eintrag von Luftmassen aus dem Osten, die eine hohe Vorbelastung aufweisen, sowie niedrige Windgeschwindigkeiten, bedingt.
Als Hauptverantwortliche für die hohen Feinstaubemissionen gelten die Industrie, Verkehr, Landwirtschaft sowie Hausbrand. Aufgrund der höheren Staubemissio- nen von Biomasseheizanlagen im Vergleich zu Öl- und Gasheizungen, die prak- tisch keine Staubemissionen aufweisen, geraten diese öfter in Kritik, die Feinstaubbelastung zu erhöhen. Fakt ist jedoch, dass durch den technologischen Fortschritt der vergangenen Jahre die Feinstaubemissionen der Altanlagen mit Biomassefeuerung deutlich unterboten werden konnten.
4.5.1 Gesundheitsrelevanz
Feinstaub entspricht der thorakalen Fraktion des Gesamtstaubes, das heißt, dass diese Fraktion über den Kehlkopf hinaus bis tief in die Lunge gelangen kann, da die Nase und die Bronchien die Feinstäube nicht ausreichend filtern können. Par- tikel mit einer Größe von unter 2-3 µm gelangen auch in die Lungenbläschen.
Es gibt epidemiologische Indizien, dass Stäube in der Luft ernste negative Ge- sundheitsauswirkungen haben. Studien zeigen deutliche Hinweise auf Effekte von Feinstaubbelastungen auf das Herz-Kreislaufsystem.
Die Feinstaubexposition mit der sehr kleinen Fraktion PM2,5 (<2,5 µm) ergab ein höheres Gesundheitsrisiko als mit der groben Feinstaubfraktion PM7,5 (<7,5 µm).
Es besteht aber bei beiden Fraktionen eine Belastung der Gesundheit und Schwellenkonzentrationen, unter denen keine Gefährdung der Gesundheit zu be- fürchten ist, sind dadurch schwer zu begrenzen. Man geht davon aus, dass die Inhaltsstoffe der Feinstäube, wie Metalle, organische Verbindungen, ultrafeine Partikel und Endotoxine toxikologisch wirksam sind.
Darüber hinaus zeigen erste Ergebnisse von Forschungsarbeiten, dass die Ge- sundheitsrelevanz von Feinstaub von der Konzentration an kohlenstoffhaltigen Partikeln abzuhängen scheint. Tests zeigen, dass Partikelproben aus der unvoll- ständigen Verbrennung erhöhten Zelltod hervorrufen, wohingegen Partikelproben aus der vollständigen Verbrennung von Biomasse keinen oder kaum Zelltod her-
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vor rufen. Dies ist von Relevanz, da die unvollständige Verbrennung in schlecht geregelten Altanlagen von kohlenstoffhaltigen Partikeln dominiert werden. Die Feinstaubemissionen aus der vollständigen Verbrennung in modernen Haushalts- anlagen bestehen zum größten Teil aus anorganischen Partikeln, welche nach den neueren Studien als nicht gesundheitsgefährdend eingestuft werden.
4.5.2 Feinstaub aus Biomassefeuerungsanlagen
Im Gegensatz zu Heizöl oder Gas, enthält Biomasse einen erheblichen Anteil an Asche, was bei der Verbrennung zu Flugaschenemissionen führt. Während der Verbrennung von fester Biomasse werden neben Grobasche auch Flugasche so- wie Aerosole gebildet. Sie bilden die Gesamtstaubemissionen.
Moderne Pelletsfeuerungen weisen kaum grobe Flugasche (>1 µm) auf, das liegt am extrem geringen Aschegehalt von Holzpellets, den vergleichsweise geringen Rauchgasgeschwindigkeiten im Feuerraum und im Kessel, sowie an der ruhigeren Verbrennung der Pellets im eingesetzten Brennersystem. Daraus resultiert, dass die Gesamtstaubemissionen von Pelletsfeuerungen zum Großteil der PM1- Fraktion (<1 µm), also den Aerosolen, zugeordnet werden.
Es wird zwischen anorganischen und organischen Aerosolen unterschieden. Die Konzentration der anorganischen Aerosole steigt mit der Verwendung von Hart- holz als Rohstoff für die Biomasse-Brennstoffe. Altholz, Stroh und Rinde weisen demgegenüber noch höhere Emissionen an anorganischen Aerosolen auf als Hartholz. Weichholz als Rohstoff für feste Biomassebrennstoffe ist zu bevorzugen, es weist die geringste Bildung von Aerosolen bei der Verbrennung auf.
Die Bildung kohlenstoffhaltiger Aerosole, die ein Produkt der unvollständigen Ver- brennung sind, bestehen aus elementarem Kohlenstoff (Ruß) oder kondensierten organischen Kohlenstoffverbindungen. Diese können durch feuerungs- und rege- lungstechnische Maßnahmen deutlich beeinflusst werden. Je vollständiger die Verbrennung ist, desto weniger organische Kohlenstoffverbindungen stehen zur Verfügung. Die Emissionen aus schlecht geregelten Altanlagen werden von koh- lenstoffhaltigen Partikeln beherrscht, moderne automatische Biomassefeuerungs- anlagen hingegen weisen fast nur anorganische Salze als Emissionen auf.
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4.5.3 Anteil der Feinstaubemissionen aus Pelletsfeuerungen an den Ge- samt-Feinstaubemissionen in Österreich
Die Emissionsfaktoren von Pelletszentralheizungsystemen für Staub wurden be- reits weiter oben mit einem Wert von 24 mg/MJ angegeben. Im Jahr 2006 wurden in Österreich etwa 400.000 t Pellets energetisch genutzt. Bei einem Heizwert von 4,9 kWh/kg FS für Pellets ergeben sich damit für dieses Jahr Feinstaubemissionen von rund 169,3 t, die aus Pelletsfeuerungsanlagen stammen.
Die gesamten Feinstaubemissionen in Österreich des Jahres 2006 betrugen ge- mäß Obernberger und Thek (2009) 42.500 t, 7.900 t sind dem Hausbrand zuzu- schreiben. Werden die Feinstaubemissionen aus Pelletsheizungen im Jahr 2006 mit den gesamten Feinstaubemissionen und den Feinstaubemissionen aus dem Hausbrand in Relation gesetzt, wird ersichtlich, dass Pelletsheizungen 0,41 % der gesamten Feinstaubemissionen und 2,27 % des Feinstaubes aus dem Hausbrand verursachen.
Es stammen lediglich 18,6 % der Feinstaubemissionen aus dem Hausbrand. Da- von wird der überwiegende Anteil von 89,9 % von Holzfeuerungen (ohne Pellets) und Kohlefeuerungen verursacht. Der Anteil von Ölheizungen ist verschwindend gering und Gasheizungen verursachen praktisch keine Feinstaubemissionen (Obernberger und Thek, 2009).
Die Verminderung der Feinstaubemissionen ist anzustreben, es zeigt sich jedoch, dass wesentliche Feinstaubemittenten in anderen Bereichen zu finden sind und dort ein entsprechend größeres Einsparpotential besteht.
Im Bereich Hausbrand könnten 72,9% der Feinstaubemissionen eingespart wer- den, würde man alle Holz- und Kohleheizungen durch moderne Pelletsheizungen ersetzen. Bei einem Ersatz der Selben durch Öl- bzw. Gasheizungen könnte sogar maximal 96,8% des Feinstaubes reduziert werden. Die zweite Variante würde aber in Konflikt mit den C02-Einsparungszielen Österreichs treten, da fossile Heizsysteme in der Gesamtbetrachtung bedeutend mehr CO2 produzieren als Heizsysteme mit Brennstoffen aus Biomasse. Die Nutzung von modernen Pellets- heizungen kann in beiden Bereichen wichtige Nutzen bringen, nämlich die Reduk-
Ökologische Betrachtung der Nutzung von Heizsystemen
tion der Feinstaubemissionen bei Ersatz von Holz- und Kohlefeuerungen und ei- nen bedeutenden Beitrag zur Reduktion der klimawirksamen Treibhausgase (Obernberger und Thek, 2009).
Ökonomische Betrachtungsweise des Austauschs
5 Ökonomische Betrachtungsweise des Austauschs
Zur Beleuchtung des ökonomischen Aspekts des Austauschs von fossilen Heizsystemen durch Biomasseheizsysteme dient dieses Kapitel. Der Brennstoff- preis als alleiniges Entscheidungskriterium für ein Heizsystem wäre nicht korrekt und unvollständig. Eine ökonomische Gesamtbetrachtung der vorgestellten Hei- zungssysteme kann mittels einer Vollkostenrechnung bewerkstelligt werden. Es werden folgende Zentralheizungssysteme für den Heizkostenvergleich auf Voll- kostenbasis herangezogen:
• Heizöl EL Zentralheizung
• Heizöl EL Zentralheizung mit Brennwerttechnologie
• Erdgaszentralheizung mit Brennwerttechnologie
• Pelletszentralheizung
• Scheitholzheizung
Außerdem werden in diesem Kapitel die externen Kosten der Raumwärmeversor- gung auf Basis von zwei Ansätzen betrachtet, um ein möglichst vollständiges Bild der ökonomischen Aspekte abbilden zu können.