Biomasse gibt es zwar schon seit der Entstehung der Erde, doch in den letzten Jahrzehnten ist das Interesse an der Nutzung von Biomassevorräten auf einzigartige Weise gestiegen. Diese innovativen Ideen haben zu einer Unterscheidung zwischen „moderner“ und „traditioneller“ Biomasse geführt. Bei der modernen Nutzung werden Abfallprodukte biologischen Ursprungs zu neuen Produkten oder Bioenergie verarbeitet.
Unabhängig davon, ob es sich um moderne oder traditionelle Verfahren handelt, erfordert die Umwandlung von Biomasse häufig Maßnahmen zur Staubbekämpfung, um Unfälle zu vermeiden und die Sicherheit der Mitarbeiter zu gewährleisten. Zu den Methoden hierfür gehören neben Biomasse-Entstaubungssystemen je nach Anwendung auch eine ordnungsgemäße Wartung und industrielle Reinigungsmaßnahmen. Das Verständnis der Gefahren und der Funktionsweise eines Entstaubungssystems kann dazu beitragen, dass bei der Verarbeitung von Biomasse eine sauberere Luftqualität und mehr Sicherheit erreicht werden.
Definition von Biomasse
Biomasse ist ein weit gefasster Begriff, der erneuerbare organische Materialien beschreibt, die aus Abfällen von Lebewesen wie Tieren oder Vieh, Pflanzen und Mikroorganismen gewonnen werden. Die Quellen reichen von Lebensmittelabfällen über Ernterückstände, Klärschlamm und Holz bis hin zu Algen.
Zu den zahlreichen Verwendungszwecken für umgewandelte Biomasse zählen Bioenergie, Biochemikalien, Tierfutter, Bodenverbesserungsmittel, Kohlenstoffbindung, Lebensmittelzusatzstoffe und Konsumgüter von Klebstoffen bis hin zu Kosmetika. Allerdings muss Biomasse vor ihrer Umwandlung in nutzbare Produkte einem Trocknungsprozess unterzogen werden. Der bei der Trocknung und den nachfolgenden Prozessen entstehende Staub birgt verschiedene Gefahren am Arbeitsplatz, von biologischen Krankheitserregern bis hin zu möglichen Bränden oder sogar Explosionen.
Gefahren durch Biomasse-Staub – Brand- und Explosionsgefahr
Eine der Hauptverwendungszwecke von Biomasse ist die Nutzung als Brennstoff, wobei Holzprodukte einen der wichtigsten Rohstoffe für diesen Zweck darstellen. Jede Anlage, die Energie erzeugt, selbst Biokraftstoffe, muss Maßnahmen zur Brand- und Explosionsschutz berücksichtigen.
Die Nutzung von Biomasse als Brennstoff nimmt zu, wodurch sich das Risiko potenzieller Zwischenfälle erhöht. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) macht Biomasse etwa 10 % der weltweiten Primärenergieversorgung aus. In den Vereinigten Staaten entfielen im Jahr 2021 5 % unserer gesamten Energieversorgung auf Biomasse.
Die Arten von Biomasse, die den gefährlichsten Staub erzeugen können, können je nach verschiedenen Faktoren variieren, darunter Partikelgröße, Form und chemische Zusammensetzung. Im Allgemeinen neigen sehr trockene und fein gemahlene Biomassematerialien dazu, den gefährlichsten, brennbaren Staub zu erzeugen.
Beispiele für Biomasse, die eher zur Bildung von gefährlichem Staub neigt, sind Sägemehl, Holzspäne, Reishülsen und Stroh. Diese Materialien kommen häufig in der Holzverarbeitung, der Papierherstellung und der Landwirtschaft vor. Sägemehl beispielsweise hat aufgrund seiner feinen Partikelgröße und seines im Vergleich zu anderen Arten von Biomasse geringeren Feuchtigkeitsgehalts ein hohes Explosionspotenzial.
Das Verbrennungsdreieck
Das Dreieck der Verbrennung erfordert Brennstoff, Sauerstoff und Wärme. Diese drei Elemente sind in einer Holzpelletanlage reichlich vorhanden. Bei Verfahren zur Umwandlung von Biomasse in Energie oder einen industriellen Rohstoff entsteht häufig Staub, der sich schnell auf Maschinen, Dachsparren, Kabelkanälen, Leitungen und Rohrleitungen ansammeln und so den Brennstoff für die Verbrennung liefern kann.
Trockner, Hammermühlen, Pelletiermaschinen und sogar Förderbänder und Maschinen, die Material von einem Ort zum anderen transportieren, können zur Entflammbarkeit beitragen. Beispielsweise entstehen beim Transport oder der Handhabung eines brennbaren Produkts Reibung und Wärme. Kommt dann noch Sauerstoff und Staub als Brennstoff hinzu, besteht eine reale Brandgefahr. Ein weiterer Faktor, nämlich die Einschließung, wie beispielsweise Holzstaub in einem geschlossenen Behälter, macht dieses Feuer zu einer potenziellen Explosionsgefahr.
Aufgrund der oben genannten Gefahren muss verstärkt darauf geachtet werden, wie dieser Staub im System gelagert, transportiert und gesammelt wird. Dazu gehören Maßnahmen zur Vermeidung der Staubentstehung, zur Verhinderung des Austritts von Staub aus dem System in die Anlage und der Einsatz von ordnungsgemäß konzipierten Staubabsaugsystemen.
Wenn die Gefahr besteht, dass Staub in die Anlage gelangt, müssen spezifische Richtlinien zu sicheren Werten hinsichtlich der Brand- und Explosionsgefahr festgelegt werden. Bereiche in der Anlage, in denen aufgrund explosiver Atmosphären und/oder Gemische Brand- oder Explosionsgefahr besteht, werden als gefährliche (oder klassifizierte) Standorte oder Bereiche bezeichnet. In den Vereinigten Staaten und Kanada wird üblicherweise ein Klassen-/Division-System verwendet. In anderen Teilen der Welt wird in der Regel ein Zonen-System verwendet.
NFPA-Vorschriften und Staubgefahrenanalyse
Die National Fire Protection Association (NFPA) erfasst Brand- und Verbrennungsvorfälle in Industrie- und Produktionsstätten. Sie stellte fest, dass die US-Feuerwehren jedes Jahr (2011–2015) durchschnittlich zu mehr als 37.000 Bränden in Industrie- und Produktionsstätten ausrücken.
Vor diesem Hintergrund widmet die NFPA der Regulierung der Staubkontrolle mehr als eine Norm, um Brände und Explosionen zu verhindern. Die folgende Liste bezieht sich auf die Staubkontrolle bei Biomasse:
Die Normen 61, 652, 654 und 655 beschreiben Maßnahmen zur Staubbekämpfung.
Die Norm NFPA 664 zur Verhütung von Bränden und Explosionen in Holzverarbeitungs- und Holzbearbeitungsbetrieben umfasst den Schutz von Holzbiomasse- und Pelletanlagen.
NFPA 61 wurde für landwirtschaftliche und lebensmittelverarbeitende Betriebe oder landwirtschaftliche Biomasse geschrieben. Diese Norm nennt insbesondere geschlossene Behälter wie Silos, Trichter, geschlossene Becherwerke usw. als primäre Problembereiche.
Die Norm NFPA 68 zum Explosionsschutz durch Deflagrationsentlüftung enthält detaillierte Angaben zu den Arten der Entlüftung und Konstruktion, die bei Staubabsauganlagen zum Einsatz kommen können, wobei die Konstruktion und die Schutzmaßnahmen auf der Explosionsgefahr des Staubs basieren.
Es ist anzumerken, dass sich für NFPA 652 bedeutende Änderungen abzeichnen, da künftig alle produktspezifischen Normen in einer einzigen Richtlinie zusammengefasst werden sollen, darunter auch Biomasse-Materialien aus einer Vielzahl von Rohstoffen.
In der Holzpellet- und Biomasseindustrie müssen Anlagen, die Holzprodukte verwenden, eine Staubgefahrenanalyse (DHA) durchführen, bei der das Potenzial für gefährliche Atmosphären und Zündquellen untersucht wird. Ab dem 1. Januar 2022 müssen auch Anlagen, die landwirtschaftliche Produkte verarbeiten, eine DHA durchführen, und diese DHAs müssen unabhängig von der Branche alle fünf Jahre erneut validiert werden.
Weitere Empfehlungen umfassen Funkenerkennungssysteme, die in der Regel mit Förderbändern und Staubabsauganlagen verbunden sind. Diese Empfehlungen sollten durch ein geeignetes Löschsystem ergänzt werden.
Gemäß NFPA 68 sollten Staubabsaugsysteme über eine Explosionsentlüftung und Explosionsisolierung am Einlass und Auslass (falls erforderlich) verfügen. Diese Ausrüstung kann dazu beitragen, die Ausbreitung einer Verpuffung durch die Anlage zu kontrollieren oder zu verhindern und so eine sekundäre Explosion zu vermeiden.
Gesundheitliche Bedenken bei bestimmten Biomassearten
Die Herausforderungen, die Biomasse-Staub mit sich bringt, betreffen jedoch nicht nur die Brennbarkeit, sondern auch biologische Gefahren. Ein Beispiel hierfür ist Hühnermist. Sein Staub enthält organische Stoffe wie Bakterien, Pilze und andere Mikroorganismen, darunter auch Krankheitserreger wie Salmonellen und E. coli. Diese können ein Gesundheitsrisiko für die Mitarbeiter darstellen.
Hühnermist ist eine Art von Biomasse, die als erneuerbare Energiequelle genutzt werden kann, vor allem durch anaerobe Vergärung. Bei diesem Prozess entsteht Biogas oder Brennstoff für die Verbrennung zur Erzeugung von Wärme und/oder Strom. Die Art des dabei entstehenden Staubs hängt vom Alter des Mists, seinem Feuchtigkeitsgehalt und der Art der Handhabung und Verarbeitung ab.
Daher sind geeignete Reinigungsverfahren und -geräte zur Minimierung und Abscheidung des entstehenden Staubs von entscheidender Bedeutung. Manchmal kann ein Nasswäscher erforderlich sein, um Gerüche zu kontrollieren und/oder die vorhandenen Bestandteile zu neutralisieren.
Eine längere oder wiederholte Exposition gegenüber feinem Biomasse-Staub kann sich negativ auf die Gesundheit der Mitarbeiter auswirken. Zusätzlich zu den Risiken, die mit potenziellen Krankheitserregern verbunden sind, wie sie beispielsweise für Hühnermist aufgeführt sind, können auch andere Arten von Biomasse-Staub Gesundheitsprobleme verursachen, wenn sie nicht ordnungsgemäß aufgefangen werden. Beispielsweise enthält der Staub von Holzprodukten Giftstoffe, die allergische Atemwegsbeschwerden, Schleimhaut- und nicht-allergische Atemwegsbeschwerden und sogar Lungenkrebs verursachen können.
Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Staubabsaugungsunternehmen
Sly LLC verfügt über mindestens zwanzig Jahre Erfahrung in der Biomasseindustrie. Hinzu kommt eine über 100-jährige Geschichte im Bereich der Staubabsaugung insgesamt, sodass Unternehmen sicher sein können, dass jedes von den Mitarbeitern von Sly LLC entworfene und konstruierte Staubabsaugsystem eine effektive Staubkontrolle für alle Partikel gewährleistet.
Sly bietet eine umfassende Palette an Staubabsaugungsanlagen, die auf jedes industrielle Szenario zugeschnitten sind. Ob Schlauchfilter, Nasswäscher oder Verladestutzen benötigt werden – das Team von Sly kann die Staubabsaugung optimieren, um die Luftqualität, Sicherheit und Wartung zu verbessern. Wir erklären Ihnen gerne die Funktionsweise eines Biomasse-Staubabscheiders und welche Art von System am besten geeignet ist.
Ein einzigartiges Biomasseprodukt in Südflorida
Als Beispiel entwickelte Sly ein System für eine Bioenergieanlage in Südflorida, die Biomasse zu Strom und erneuerbaren Kraftstoffen umwandelte. Die Anlage benötigte ein Staubabsaugsystem, um Partikel aus der Trocknung von Palmwedeln, einem faserigen Pflanzenmaterial, aufzufangen. Nach der Trocknung hat der entstehende Staub eine geringe Schüttdichte und ein hohes Verbrennungspotenzial.
Sly installierte ein Staubabsaugsystem und einen Schlauchfilter mit speziellen Modifikationen, um die leichten, potenziell brennbaren Partikel zu bewältigen, die beim Trocknen des Biomasse-Rohstoffs entstehen. Zu den technischen Konstruktionsänderungen gehörten ein höherer hinterer Einlass am Schlauchfilter zum Auffangen der Partikel aus dem Trockner und eine explosionsgeschützte Entlüftung aus Sicherheitsgründen.
The baghouse incorporated one other customized feature, a reinforced structure designed and built to withstand high winds of up to 140 MPH. This area of South Florida is subject to severe weather outbreaks due to hurricanes. Further details are included in this case study.
Sly LLC berät Sie gerne zu den Ergebnissen der gemäß den NFPA-Vorschriften durchgeführten Staubgefahrenanalyse und entwickelt und konstruiert ein Absaugsystem zum Schutz von Leben und Eigentum. Download unser Whitepaper herunter, um mehr über Sly LLC und seine Erfahrung mit Absauganlagen und -systemen für Biomasse zu erfahren. Oder rufen Sie uns an und besprechen Sie Ihre Anforderungen mit unseren Ingenieuren.
Autor: Al Moretti, Vertriebsleiter Trockensegment
Al ist seit über 2 Jahren bei Sly und seit über 25 Jahren in der Staubabsaugungsbranche tätig.