Großfeuerungsanlagen

In Deutschland gibt es circa 600 Großfeuerungsanlagen. Ein großer Teil davon befindet sich in den Kraftwerken der öffentlichen Versorgung und der Industrie. Daneben gibt es Großfeuerungsanlagen zur Wärmeversorgung von Industrie, Gewerbe und Haushalten. Der enorme Bedarf an Strom und Wärme in Deutschland erfordert noch immer den Einsatz großer Mengen fossiler und biogener Energieträger.

Aufgabe des UBA ist es, Strategien und Maßnahmen zur Senkung der damit verbundenen Umwelt- und Klimabelastungen auszuarbeiten und diese im Zuge der fachlichen Beratung an die Politik heranzutragen. Sie umfassen thematisch die Emissionen in die Luft und Maßnahmen zu deren Minderung, den Wasserverbrauch und die Abwasserreinigung, die in den Großfeuerungsanlagen anfallenden Abfälle und Nebenprodukte sowie umweltverträgliche Verfahren zu deren Verwertung. In allen genannten Bereichen betrachtet das UBA auch den sparsamen Energie- und Brennstoffeinsatz.

Der Begriff der Großfeuerungsanlagen umfasst alle Feuerungsanlagen mit einer Feuerungswärmeleistung von 50 Megawatt oder mehr, in denen Brennstoffe fossiler Herkunft – vor allem Braun- und Steinkohle sowie Erdgas – oder Brennstoffe biogener Herkunft wie Holz eingesetzt werden.

Die Großfeuerungsanlagen dienen überwiegend der Stromerzeugung in Wärmekraftwerken. Dort übertragen sie die Brennstoffenergie auf einen Gasturbinenprozess oder auf einen Dampfkraftprozess zum Antrieb von Turbinen: Diese wandeln das Gas oder den Dampf in elektrische Energie um. Erfolgt die Auslegung des Gasturbinen- oder Dampfkraftprozesses so, dass die Anlage neben Strom auch nutzbare Wärme bereitstellen kann, spricht man von einer Anlage mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Daneben gibt es Großfeuerungsanlagen zur reinen Wärmebereitstellung. Dies können Heizwerke zur Bereitstellung von Dampf, Heißwasser oder Warmwasser sein, aber auch Anlagen zur Wärmeübertragung an andere Stoffe, wie zum Beispiel Thermalöl oder Unterfeuerungen in Raffinerien.

Die hohe Umweltrelevanz der Großfeuerungsanlagen resultiert aus den mit ihrem Betrieb verbundenen gewaltigen Stoff- und Energieströmen. So haben die deutschen Steinkohle-, Braunkohle- und Erdgaskraftwerke im Jahre 2021 255 Terawattstunden elektrische Energie (brutto) bereitgestellt. Das sind rund 44% der gesamten Bruttostromerzeugung (Vergleichszahlen für 1990: 348 Terawattstunden, 63,3%). Der hierfür notwendige Brennstoffeinsatz in den Kraftwerken betrug 17,7 Millionen Tonnen Steinkohle (in Tonnen Steinkohleeinheiten), 108,9 Millionen Tonnen Braunkohle und 146 Milliarden Kilowattstunden Erdgas. Entsprechend dem Aschegehalt der festen Brennstoffe fallen bei ihrem Einsatz in Großfeuerungsanlagen große Mengen Flug- und Kesselasche, Schmelzkammergranulat und weitere Rückstände an (in Steinkohle-Großfeuerungsanlagen insgesamt ca. 2,6 Mio. t, in Braunkohle-GFA ca. 8,3 Mio. t, Angaben jeweils für 2019).

Wärmekraftwerke sind überdies die größten Wasserverbraucher. Alle zusammen – also einschließlich der Kernkraftwerke – benötigten im Jahre 2019 circa 8,8 Milliarden Kubikmeter Wasser. Der größte Teil des entnommenen Wassers wird für die Kühlung verwendet. Hinzu kommen weitere Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe, wie etwa Einsatzstoffe für die Abgasreinigung. Darunter fallen alleine jährlich circa drei Millionen Tonnen Kalkstein für die Rauchgasentschwefelungseinrichtungen der Stein- und Braunkohlekraftwerke. Die Menge des von diesen Anlagen erzeugten Gipses belief sich im Jahre 2021 auf 5,1 Millionen Tonnen.

Hierzu gehören insbesondere die Emissionen in die Luft, darunter klimawirksame, versauernde und eutrophierende Luftschadstoffe, wie Kohlendioxid (CO₂), Schwefel- und Stickstoffoxide (SO₂ und NO_x) sowie Staub inklusive Feinstaub und Schwermetalle. Maßnahmen zur Minderung von Emissionen haben seit den 1980er-Jahren maßgeblich zur Verbesserung der Luftqualität in Deutschland beigetragen.

So konnten die Großfeuerungsanlagen ihre Staub- und SO₂-Emissionen um mehr als 90 Prozent und ihre NO_x-Emissionen um circa 70 Prozent mindern. Dennoch haben diese Anlagen auch heute noch einen maßgeblichen Anteil an den nationalen Gesamtemissionen. So trugen sie im Jahre 2021 zu 38% zu den SO₂-Emissionen bei (NO_x 19%, Gesamtstaub 1%). Hohe Bedeutung haben auch die CO₂-Emissionen: Sie stammen zu 37% aus Großfeuerungsanlagen.

Der hohe Kühlwasserbedarf von Wärmekraftwerken kann die Gewässer insbesondere thermisch belasten. Die Einhaltung von vorgeschriebenen Obergrenzen der Aufheizung kann im Extremfall ein Herunterfahren des Kraftwerks erzwingen. So mussten aufgrund der ⁠Hitzewelle⁠ im Sommer 2018 mehrere Kraftwerke ihre Leistungen drosseln. Abwässer aus den Wasseraufbereitungsanlagen, den Kühlkreisläufen und den Abgasreinigungseinrichtungen sind vor der Einleitung in die Gewässer zu reinigen.

Die in einer Großfeuerungsanlage anfallenden Rückstände werden rechtlich entweder als Nebenprodukt oder als Abfall zur Verwertung oder als Abfall zur Beseitigung eingestuft. Abfälle sollen in erster Linie umweltverträglich verwertet werden. Rückstände aus dem Sprühabsorptionsverfahren können zum Beispiel bei Einhaltung vorgeschriebener Anforderungen als Dünger in der Land- und Forstwirtschaft eingesetzt werden. Flugaschen aus Braunkohlekraftwerken werden häufig als Abfall zur Verwertung eingesetzt zur Verfüllung in Tagebauen.

Gips aus der nassen Kalksteinwäsche („REA-Gips”) fällt in vielen Anlagen in hochreiner Form an – häufig reiner als Naturgips – und kann daher in vielen Fällen als Nebenprodukt des der Erzeugung von elektrischer Energie angesehen werden. Der Gips wird in der gipsverarbeitenden Industrie unter anderem zur Herstellung von Gipskartonplatten verwendet. Ebenso kann Steinkohlenflugasche häufig als Nebenprodukt eingestuft werden.

Großfeuerungsanlagen und „Nachhaltige Produktion”

Das UBA wirkt an der kontinuierlichen Fortentwicklung des Standes der Technik in Großfeuerungsanlagen mit. Es trägt damit zur Emissionsbegrenzung und zum sparsamen Brennstoff- und Ressourceneinsatz bei. Errichtung und Betrieb von Großfeuerungsanlagen können auf diese Weise langfristig und zunehmend den Kriterien einer nachhaltigen Produktion – hier der Bereitstellung von Strom und Wärme – entsprechen. Der Einsatz von fossilen Brennstoffen erfüllt das Nachhaltigkeitskriterium allerdings nicht (kein geschlossener Kreislauf, Verbrauch von endlichen, nicht nachwachsenden Ressourcen).

Europarechtliche Einordnung

• Großfeuerungsanlagen fallen in den Geltungsbereich der Richtlinie 2010/75/EU über Industrieemissionen (IE-Richtlinie). Diese regelt die Genehmigung von Industrieanlagen. Kernstück ist das Konzept der Besten Verfügbaren Technik (BVT). Für Großfeuerungsanlagen gelten die Sondervorschriften des Kapitel III der Richtlinie in Verbindung mit den emissionsbegrenzenden Mindest-Anforderungen des Anhangs V. Dieser regelt die Begrenzung der Emissionen der Luftschadstoffe SO₂, NOx, CO und Staub.
• Im Rahmen des Informationsaustausches nach Artikel 17 (2) der Vorgänger-Richtlinie 2008/1/EG ist das englischsprachige BVT-Merkblatt für Großfeuerungsanlagen entstanden (Juli 2006). Das UBA hat die Arbeiten an dem Merkblatt durch ein Ende 2002 abgeschlossenes Forschungsvorhaben zum Stand der Technik bei ausgewählten Großfeuerungsanlagen in Deutschland unterstützt und eine Teilübersetzung des Merkblattes in die deutsche Sprache veranlasst.
• Das BVT Merkblatt für Großfeuerungsanlagen wurde im Jahr 2017 revidiert. Ihre wesentlichen Ergebnisse – die sogenannten BVT-Schlussfolgerungen – erforderten aufgrund ihrer in der IE-Richtlinie verankerten höheren Verbindlichkeit eine Anpassung der geltenden nationalen Vorschriften. Das UBA hat auch diese Revision mit einem Forschungsvorhaben zum Stand der Technik bei ausgewählten Großfeuerungsanlagen unterstützt. Das Projekt wurde 2013 abgeschlossen. 
• Zu weiteren für Großfeuerungsanlagen relevanten EU-rechtlichen Regelungen gehören unter anderem die Wasserrahmenrichtlinie 2000/60/EG sowie die Richtlinie 2008/105/EG zu Umweltqualitätsnormen im Bereich der Wasserpolitik. Auf ihrer Grundlage ist die Verschmutzung durch besonders umweltschädliche Stoffe – sogenannte prioritär gefährliche Stoffe – schrittweise zu reduzieren und ihre Einleitung in die Gewässer zu beenden oder schrittweise einzustellen. So stellt die weitergehende Minderung der Quecksilberemissionen aktuell eine große Herausforderung dar.
• Im Hinblick auf in Großfeuerungsanlagen anfallende Abfälle sind die Richtlinien 2008/98/EG und 2006/12/EG relevant. Soweit die Rückstände aus einer Feuerung oder ihrer Abgasreinigung wie zum Beispiel Steinkohlenflugasche oder REA-Gips seitens der Behörde nicht als Abfall eingestuft werden, fallen diese in der Regel unter die REACH-Verordnung und sind als Stoffe im Sinne dieser Vorschrift registrierungspflichtig.

Rechtliche Regelungen auf nationaler Ebene

Großfeuerungsanlagen sind nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) genehmigungsbedürftig. Emissionsbegrenzende und weitere Anforderungen sind in der Verordnung über Großfeuerungs- und Gasturbinenanlagen – 13. BImSchV – fixiert, die im Juli 2021 novelliert worden ist. Soweit Großfeuerungsanlagen neben Regelbrennstoffen Abfälle mitverbrennen, fallen sie unter die Verordnung über die Verbrennung und Mitverbrennung von Abfällen – 17. BImSchV – die ebenfalls gegenwärtig novelliert wird.
Abwasserrechtliche Anforderungen fußen auf dem Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushalts und sind konkretisiert in der Abwasserverordnung. Ihr Anhang 31 regelt die Wasseraufbereitung, Kühlsysteme und Dampferzeugung; Anhang 47 die Wäsche von Rauchgasen aus Feuerungsanlagen. Die abfallrechtlichen Anforderungen an GFA basieren auf dem Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrWG).