Als Abgasreinigung wird das Entfernen von Luftverunreinigungen aus Abgasen bezeichnet. Zum Entfernen von festen Bestandteilen im Abgas werden die Verfahren der Entstaubung angewandt. Für gasförmige und flüssige bzw. tropfenförmige Stoffe können je nach den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Stoffe im Wesentlichen die nachfolgend beschriebenen Verfahren eingesetzt werden.
Abgasreinigung und Abluftreinigung Unter Abgas- oder Abluftreinigung versteht man die Entfernung schädlicher Komponenten aus der Gasphase. Die Begriffe Abgas und Abluft werden dabei uneinheitlich verwendet. Während in der TA Luft zum Beispiel dann von Abluft die Rede ist, wenn es um das Thema Tierhaltung geht,Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz vom 24. Juli 2002 (GMBl. S. 511). so wird in der Standardisierung häufig auf Gaszusammensetzung und -herkunft verwiesen: Mit Schadstoffen belastete Gase, die aus Räumen stammen, wo sich Menschen dauerhaft aufhalten können, werden als Abluft bezeichnet.VDI 3477:2016-03 Biologische Abgasreinigung; Biofilter (Biological waste gas purification; Biofilters). Beuth Verlag, Berlin, S. 8. Die Konzentration an Stickstoff und Sauerstoff muss dabei ähnlich der der Luft sein.VDI 3459 Blatt 1:2017-11 Terminologie in der Energie- und Abfallwirtschaft; Grundlagen. Beuth Verlag, Berlin, S. 15. Ansonsten handelt es sich um ein Abgas.
Abgasreinigungsverfahren Absorption Als Absorptionsmittel wird aus mehreren Gründen Wasser bevorzugt. Es ist in der Regel preisgünstig und in vielen Einsatzgebieten flächendeckend verfügbar. Reicht die Absorptionsfähigkeit von Wasser nicht aus, muss die Absorption durch chemische Umsetzung mit Zusätzen (Chemisorption) ergänzt werden. Insbesondere wasserlösliche Verunreinigungen werden aus dem Gas sehr gut herausgelöst. Die gelösten Stoffe dissoziieren dabei vollständig oder teilweise in Ionen.VDI 3927 Blatt 1:2015-11 Abgasreinigung; Minderung von Schwefeloxiden, Stickstoffoxiden und Halogeniden aus Abgasen von Verbrennungsprozessen (Rauchgasen) (Waste gas cleaning; Reduction of sulphur oxides, nitrogen oxides and halides from combustion flue gases). Beuth Verlag, Berlin, S. 18. Durch die Absorption von Substanzen aus dem Gas kann die Waschflüssigkeit verunreinigt werden. Oft sind die aufgenommenen Stoffe saure oder basische Chemikalien, wie z. B. Chlorwasserstoff, Stickoxide oder Ammoniak. Durch eine geregelte Zufuhr von Chemikalien lässt sich das Absorptionsmittel auf einem gewünschten pH-Wert halten. Andere Absorptionsmittel sind Öle (Ölwäsche) für organische Substanzen.
Absorber können unter anderem als Sprühwäscher, Wirbelwäscher, Strahlwäscher oder Venturiwäscher aufgebaut sein und erreichen hohe Absorptionsgrade. Nachteile der Absorptionsverfahren sind die entstehenden Abwässer oder Deponierprobleme. Darüber hinaus können bei der Absorption Aerosole entstehen, die, damit sie nicht in die nachfolgenden Reinigungsstufen verschleppt oder gar aus dem Abgasreinigungssystem ausgetragen werden, mittels Aerosolabscheider abgetrennt werden müssen.VDI 3679 Blatt 2:2014-07 Nassabscheider; Abgasreinigung durch Absorption (Wäscher) (Wet separators; Waste gas cleaning by absorption (Scrubbers)). Verlag, Berlin, S. 28.
Eine Sonderstellung nimmt die Rauchgasentschwefelung ein. Die unter dieser Bezeichnung eingesetzten Verfahren werden zur Entfernung von Schwefeldioxid aus Abgasen eingesetzt. Dadurch kann REA-Gips entstehen, der in der Bauindustrie Verwendung finden kann.
Adsorption Adsorptionsverfahren werden sowohl bei der Reinigung industrieller Abgase als auch in der Haustechnik, beispielsweise in Dunstabzugshauben, angewendet. Durch Anlagerung an die innere Oberfläche poröser Adsorbentien werden Luftschadstoffe, insbesondere Kohlenwasserstoffe, aus dem zu reinigenden Abgas entfernt.VDI 3674:2013-04 Abgasreinigung durch Adsorption; Prozessgas- und Abgasreinigung (Waste gas cleaning by adsorption; Process gas and waste gas cleaning). Beuth Verlag, Berlin, S. 4. Man kann Festbett-, Wanderbett-, Rotor-, Wirbelbett- und Flugstrom-Adsorber unterscheiden. In mehrstufigen Abgasreinigungsanlagen werden Adsorber als finale Reinigungsstufe, als sogenannte Polizeifilter, eingesetzt.VDI 3674:2013-04 Abgasreinigung durch Adsorption; Prozessgas- und Abgasreinigung (Waste gas cleaning by adsorption; Process gas and waste gas cleaning). Beuth Verlag, Berlin, S. 47.
Als problematisch können sich große Konzentrationsschwankungen der Luftschadstoffe erweisen, wenn aufgrund niedriger Eingangskonzentration im bereits beladenen Adsorbens eine Desorption stattfindet und Luftschadstoffe in unerwünschter Konzentration den Adsorber verlassen (Durchbruch). Sind solche Fälle zu erwarten, so ist der Adsorber größer zu dimensionieren oder das Adsorbens ist häufiger auszutauschen. Gebrauchte Adsorbentien sind zu regenerieren oder zu entsorgen.VDI 3674:2013-04 Abgasreinigung durch Adsorption; Prozessgas- und Abgasreinigung (Waste gas cleaning by adsorption; Process gas and waste gas cleaning). Beuth Verlag, Berlin, S. 70. Für bestimmte Trennaufgaben können Adsorbentien imprägniert werden. Das Imprägniermittel dient dabei entweder als Reaktionspartner (Chemisorption) oder als Katalysator für die heterogene Katalyse.VDI 3928:2017-01 Abgasreinigung durch Chemisorption (Waste gas cleaning by chemisorption). Beuth Verlag, Berlin, S. 21.
Katalytische Verfahren Die katalytische Abgasreinigung kommt in jedem modernen PKW, sowohl mit Ottomotor oder Dieselmotor und auch in industriellen Großanlagen zum Einsatz. Der Vorteil ist der vergleichsweise geringe Energieaufwand, der für die chemische Reaktion der Abgasreinigung notwendig ist. Nachteilig sind die z. T. höheren Investitions- und Wartungskosten der Katalysatoren (verglichen mit anderen Verfahren) und die Empfindlichkeit der Katalysatoren gegenüber Verunreinigungen und sogenannten Katalysatorgiften. Darum kann unter Umständen eine Vorabscheidung von Partikeln notwendig sein.VDI 3476 Blatt 1:2015-06 Abgasreinigung; Verfahren der katalytischen Abgasreinigung; Grundlagen (Waste gas cleaning; Methods of catalytic waste gas cleaning; Fundamentals). Beuth Verlag, Berlin. S. 15.
Als Beispiel für die katalytische Abgasreinigung sei der Dreiwegekatalysator in PKWs mit Ottomotor erwähnt. Er besteht aus einem keramischen Grundkörper, der mit Edelmetallen wie zum Beispiel Platin, Rhodium u. a. beschichtet ist. An der Oberfläche laufen die chemischen Reaktionen der Abgasreinigung stark beschleunigt und in der Regel ohne Energiezufuhr ab. Das im Abgas enthaltene Kohlenmonoxid (CO) wird zu Kohlendioxid (CO2) oxidiert, die Stickoxide (NOx) werden zu Stickstoff (N2) reduziert, jedoch erst wenn der Katalysator eine gewisse Temperatur erreicht hat.
Ein anderes Beispiel ist der Einsatz von Aktivkohle in großtechnischen Abgasreinigungsanlagen zum Beispiel zur Abscheidung von Dioxinen und Furanen, Schwermetallen, Stäuben und Halogenen nach Müllverbrennungsanlagen oder zur Entschwefelung und Entstickung nach Sinterbändern. Je nach Anlagengröße und Einsatzgebiet kann die beladene Aktivkohle regeneriert werden oder wird in Kohlekraftwerken verfeuert. Eine Methode ist das CSCR Verfahren.
Kondensation Die Abgasreinigung durch Kondensation wird insbesondere zur Abscheidung und WiedergewinnungVDI 2264:2001-07 Inbetriebnahme, Betrieb und Instandhaltung von Abscheideanlagen zur Abtrennung gasförmiger und partikelförmiger Stoffe aus Gasströmen (Commissioning, operation and maintenance of separator systems for the removal of gaseous and particulate substances from gas streams). Beuth Verlag, Berlin, S. 58. von Lösungsmitteln eingesetzt. Das Einsatzspektrum reicht dabei vom Labormaßstab mit einer Kühlfalle bis hin zu industriellen Großanlagen.
Je nach Betriebstemperatur wird zwischen verschiedenen Arten der Kondensation unterschieden. Die Betriebstemperaturen reichen von der Lösemittelkondensation mit Temperaturen um 25 °C bis zur Kryogenkondensation mit Temperaturen von bis zu −120 °C. Die Kühlung kann direkt oder indirekt erfolgen, wobei die indirekte Kühlung über Wärmeübertrager bevorzugt wird, da eine anschließende Phasentrennung entfällt.Umweltbundesamt (Hrsg.): , August 2007, S. 85.
Nichtkatalytisch-chemische Verfahren Zu den nichtkatalytisch-chemischen Verfahren zählen solche Verfahren, bei denen schädliche Abgasbestandteile durch chemische Reaktionen mit speziell zugegebenen Chemikalien dazu führen, dass die Schadstoffe in eine weniger schädliche Form überführt werden. Ein in der Industrie häufig eingesetztes Verfahren ist das sogenannte SNCR-Verfahren (). Bei dieser Form der Entstickung von Abgasen werden alle Stickoxide (NOx) durch Ammoniak (NH3) zu elementarem Stickstoff (N2) reduziert. Das Ammoniak wird dazu direkt in die Abgasleitung bei einer Temperatur von 900 bis 1000 °C eingedüst. Die eingesetzte Menge an Ammoniak ist allerdings genau auf die Menge an Stickoxiden abzustimmen da sich ansonsten Ammoniakreste im Abgas befinden können, die ebenfalls entfernt werden müssten.
Staubminderungsverfahren mini|Staubabscheider auf einem Fabrikdach Zur Entfernung von Partikeln (Entstaubung) aus einem Abgas stehen unterschiedlichste Verfahren zur Verfügung, die in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung und der Reinigungsaufgabe eingesetzt werden. Massenkraftabscheider, wie Schwerkraft- oder Fliehkraftabscheider, zeichnen sich durch geringe Investitions- und Betriebskosten sowie große Zuverlässigkeit aus.Franz Joseph Dreyhaupt (Herausgeber): VDI-Lexikon Umwelttechnik. VDI-Verlag Düsseldorf, 1994, ISBN 3-18-400891-6, S. 792. Da die für die Abscheidung wirksamen Kräfte proportional zur Partikelmasse sind,VDI 3676:1999-09 Massenkraftabscheider (Inertial Separators). Beuth Verlag, Berlin, S. 8. werden Massenkraftabscheider bevorzugt zur Grobentstaubung eingesetzt. Als Weiterentwicklung der Massenkraftabscheider können Gaswäscher verstanden werden, indem die resultierende Partikelmasse durch Anlagerung an Wassertröpfchen deutlich erhöht wird.Ekkehard Weber: Stand und Ziel der Grundlagenforschung bei der Naßentstaubung. In: Staub – Reinhalt. Luft. 29, Nr. 7, 1969, , S. 272–277. Gaswäscher sind in der Lage, in einem Verfahrensschritt staub- und gasförmige Schadstoffe aus einem Abgas zu entfernen.VDI 3679 Blatt 1:2014-07 Nassabscheider; Grundlagen, Abgasreinigung von partikelförmigen Stoffen (Wet separators; Fundamentals, waste gas cleaning of particle collections). Beuth Verlag, Berlin, S. 23. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie in explosionsfähiger Atmosphäre eingesetzt werden können. Nachteilig können die Entstehung von SchlämmenKarl Georg Schmidt: Naßwaschgeräte aus der Sicht des Betriebsmannes. In: Staub: Zeitschrift für Staubhygiene, Staubtechnik, Reinhaltung der Luft, Radioaktive Schwebestoffe. 24, Nr. 11, 1964, , S. 485–491. und eine Aerosolbildung durch die WaschflüssigkeitKlaus Holzer: Erfahrungen mit naßarbeitenden Entstaubern in der chemischen Industrie. In: Staub – Reinhalt. Luft. 34, Nr. 10, 1974, , S. 361–365. sein.