Gutachten Angemessener Sicherheitsabstand BGA Sembten - Gemeinde Schenkendöbern
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Gutachten
Angemessener Sicherheitsabstand
BGA Sembten
der
E.ON edis Contracting GmbH
Hans-Grade-Allee 11
12529 Schönefeld
Projekt Nr.: 190133
Stand: 27.11.2019
Eiklenborg + Partner mbB
Blinder Weg 4, 26789 Leer
Bekanntgegebener Sachverständiger gemäß § 29b BImSchG:
Jörg Heermann
Max Westphalen (QS)
Tel.: +49 (0) 40 / 46 09 20 82
E-Mail: jörg.heermann@ep-ing.de
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Inhaltsverzeichnis
1. Aufgabenstellung ................................................................................................................... 3
2. Ergebnis .................................................................................................................................... 4
2.1 Brand ....................................................................................................................................................... 4
2.2 Explosion ................................................................................................................................................ 4
2.3 H2S-Ausbreitung ................................................................................................................................... 4
2.4 Zusammenfassung ................................................................................................................................ 4
3. Unterlagen ............................................................................................................................... 6
3.1 Hersteller- und Betriebsunterlagen .................................................................................................. 6
3.2 Rechtsgrundlagen, Regelwerke.......................................................................................................... 6
4. Beschreibung ........................................................................................................................... 7
4.1 Lage und Umfeld ................................................................................................................................... 7
4.2 Lager- / Prozessanlage ........................................................................................................................ 7
4.3 Stoffe....................................................................................................................................................... 8
4.4 Begriffsbestimmung ............................................................................................................................. 8
4.4.1 Schutzwürdige Nutzungen ................................................................................................................. 8
4.5 Auswirkungen........................................................................................................................................ 9
5. Szenarien ................................................................................................................................ 10
5.1 Ausbreitung Biogas ............................................................................................................................ 12
5.1.1 Austrittsmassenstrom ........................................................................................................................ 12
5.1.2 Austritt eines Freistrahls ................................................................................................................... 12
5.2 Freistrahlflamme ................................................................................................................................. 13
5.3 Explosion .............................................................................................................................................. 15
5.4 Ausbreitung Schwefelwasserstoff................................................................................................... 16
5.4.1 Ausbreitung Schwefelwasserstoff aus dem Gärrestlager 4 ....................................................... 17
6. Abschlussformel ................................................................................................................... 18
Anhang 1 – Auswertung der Schwefelwasserstoff-Messungen ................................................ 19
Anhang 2 – Beispielauswertung der H2S-Einzelwerte ................................................................ 20
Anhang 3 – Visualisierung des angemessenen Sicherheitsabstands ....................................... 21
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27.11.2019 190133_JHE_E.On edis_BGA_Sembten_KAS_18 Seite 2 von 21Einzelfallprüfung zur Bestimmung des angemessenen Abstandes BGA Sembten
1. Aufgabenstellung
Die Firma E.ON edis Contracting GmbH (nachfolgend EON) betreibt derzeit auf dem Betriebsgelände
drei Durchfluss-Fermenter, drei Nachgärer mit Gasspeicher, sowie drei Gärrestlager mit Gasspeicher
und ist mit den derzeit bereits vorhandenen Biogasmengen ein Betriebsbereich der unteren Klasse
gemäß der 12. BImSchV (Störfallverordnung).
EON plant darüber hinaus die Errichtung eines weiteren Gärrestlagers 4 und Anlagenteile.
Daraus ergibt sich die Fragestellung, ob von der Biogasanlage im Falle eines Stoffaustritts ggf. Aus-
wirkungen auf schutzbedürftige Objekte resultieren könnten.
Die wesentliche Gefahr für die Umgebung geht von der Freisetzung des störfallrelevanten Stoffes
Biogas (12. BImSchV, Anhang I, Nr. 1.2.2, entzündbare Gase) mit anschließendem Brand bzw. Explo-
sionsereignis aus. Darüber hinaus bestehen Gefährdungen durch den im Biogas enthaltenen Schwe-
felwasserstoff (H2S).
Die Eiklenborg + Partner mbB (nachfolgend EP) wurde von EON beauftragt, ein Gutachten durch
einen § 29b-BImSchG-Sachverständigen zur Ermittlung des angemessenen Sicherheitsabstands zwi-
schen schutzbedürftigen Objekten und der geplanten Biogasanlage zu erstellen.
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2. Ergebnis
Für die Biogasanlage am Standort Parkstraße, 03172 Schenkendöbern Gemarkung Sembten wurden
verschiedene Störfallszenarien betrachtet, basierend auf dem störfallrelevanten Stoff Biogas.
Die Auswirkungen eines Austritts von Biogas wurden auf Grundlage des Leitfadens KAS-18 sowie
der Arbeitshilfe KAS-32 ermittelt und bewertet.
Relevant für die Ermittlung des angemessenen Abstands ist die Lage des Gärrestlagers 4, da das
Gärrestlager einen großen Gasspeicher ausgeführt als Membransystem besitzt. Die Gasräume der
weiteren Behälter sind entsprechend kleiner und werden entsprechend den Rahmenbedingungen
des KAS 32 nicht betrachtet.
Hinweis:
Die numerischen Ergebnisse sind wegen der notwendigen Reproduzierbarkeit exakt ange-
geben. Das darf nicht darüber hinwegtäuschen, dass es sich um grobe Näherungswerte
handelt, die allerdings als konservative Ansätze einzustufen sind.
2.1 Brand
Die Auswirkung des Abbrandes eines horizontalen Biogas-Freistrahls führt im Hinblick auf die Wär-
mestrahlung im Abstand von bis zu 66 Metern vom Gärrestlager zu einer ernsten Gefahr.
2.2 Explosion
Die Explosionsereignisse, die aus der ausgetretenen Biogaswolke resultieren, führen zu derart
geringen Explosionsdrücken, dass sie für diesen Standort nicht als ernste Gefahr zu betrachten sind.
2.3 H2S-Ausbreitung
Die Ausbreitung von Schwefelwasserstoff aufgrund eines Schadens in der Gasspeichermembran des
Gärrestlagers wirkt sich für die gewählte Aufpunkthöhe von 2 m im betrachteten Szenario im Ab-
stand von bis zu 55 Metern als ernste Gefahr aus.
2.4 Zusammenfassung
Die bei den Auswirkungsberechnungen der Einzelfallbetrachtung ermittelten Abstände sind in der
nachfolgenden Tabelle 1 für die betrachteten Szenarien zusammengefasst.
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Tabelle 1 Ermittelte Abstände der Szenarien vom Gärrestlager
Kriterium/ Szenario Grenzwerte Abstand
horizontal 45° Winkel
Wärmestrahlung 1,6 kW/m² 97 m 75 m
durch Freistrahlflamme (Beginn der nachteiligen Wirkung auf Menschen)
Explosionsdruck durch 100 mbar Wert wird nicht erreicht.
Gaswolkenexplosion (Zerstörung gemauerter Wände)
Schwefelwasserstoff- 30 ppm 55 m (horizontal)
ausbreitung (ERPG-2- Wert)
Der Gutachter schlägt daraus resultierend einen angemessenen Abstand von 100 m vor.
Ausgehend von den realen Windverhältnissen vor Ort bezüglich Wind-Richtung und Wind-Stärke
sind die durchgeführten Berechnungen als konservativ und sicher zu bewerten (siehe dazu Kapitel
4.1).
Innerhalb des angemessenen Abstandes befinden sich nach Informationen des Gutachters keine
schutzwürdigen Nutzungen im Sinne des BImSchG.
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3. Unterlagen
3.1 Hersteller- und Betriebsunterlagen
Die folgenden Unterlagen des Betreibers wurden für die Beurteilung herangezogen:
[U1] Luftbild fern, Brandenburgviewer, Landesvermessung und Geoinformation Brandenburg,
08.04.2019
[U2] Luftbild nah, Brandenburgviewer, Landesvermessung und Geoinformation Brandenburg,
08.04.2019
[U3] Amtlicher Lageplan, GE_AEV_Sembten-LP, AEV Energy GmbH, 1:500, 18.10.2019
[U4] Grundriss Anlage, GE_AEV_Sembten-GR, AEV Energy GmbH, 1:250, 18.10.2019
[U5] Schnitte, GE_AEV_Sembten-S, AEV Energy GmbH, 1:100, 18.10.2019
[U6] Wochenberichte BGA Sembten, excel-Tabelle, Erhalt per Mail vom 11.11.2019, 15:15 Uhr
von Herrn Wetzel
3.2 Rechtsgrundlagen, Regelwerke
Die folgenden Rechtsgrundlagen wurden für die Beurteilung herangezogen:
[R1] BImSchG
Bundesimmissionsschutzgesetz; Gesetz zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen
durch Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge, zuletzt
geändert 29.05.2017
[R2] 12. BImSchV
Zwölfte Verordnung zur Durchführung des Bundesimmissionsschutzgesetzes (Störfall-
Verordnung), zuletzt geändert 29.03.2017
[R3] KAS-18, Leitfaden
Empfehlungen für Abstände zwischen Betriebsbereichen nach der Störfall-Verordnung und
schutzbedürftigen Gebieten im Rahmen der Bauleitplanung - Umsetzung § 50 BImSchG,
Kommission für Anlagensicherheit, November 2010
[R4] KAS-32 Arbeitshilfe
Szenarienspezifische Fragestellungen zum Leitfaden KAS-18,
2. überarbeitete Fassung (Nov. 2015)
[R5] KAS-12 Merkblatt
Sicherheit in Biogasanlagen (06/2009)
[R6] Störfallbetriebe und schutzwürdige Nutzungen im bauaufsichtlichen Genehmigungsverfah-
ren und im immissionsschutzrechtlichen Beteiligungsverfahren,
Bauprüfdienst (BPD) 4/ 2013, Freie und Hansestadt Hamburg
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[R7] Gemeinschaftskommentar BImSchG, Führ, Carl Heymanns Verlag, 2. Auflage, 2019
[R8] Ausflussziffer und Brandverhalten von Rissen in der Folienabdeckung von Biogasanlagen,
Abdelkarim Habib, Martin Kluge, Technische Sicherheit Bd. 9 (2019) Nr. 07/08
4. Beschreibung
4.1 Lage und Umfeld
Die EON betreibt nordöstlich der Gemeinde Schenkendöbern im Landkreis Spree-Neiße in Branden-
burg, Gemarkung Sembten in der Parkstraße eine Biogaserzeugungsanlage [U3].
Die nächstgelegenen Bebauungen befinden sich in nachfolgenden Entfernung zur Biogasanlage:
• südsüdöstlich, ca. 150 m vom südlichsten Fermenter
• südwestlich, ca. 350 m vom GRL 2 (Straße: Neue Welt)
• südsüdöstlich, ca. 400 m vom südlichsten Fermenter (Eichenhof)
• südöstlich, ca. 450 m vom südlichsten Fermenter (L46, Steinsdorfer Straße)
• südsüdwestlich, ca. 700 m vom südlichsten Fermenter (Dorfmitte, Lindenstraße)
Abbildung 1 Windgeschwindigkeit, Lindenberg, Quelle: windfinder.com, Werte 2012-2019
4.2 Lager- / Prozessanlage
Die Biogaserzeugungsanlage besteht aus verschiedenen Anlagen, wobei die wesentlichen Mengen
an Biogas in den Behältern der Biogaserzeugungsanlage vorhanden sind.
Gärrestlager 1: 3.760 m³
Gärrestlager 2: 3.760 m³
Gärrestlager 4: 3.926 m³
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Bei den Behältern handelt es sich um Betonbehälter, wobei das Gärrestlager 4 eine Wandhöhe von
8 m hat und mit einem pneumatisch gestützten Membransystem zur Speicherung von Biogas ausge-
stattet sind, welches auf dem zylindrischen Behälter aufgesetzt ist.
Die angenommene Austrittshöhe wird durch die örtlichen Begebenheiten und das Einbinden des
Behälters in den Boden auf 5,10 m reduziert.
Das Gärrestlager 4 wird nordöstlich des Gärrestlagers 1 an der Grundstücksgrenze aufgestellt.
4.3 Stoffe
Die wesentliche Gefahr beim Betrieb der Biogasanlage für schutzbedürftige Objekte geht von der
Freisetzung des störfallrelevanten Stoffes Biogas (12. BImSchV, Anhang I, Nr. 1.2.2, entzündbare
Gase) mit anschließendem Brand bzw. Explosionsereignis aus.
Darüber hinaus bestehen Gefährdungen durch den im Biogas enthaltenen Schwefelwasserstoff
(H2S). Je nach Substrateigenschaften enthält Biogas unterschiedlich hohe Konzentrationen von
Schwefelwasserstoff, wobei bei der Biogasanlage bedingt durch die eingesetzten Substrate und
durch jahrelange Betriebserfahrung (s. Tabelle 11 und Abbildung 5) von einer H2S-Konzentration im
Gärrestlager 4 von max. 500 ppm ausgegangen wird.
4.4 Begriffsbestimmung
4.4.1 Schutzwürdige Nutzungen
Entnommen aus BPD 4/2013 der Hansestadt Hamburg [R6]:
4.3 Schutzwürdige Nutzungen
Artikel 12 Seveso-II-RL und § 50 Satz 1 BImSchG gehen nicht abschließend darauf ein, was unter
dem Begriff schutzwürdige Nutzungen fallen kann. Ausgehend vom Schutzziel des Artikel 12 der
Seveso-II-Richtlinie kommen als schutzwürdige Nutzungen in Betracht:
1. Wohngebäude > 20 Wohnungseinheiten
2. Versammlungsstätten > 100 Besucher
3. Verkaufsstätten > 800 m² BGF
4. Beherbergungsstätten > 60 Gästebetten
5. Tageseinrichtungen für Kinder, behinderte und alte Menschen
6. Schulen, Hochschulen und ähnliche Einrichtungen
7. Krankenhäuser, Heime und sonstige Einrichtungen zur Pflege und Unterbringung von Per-
sonen
8. Sonstige öffentliche Gebäude > 50 Besucher
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9. Anlagen und Räume vergleichbarer Größe, die in den Nummern 1 bis 8 nicht aufgeführt
sind und deren Art oder Nutzung mit vergleichbaren Gefahren verbunden sind.
10. Arbeitsstätten mit Publikumsverkehr > 50 Personen.
Dazu heißt es ergänzend im Rechtkommentar [R7]:
§ 50 BImSchG
Absatz 50
Fehlt es an planungsrechtlichen Vorgaben, also insbesondere im unbeplanten lnnenbereich oder ge-
gebenenfalls auch im Außenbereich, dann ist stets allein die tatsächliche Wohnsituation maßgebend,
deren Typisierung freilich im Lichte der Gebietstypen der BauNVO erfolgen wird. Einzelne Anwesen
oder Splittersiedlungen im Außenbereich gehören grundsätzlich nicht dazu.“
Weiter heißt es im Rechtskommentar [R7] zu „sonstigen schutzbedürftigen Gebieten, Absatz 51:
Schutzbedürftig sind auch andere Nutzungsweisen, die gegenüber schädlichen Umwelteinwirkungen
besonders empfindlich sind oder des Schutzes vor schweren Unfällen bedürfen. Dazu gehören die in
§ 50 Satz 1 ausdrücklich hervorgehobenen, nicht abschließend aufgezählten Beispiele für sonstige
schutzbedürftige Gebiete, die sich nicht immer trennscharf voneinander abgrenzen lassen (müssen).
…
Konkreter heißt es in [R7] Absatz 54:
Unter dem Gesichtspunkt des Naturschutzes sind als „besonders wertvolle oder besonders empfind-
liche Gebiete“ Erholungs- oder auch Schutzwälder zu nennen, Landschaftsschutzgebiete, FFH-Ge-
biete, Vogelschutzgebiete, Naturschutz oder Landschaftsschutzgebiete, Wasserschutzgebiete. Nicht
geschützt sind freie Landschaft, Splittersiedlungen oder Einzelanwesen im Außenbereich.
Über den MetadatenVerbund (MetaVer), dem gemeinsamen Metadatenportal der Länder Branden-
burg, Freie Hansestadt Bremen, Freie und Hansestadt Hamburg, Mecklenburg-Vorpommern, Saar-
land und Sachsen-Anhalt kann eingesehen werden, ob am Standort der Anlage ausgewiesene Schutz-
gebiete existieren. Das ist nicht der Fall (Quelle: https://www.metaver.de/kartendienste bzw.
http://maps.brandenburg.de/apps/Wasserschutzgebiete/ ).
4.5 Auswirkungen
Aus den ermittelten Stoffen und den daraus resultierenden Szenarien folgern zum einen Wirkungen
durch die Wärmestrahlung und zum anderen Gefahren durch die Toxizität der Stoffe.
Bezüglich dieser beiden Parameter werden verschiedene Abstufungen der Auswirkungen aufgeführt.
Die konkreten Wirkungsweiten werden in den einzelnen folgenden Kapiteln szenarienbezogen auf-
geführt und bewertet.
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Wärmestrahlung
Für die Wärmestrahlung ist mit einem Grenzwert von 1,6 kW/m² bei einer beliebigen Dauer die
Grenze des Beginns nachteiliger Wirkungen für Menschen erreicht.
Explosion
Bei den Wirkungen von Explosionen ist eine Grenze zu irreversiblen Gesundheitsschäden bei
0,175 bar Spitzenüberdrucks für den Trommelfellriss erreicht. Schäden z. B. durch zersplittertes Glas
sind schon ab 0,05 bar (für 100 % Bruch) zu erwarten. Als mittlerer Grenzwert wurde gemäß dem
Leitfaden KAS-18 für die Bauleitplanung 0,1 bar (100 mbar) gesetzt.
Toxische Wirkungen
Der KAS 18 [R3] legt als Beurteilungswert für die Gesundheitsbeeinträchtigung durch toxische
Stoffe den ERPG-2-Wert1 als Maßgabe fest.
Der ERPG-2-Wert ist die maximale luftgetragene Konzentration, bei der davon ausgegangen wird,
dass unterhalb dieses Wertes beinahe sämtliche Personen bis zu einer Stunde exponiert werden
könnten, ohne dass sie unter irreversiblen oder sonstigen schwerwiegenden gesundheitlichen Aus-
wirkungen oder Symptomen leiden, bzw. solche entwickeln, die die Fähigkeit einer Person beein-
trächtigen könnten, Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Nach Ansicht des Arbeitskreises Schadstoffe
(AK-SK) der Störfallkommission ist der ERPG-2, der Konzentrationsleitwert für den Luftpfad, als Pla-
nungswert der Auswirkungsbetrachtung des Sicherheitsberichts heranzuziehen.
5. Szenarien
Zur Bestimmung der Auswirkungen durch Brand- bzw. Explosionsereignisse wurden die Freisetzung
und nachfolgende Zündung von Biogas aus einem Riss in der Gasspeichermembran oder einem Ver-
sagen der Klemmschlauchbefestigung des Gärrestlagers unterstellt, entsprechend den Vorgaben der
Arbeitshilfe KAS 32 [R4].
Darüber hinaus wurden die Gefahren durch den im Biogas enthaltenen toxischen Schwefelwasser-
stoff (H2S) ermittelt. Hierbei wird auf die Detailkenntnisse des bisherigen Betriebes verwiesen und
0,05 Vol-% H2S (≙ 500 ppm) als Konzentration im GPL angewendet.
Dabei wurden die nachfolgenden Szenarien erarbeitet:
1. Zünddistanz:
Aus einem Riss in der Gasspeichermembran tritt Biogas aus und die maximale Ausdehnung
der Gaswolke bei einem horizontaler Freistrahl - bezogen auf die untere Explosionsgrenze -
wurde ermittelt.
1
Emergency Response Planning Guidelines
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2. Brand:
a) Aus einem Riss in der Gasspeichermembran tritt Biogas aus und die entstehende
Freistrahlflamme wird gezündet. Dabei wurde die Wärmestrahlung bewertet. (horizontale
und vertikale Freistrahlflamme).
b) Aus einem Riss in der Gasspeichermembran tritt Biogas aus, welches sich entsprechend
den atmosphärischen Bedingungen ausbreitet und sich anschließend entzündet.
3. Explosion:
Es wurde ein Riss in der Gasspeichermembran des größten Gasspeichervolumens mit an-
schließender Neutralgasausbreitung und Explosion der ausgetretenen Gaswolke in der ma-
ximalen zündfähigen Ausdehnung bewertet.
4. H2S-Ausbreitung:
Aus einem Riss in der Gasspeichermembran tritt Biogas mit einem Anteil von 500 ppm H2S
(0,05 Vol-% H2S) aus. Die Ausbreitung des toxischen Gases H2S wurde bewertet.
Dabei wird konservativ betrachtet, dass der Gasaustritt waagerecht erfolgt.
Grundsätzliche Annahmen basierend auf den Rahmenbedingungen am Standort und den Vorgaben
des KAS 32 [R4] dokumentiert die Tabelle 2.
Tabelle 2 Parameter Biogas am Standort BGA Sembten
Parameter Wert Einheit Kommentar
Volumenanteil Methan 54,00 %
Volumenanteil Kohlenstoffdioxid 45,95 % Auslegung/ Betriebserfahrung
Volumenanteil Schwefelwasserstoff 0,05 %
Freisetzungswinkel zur Horizontalen 0 ° Waagerechter Austritt in Windrichtung
Oberkante Behälterwand bezogen auf
Austrittshöhe 5,1 m
das Geländeprofil
Variables Gasspeichervolumen 3.926 m³ Membran-Gasspeicher
Temperatur innerhalb des
Temperatur 20 °C
Gasspeichers gemäß KAS 32
Druck 5 mbar Überdruck im Gasspeicher ge-
1,018 barabs
mäß KAS 32
Leckfläche 0,6 m²
Ausflussziffer 1,0 -
Konvention des KAS 32 [R4]
Freisetzungsdauer 10 min
Bodenrauhigkeit 0,5 wenig rau
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5.1 Ausbreitung Biogas
Bei diesem Ereignis wurde unterstellt, dass durch einen Riss (3 m x 0,2 m) in der Gasspeichermemb-
ran des Gärrestlagers Biogas austritt. Das Gas breitet sich infolge der atmosphärischen Bedingungen
weiter aus und bildet mit der Umgebungsluft ein explosionsfähiges Gemisch.
Hinweis:
Die nachfolgenden Berechnungen wurden mit ProNuSs 9.25.0 durchgeführt. Die angewen-
deten Algorithmen werden hier im Einzelnen nicht mit aufgeführt. Die Randbedingungen
für ausgewählten Modelle und betreffende Dateneingaben sind dokumentiert.
5.1.1 Austrittsmassenstrom
Der Austrittsmassenstrom wird mit den Parametern der Tabelle 2 berechnet. Die Ergebnisse sind in
der Tabelle 3 zusammengefasst.
Tabelle 3 Austrittsmassenstrom
Parameter Wert Einheit Kommentar
Massenstrom Biogas 20,826 kg/s
Engster Strömungsdurchmesser 874 mm umgerechnet aus A = 0,6 m²
Massenanteil Methan 29,97 %
Dichte Biogas 1,13 kg/m³
Das Gärrestlager hat ein variables Gas-Volumen von ca. 3.926 m³, dies entspricht bei einer Tempe-
ratur von 20°C und einem Druck von 1,018 bar einer Masse von 4.436 kg Biogas.
Bei konstantem Biogasaustritt wäre das Biogas nach ca. 3,5 Minuten ausgetreten. Der Austritt wird,
bedingt durch den abnehmenden Volumenstrom bei geringerem Druck, länger andauern. Es kann
nur das variable Gas-Volumen austreten, da das Gas aus dem starren Behälter nicht herausgedrückt
wird und im Behälter verbleibt.
5.1.2 Austritt eines Freistrahls
Durch die Austrittsberechnung als Freistrahl wird der Impuls berücksichtigt, den das Gas durch den
Druck in der Speichermembran erfahren hat. Dadurch wird die freigesetzte Gaswolke entsprechend
mit nur geringer Verdünnung weitergetragen. Die Wirkweiten für Brand, Gaswolkenexplosion, sowie
die toxischen Wirkungen von Schwefelwasserstoff sind bei einer Einwirkhöhe von 2 m entsprechend
weiter.
Diese Herangehensweise ist als konservativ zu betrachten, da nach neusten Erkenntnissen der Im-
puls zu vernachlässigen ist [R8].
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Tabelle 4 Parameter Freistrahl-Berechnung
Parameter Wert Einheit Kommentar
Freigesetzter Massenstrom 20,826 kg/s Ergebnis aus Kapitel 5.1.1
Austrittswinkel zur Horizontalen 0 ° Kritischer Fall
Durchmesser Austritt 874 mm
Exponent des Geschwindigkeitsprofils 0,28 -
Potenzprofil nach VDI 3783-1
Wetterlage (VDI 3783) Indifferente Temperaturschichtung
Bodenrauigkeit 0,5 wenig rau
Freistrahlmodell Schatzmann, modifiziert
Turbulenzmodell Schatzmann
Untere Explosionsgrenze Biogas 8,5 Vol-% Ermittelt aus [R5]
Obere Explosionsgrenze Biogas 22,5 Vol-% Ermittelt aus [R5]
Ergebnisse
Explosionsfähige Masse 101,95 kg Biogas
Max. Zündabstand horizontal 58,77 m
5.2 Freistrahlflamme
Für die Untersuchung der Bestrahlungsstärke durch eine Freistrahlflamme wird wie schon im vor-
hergehenden Kapitel davon ausgegangen, dass sich das Biogas aus einem 0,6 m² großen Riss im Gär-
restlager ausbreitet. Dabei werden die in Tabelle 5 dargestellten Werte verwendet. Zudem wird an-
genommen, dass die Flamme rußlos verbrennt.
Tabelle 5 Eingabedaten der Freistrahlflamme
Eingabedaten Kommentar
Stoff Biogas
Freisetzung kontinuierlich 20,826 kg/s
Freisetzungshöhe 5,1 m
Umgebungstemperatur 20 °C
Emissionsverhältnis des Empfängers 0,9
Winkel gegenüber Horizontalen horizontal
Es wurden die Wärmestromdichten einer Freistrahlflamme als konservative Annahme für eine hori-
zontale Flamme untersucht.
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Tabelle 6 Ergebnisse der Wärmestrahlung durch die Freistrahlflamme
Unterschritten in m Abstand vom
Unterschrittener Behälterrand (Gärrestlager)
Auswirkungen
Grenzwert
horizontal (0°) 45°
10,5 kW/m²2 Tödliche Verbrennungen nach 40 s 86,04 m -
3 kW/m² Schmerzgrenze nach 30 s 91,89 m 55,45 m
Beginn der nachteiligen Wirkung
1,6 kW/m² 96,61 m 74,56 m
auf Menschen
Tabelle 6 und die Abbildung 2 zeigen die Ergebnisse der Berechnung der Wärmestrahlung durch eine
Freistrahlflamme. Hierbei wurden die Entfernungen sowohl für die konservative, horizontale Frei-
strahlflamme berechnet. Der im KAS 18 angegebene Grenzwert für tödliche Verbrennungen inner-
halb von 40 Sekunden wird bei einem horizontalen Ausflusswinkel bis zu einer Entfernung von 86 m
überschritten. Eine nachteilige Wirkung für den Menschen wurde bis zu einer Entfernung von 97 m
ermittelt.
Abbildung 2 Wärmestrahlung in Abhängigkeit vom Freisetzungsort durch eine Freistrahlflamme, 0°
2 Gemäß KAS 18 [R3] Anhang 4 benötigt die Entzündung von ungestrichenem Holz eine Wärmestrahlung von 32,0 kW/m²
über eine Dauer von 900 Sekunden. Insofern ist das Auslösen eines Waldbrandes durch eine Freistrahlflamme unwahr-
scheinlich.
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5.3 Explosion
Zur Bewertung eines unterstellten Explosionsereignisses wird folgendes Szenario untersucht. Das
Biogas tritt aus einem Riss in 6 m Höhe aus dem Gärrestlager aus und breitet sich mit dem Anfangs-
impuls und entsprechend den atmosphärischen Bedingungen aus. Die entstehende Gaswolke wird
gezündet und die Druckwirkung (Explosionsüberdruck) wird bewertet. Dabei wurde unterstellt, dass
das Explosionsereignis im Freifeld erfolgt (unverdämmt) und die Zündung durch eine Quelle mit nied-
riger Energie (z.B. durch einen Funken, eine Flamme, eine heiße Oberfläche, etc.) erfolgt.
In Tabelle 7 sind die entsprechenden Eingabedaten aufgeführt.
Tabelle 7 Eingabedaten (Explosion im Freien)
Eingabe (mittlere Ausbreitungssituation)
Stoff Biogas
Gesamtmasse im explosionsfähigen Bereich [kg] 101,45
Multi-Energy Modell
Stärke der Explosion 3
(1=sehr schwache Explosion, 10=Detonation) (Schwache Explosion, unverdämmt)
Untere Zünddistanz der Gaswolke [m] 58,8
In Abbildung 3 ist der mit dem Multi-Energy-Modell berechnete Druckverlauf in Abhängigkeit der
Quellentfernung des Explosionsereignisses dargestellt.
Die Berechnung des Druckverlaufs (Tabelle 8) zeigt, dass bei dem gewählten Szenario bezüglich des
Explosionsdrucks die relevanten Grenzwerte für eine ernste Gefahr nicht überschritten werden.
Hierbei wurden die Grenzwerte des KAS 18 herangezogen.
Der Grenzwert zum Bruch von 75 % der Fensterscheiben von 30 mbar wird bei einer mittleren Aus-
breitungssituation bis zu einer Entfernung von 55 m überschritten.
Tabelle 8 Ergebnisse Explosionsdruck
Unterschrittener Unterschritten in m Abstand vom
Auswirkungen
Grenzwert Behälterrand (Gärrestlager)
175 mbar Untere Grenze Trommelfellriss
Wert wird nicht erreicht
100 mbar Zerstörung gemauerter Wände
30 mbar Bruch von 75 % der Scheiben 54,8 m
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Abbildung 3 Explosionsdruck in Abhängigkeit des Freisetzungsortes, Gaswolkenexplosion, 0° Austritt
5.4 Ausbreitung Schwefelwasserstoff
Im Rahmen dieses Ereignisses wurde unterstellt, dass Biogas bzw. H2S aus einem Riss in der Mem-
bran des Gärrestlagers mit einem Anfangsimpuls austritt und sich entsprechend den vorliegenden
atmosphärischen Bedingungen ausbreitet. Entsprechend der Vorgabe des KAS 32 wird eine mittlere
Wetterlage nach VDI Richtlinie 3783 mit einer indifferenten Temperaturschichtung und ohne Inver-
sion betrachtet. Die angenommene Windgeschwindigkeit beträgt 3 m/s.
Detailkenntnisse zum erwarteten H2S-Gehalt im Biogas liegen durch reale Erfahrungen aus dem Be-
trieb mit der Substratzusammensetzung vor. Es wird von einem Schwefelwasserstoff-Gehalt im Gär-
restlager von unter 100 ppm ausgegangen (s. Anhang 1 – Auswertung der Schwefelwasserstoff-Mes-
sungen und Anhang 2 – Beispielauswertung der H2S-Einzelwerte). Die Berechnungen erfolgen auf
einer Konzentration von 500 ppm Schwefelwasserstoff.
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5.4.1 Ausbreitung Schwefelwasserstoff aus dem Gärrestlager 4
Tabelle 9 Austrittsmassenstrom Schwefelwasserstoff
Parameter Wert Einheit Kommentar
Massenstrom Biogas 20,826 kg/s
Massenanteil Schwefelwasserstoff 0,059 % ≙ 500 ppm
Abbildung 4 zeigt das Ergebnis der Ausbreitungsrechnung von Schwefelwasserstoff. Als Beurtei-
lungsgrundlage des Achtungsabstandes dient der ERPG-2-Wert von 30 ppm (45 mg/m³).
Bei einer Aufpunkthöhe von 2 m wird dieser Grenzwert bei der Berechnung nach VDI-RL 3783
Blatt 1 nicht erreicht bei der bisher abstandsgebenden Weite von 100 m durch die die Freistrahl-
flamme.
Tabelle 10 Ergebnisse Schwefelwasserstoffausbreitung – vertikaler Schnitt
Unterschrittener Unterschritten in m Abstand vom Behälterrand
Beurteilungsgrundlage
Grenzwert (Gärrestlager)
30 ppm ERPG-2 Wert, 3 m/s ~ 70 m3
18 ppm 100 m
Abbildung 4 H2S-Konzentration in Abhängigkeit der Quellentfernung Ausgangskonzentration 500ppm (vertikaler Schnitt)
3 Der Geltungsbereich der Berechnung nach VDI ist für Entfernungen im Nahbereich (deutlich unter 100 m) nicht gegeben.
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6. Abschlussformel
Abschließend weist der Sachverständige darauf hin, dass die im vorliegenden Sachverständigengut-
achten getroffenen Aussagen eigenständig, unparteiisch und ohne Ergebnisweisung nach bestem
Wissen und Gewissen vorgenommen worden sind.
Dipl.-Ing. (TU) Jörg Heermann Dipl.-Ing. (FH) Max Westphalen
Bekanntgegebener Sachverständiger nach § 29 b BImSchG Bekanntgegebener Sachverständiger nach § 29 b BImSchG
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Anhang 1 – Auswertung der Schwefelwasserstoff-Messungen
Tabelle 11 Auswertung der H2S-Messungen in den Nachgärern 1-3, Werte aus [U6]
Ort ZeitraumTabelle 11 Auswertung Durchschnitt H2S [ppm] Anzahl der Messwerte
der H2S-Messungen in den
Nachgärern 1-3
Nachgärer 1 07/ 2013 - 12/ 2013 33 128
01/ 2014 – 12/ 2014 35 115
01/ 2015 – 12/ 2015 32 41
01/ 2016 – 12/ 2016 32 37
01/ 2017 – 12/ 2017 132 41
01/ 2018 – 12/ 2018 62 27
01/ 2019 – 10/ 2019 69 36
Nachgärer 2 07/ 2013 - 12/ 2013 25 130
01/ 2014 – 12/ 2014 35 115
01/ 2015 – 12/ 2015 273 59
01/ 2016 – 12/ 2016 41 36
01/ 2017 – 12/ 2017 69 41
01/ 2018 – 12/ 2018 35 27
01/ 2019 – 10/ 2019 26 39
Nachgärer 3 07/ 2013 - 12/ 2013 24 127
01/ 2014 – 12/ 2014 26 117
01/ 2015 – 12/ 2015 26 52
01/ 2016 – 12/ 2016 40 37
01/ 2017 – 12/ 2017 70 43
01/ 2018 – 12/ 2018 52 30
01/ 2019 – 10/ 2019 58 41
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Anhang 2 – Beispielauswertung der H2S-Einzelwerte
Werte aus [U6]
Auswertung Nachgärer 1
1000
900
800
700
H2S-Gehalt [ppm]
600
500
400
300
200
100
0
01.04.2012 14.08.2013 27.12.2014 10.05.2016 22.09.2017 04.02.2019 18.06.2020
Datum
Abbildung 5 Auswertung der Einzelwerte für den Nachgärer 1, Zeitraum 07/ 2013 – 10/ 2019
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Abbildung 6 Angemessener Abstand für die Biogasanlage Sembten, Quelle Grundbild: Google
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