Bezugssauerstoff-Umrechnung NOx: Formel und Werte in Japan

Im Prüfbericht eines japanischen Kessels steht „NOx 60 ppm (O₂ 5 % kansan)“. Ihr Genehmigungsbescheid begrenzt NOx dagegen in mg/m³ im Normzustand, trocken, bei 3 % O₂ (so etwa § 3 der 44. BImSchV für mittelgroße Feuerungsanlagen mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen). Beide Zahlen lassen sich erst vergleichen, wenn Sauerstoffbezug, Feuchtebezug, Einheit und Bezugstemperatur übereinstimmen.

Die O₂-Umrechnung (O2換算, O₂ kansan) rechnet eine gemessene NOx- oder Staubkonzentration so um, als enthielte das Abgas einen festen Bezugssauerstoffgehalt. Japan verwendet dafür die Formel C = C_s × (21 − O_n) / (21 − O_s); der Bezugswert O_n ist gesetzlich je Anlagenart festgelegt. Die deutschen Vorschriften arbeiten mit derselben Formelstruktur.

Dieser Beitrag erklärt, was die Formel bewirkt und warum sie die 21 enthält, und rechnet ein Verdünnungsbeispiel durch. Er listet Japans Bezugssauerstoffgehalte auf und vergleicht sie mit Deutschland, der EU und den USA, soweit wir die Werte prüfen konnten. Außerdem zeigt er, wie Sie die Angabe eines japanischen Lieferanten auf Ihre Basis umrechnen, und endet mit Checkliste, Fragen an den Lieferanten und einer E-Mail-Vorlage.

Inhalt

1. Was die O2-Umrechnung in einem japanischen Datenblatt bedeutet
2. Warum auf einen Bezugssauerstoffgehalt umgerechnet wird
3. Rechenbeispiel: Verdünnung ändert den umgerechneten Wert nicht
4. Japans Bezugssauerstoffgehalte nach Anlagenart
5. Japans Bezugssauerstoffgehalt im Vergleich mit Deutschland, EU und USA
6. Trockenbezug, ppm und mg/m³: Was sonst noch übereinstimmen muss
7. Den NOx-Wert eines japanischen Lieferanten auf Ihre Basis umrechnen
8. Checkliste und Fragen an den japanischen Lieferanten
9. Grenzen dieses Leitfadens
10. FAQ
11. Quellen

Was die O2-Umrechnung in einem japanischen Datenblatt bedeutet

Japanische Spezifikationen und Prüfberichte nennen die Sauerstoffbasis direkt beim Wert, zum Beispiel „NOx 150 ppm (O₂ 4 % kansan)“ oder „O₂ 12 % kansan-Wert“. Lesen Sie das als „umgerechnet auf 4 % O₂“. Der gesetzliche Bezugswert heißt Bezugssauerstoffgehalt (hyojun sanso nodo, 標準酸素濃度; wörtlich „Standard-Sauerstoffkonzentration“).

Die Formel steht in den Anmerkungen zu den Emissionsgrenzwerttabellen für Staub und Stickstoffoxide in der Durchführungsverordnung (Shiko kisoku) zum Luftreinhaltegesetz (Taiki Osen Boshi Ho, 大気汚染防止法):

Das japanische Recht gibt NOx als cm³ je m³ Abgas bei 0 °C und 1 atm an. 1 cm³ in 1 m³ entspricht 1 ppm (Volumenanteil); Sie können ppm also direkt in die Formel einsetzen. Für Staub gilt dieselbe Formel, nur die Einheit ist g je m³ Abgas bei 0 °C und 1 atm.

Die „21“ ist der Sauerstoffgehalt der Luft. Trockene Luft enthält rund 20,95 Vol.-% Sauerstoff, und Japan rundet auf 21. Auch die deutschen Vorschriften (TA Luft, 44. BImSchV) rechnen mit 21; die US-EPA verwendet dagegen 20,9, wie weiter unten gezeigt wird.

Die vier Größen der Formel haben jeweils eine andere Herkunft:

Abbildung 1: Die vier Größen der O₂-Umrechnung

Zwei Werte werden gemessen, einer ist gesetzlich festgelegt, einer ist das Ergebnis.

C_s gemessenNOx- oder Staubkonzentration aus dem Analysator

O_s gemessener O₂Sauerstoff im selben Abgas. Werte über 20 % werden als 20 % eingesetzt

O_n Bezugs-O₂Gesetzlich festgelegt je Anlagenart und Stoff

C umgerechnetDieser Wert wird mit dem Emissionsgrenzwert verglichen

Die Begrenzung von O_s auf 20 % stammt aus den Anmerkungen zu Anlage 2 und Anlage 3-2 der Durchführungsverordnung (Staub und NOx).

O_n wählen Sie nicht selbst. Der Wert hängt von der Anlagenart und vom Stoff ab (NOx oder Staub). Ein Kessel, der nur Gas verbrennt, verwendet zum Beispiel 5 %; die wichtigsten Werte finden Sie in der Tabelle weiter unten.

Warum auf einen Bezugssauerstoffgehalt umgerechnet wird

Die Umrechnung gibt allen Anlagen denselben Maßstab. Ein Kessel oder Verbrennungsofen verbrennt Brennstoff mit dem Sauerstoff der Luft, und der nicht verbrauchte Sauerstoff verlässt den Schornstein mit dem Abgas. Luft enthält 21 % Sauerstoff, das Abgas jedoch weniger.

Die folgende Abbildung zeigt, wo der Sauerstoff bleibt:

Abbildung 2: Wie die Verbrennung den Sauerstoffgehalt senkt

Die Verbrennung verbraucht Sauerstoff aus der Luft. Nur der Rest gelangt ins Abgas.

Der O₂-Gehalt im Abgas hängt davon ab, wie viel Luft im Verhältnis zum Brennstoff zugeführt wird (Luftverhältnis).

Der O₂-Gehalt im Abgas hängt stark vom Luftverhältnis ab, mit dem die Anlage läuft. Ein höheres Luftverhältnis bedeutet mehr Sauerstoff im Abgas, ein niedrigeres weniger.

Das Luftverhältnis (kuki-hi, 空気比; auch Luftzahl λ) ist die tatsächlich zugeführte Luftmenge geteilt durch die Luftmenge, die für eine vollständige Verbrennung nötig ist.

Weil der O₂-Gehalt vom Betrieb abhängt, lassen sich Rohkonzentrationen zweier Anlagen nicht auf derselben Skala vergleichen. Die Umrechnung aller Ergebnisse auf einen festen O₂-Gehalt löst dieses Problem.

Rechenbeispiel zur Verdünnung

Nehmen wir einen Abgasstrom von 100 Nm³/min mit 3 % O₂. Nm³ (Normkubikmeter, in Japan norumaru ryube) ist ein Volumen, umgerechnet auf 0 °C und 1 atm; in Deutschland entspricht das dem Normzustand (m³ i. N.).

Enthält das Gas 200 ppm NOx, beträgt der NOx-Strom 100 × 200 × 10⁻⁶ = 0,02 Nm³/min. Der Sauerstoffstrom beträgt 3 Nm³/min.

Ein ppm-Wert ist nur eine Konzentration; wer Außenluft zumischt, kann ihn beliebig senken. Mischt man 100 Nm³/min Frischluft bei, beträgt der Gesamtstrom 200 Nm³/min. Diese Luft bringt 21 Nm³/min Sauerstoff mit, der gesamte Sauerstoffstrom steigt also auf 24 Nm³/min oder 12 %.

Die folgende Abbildung zeigt die Bilanz:

Abbildung 3: Abgas mit Luft verdünnen

Die NOx-Menge bleibt gleich. Nur die Konzentration sinkt.

Abgas100 Nm³/min, 3 % O₂
O₂: 3 Nm³/min
NOx: 0,02 Nm³/min (200 ppm)

+ Frischluft100 Nm³/min, 21 % O₂
O₂: 21 Nm³/min
NOx: 0 Nm³/min

= Verdünntes Abgas200 Nm³/min, 12 % O₂
O₂: 24 Nm³/min
NOx: 0,02 Nm³/min (100 ppm)

Der NOx-Strom beträgt weiterhin 0,02 Nm³/min, daher sinkt die Konzentration auf 0,02 ÷ 200 = 100 ppm. Dieselbe NOx-Menge verlässt den Schornstein, doch die Zahl halbiert sich.

Ein Konzentrationsgrenzwert wäre wenig wert, wenn Verdünnung ihn einhalten könnte. Die O₂-Umrechnung schließt diese Lücke, indem sie fragt, welche Konzentration sich bei einem festen O₂-Gehalt, etwa 6 %, ergäbe. Das japanische Umweltministerium erklärt, die Umrechnung auf den Standard-Sauerstoffgehalt solle verhindern, dass Betreiber Emissionsgrenzwerte durch Verdünnen des Abgases mit Luft einhalten. Auch die TA Luft lässt Luft, die zur Verdünnung oder Kühlung zugeführt wird, bei der Bestimmung der Massenkonzentration unberücksichtigt.

Rechenbeispiel: Verdünnung ändert den umgerechneten Wert nicht

Rechnen wir nun beide Zustände aus dem vorigen Abschnitt auf 6 % O₂ um. Der erste ist die Grundrechnung, der zweite bestätigt, was nach der Verdünnung geschieht.

Vor der Verdünnung

Für Abgas mit 3 % O₂ und 200 ppm NOx setzen Sie O_s = 3 und O_n = 6 ein. Der umgerechnete Wert beträgt rund 167 ppm:

Der gemessene O₂-Gehalt (3 %) liegt unter dem Bezugswert (6 %), deshalb ist der umgerechnete Wert kleiner als die gemessenen 200 ppm.

Nach der Verdünnung mit überschüssiger Luft

Nach Zugabe von 100 Nm³/min Frischluft hat das Gas 12 % O₂ und 100 ppm NOx. Auf 6 % O₂ umgerechnet, ergeben sich wieder rund 167 ppm:

Damit hilft es einer Anlage nicht mehr, durch Zumischen von Luft das Abgasvolumen zu vergrößern, um einen Konzentrationsgrenzwert zu unterschreiten. Der Vergleich zeigt beide Zustände nebeneinander:

Abbildung 4: Verdünnung halbiert den Rohwert, nicht den umgerechneten Wert

Die gemessene Konzentration sinkt auf die Hälfte, aber beide Fälle ergeben bei 6 % O₂ 167 ppm.

Vor der Verdünnung

Nach Zugabe von 100 Nm³/min Luft

Abgasstrom

Vorher: 100 Nm³/min

Nachher: 200 Nm³/min

O₂-Gehalt O_s

Vorher: 3 % (3 Nm³/min)

Nachher: 12 % (24 Nm³/min)

NOx-Strom

Vorher: 0,02 Nm³/min

Nachher: 0,02 Nm³/min (unverändert)

Gemessenes NOx C_s

Vorher: 200 ppm

Nachher: 100 ppm

NOx bei 6 % O₂ (C)

Vorher: etwa 167 ppm

Nachher: etwa 167 ppm

Die umgerechneten Werte stimmen überein, weil der gesamte zusätzliche Sauerstoff aus der Verdünnungsluft stammt.

Das Verhältnis (21 − O_s)/21 erklärt den Grund. Es ist der Anteil des Abgases, der Verbrennungsgas und keine Verdünnungsluft ist. Bei 3 % O₂ beträgt dieser Anteil 18/21, bei 12 % sind es 9/21.

Teilt man einen Messwert durch diesen Anteil, erhält man die unverdünnte Konzentration, das Äquivalent bei „0 % O₂“. Sowohl 200 ÷ (18/21) als auch 100 ÷ (9/21) ergeben rund 233 ppm. Die O₂-Umrechnung multipliziert dann mit dem Bezugsanteil, bei O_n = 6 also mit 15/21: 233 × 15/21 ≈ 167 ppm.

Zur Merkregel: Der Bezugswert (O_n) steht oben, der Messwert (O_s) unten. Je weiter der gemessene O₂-Gehalt über dem Bezugswert liegt (je stärker das Gas verdünnt ist), desto stärker liegt der umgerechnete Wert über dem gemessenen.

Japans Bezugssauerstoffgehalte nach Anlagenart

Japan legt O_n je Anlagenart in der Durchführungsverordnung zum Luftreinhaltegesetz fest. Die NOx-Werte stehen in den Anmerkungen zu Anlage 3-2 (beppyo), die Staubwerte in den Anmerkungen zu Anlage 2. Kessel teilen sich nach Brennstoff in drei Gruppen: 5 % für Gas, 4 % für flüssige und 6 % für feste Brennstoffe.

Die Tabelle nennt die wichtigsten Anlagenarten, geprüft am Verordnungstext auf e-Gov, der offiziellen japanischen Gesetzesdatenbank:

Abbildung 5: Japans Bezugs-O₂ (O_n) für die wichtigsten Anlagenarten

Kessel teilen sich nach Brennstoff in drei Gruppen. Dieselmotoren und Gasturbinen haben hohe Werte, Gas- und Ottomotoren 0 %.

Anlage

NOx (Anlage 3-2)

Staub (Anlage 2)

Kessel, nur Gas

NOx: 5 %

Staub: 5 %

Kessel, flüssiger Brennstoff (Schweröl usw.)

NOx: 4 %

Staub: 4 % (einschließlich flüssiger Brennstoff mit Gas im Mischbetrieb)

Kessel, fester Brennstoff (Kohle usw.)

NOx: 6 %

Staub: 6 %

Metall-Wärmeofen

NOx: 11 %

Staub: 11 %

Zementbrennofen

NOx: 10 %

Staub: 10 %

Abfallverbrennungsanlage

NOx: 12 %

Staub: 12 %

Dieselmotor

NOx: 13 %

Staub: 13 %

Gasturbine

NOx: 16 %

Staub: 16 %

Gasmotor, Ottomotor

NOx: 0 %

Staub: 0 %

Entnommen den Anmerkungen zu Anlage 2 und Anlage 3-2 der Durchführungsverordnung (e-Gov-Text, Stand Oktober 2026; die aktuell gültige Fassung prüfen). Bei NOx bilden kleine Kessel mit weniger als 10 m² Heizfläche eigene Kategorien (fester Brennstoff 6 %, flüssiger Brennstoff 4 %). Bei Staub gilt für einige Anlagen, etwa Kessel für Schwarzlauge und Anlagen mit Strom als Wärmequelle, C = C_s ohne Umrechnung.

Bei vielen der wichtigsten Anlagenarten haben NOx und Staub denselben O_n-Wert. Die beiden Tabellen gruppieren die Anlagen jedoch unterschiedlich; prüfen Sie daher für jeden Stoff, unter welchen Eintrag Ihre Anlage fällt.

Für NOx gibt es einige Sonderfälle. Bei bestimmten Bleioxid-Öfen gilt C = C_s ohne Umrechnung, und Glasschmelzöfen, die ausschließlich mit reinem Sauerstoff befeuert werden, multiplizieren den umgerechneten Wert mit einem zusätzlichen Faktor 1/4. Fällt Ihre Anlage in eine dieser Gruppen, fragen Sie den Lieferanten, welche Formel er angewendet hat.

Beispiel: Prüfung eines gasbefeuerten Kessels

Ein reiner Gaskessel (O_n = 5) misst 8 % O₂ und 80 ppm NOx. Der umgerechnete Wert beträgt rund 98 ppm:

Diese 98 ppm werden mit dem Emissionsgrenzwert in Anlage 3-2 verglichen. Für einen reinen Gaskessel mit einem Abgasvolumenstrom von 40.000 bis unter 500.000 m³N/h beträgt der nationale Grenzwert 100 cm³/m³ (100 ppm). Der Abgasvolumenstrom ist hier der maximale Stundenwert, umgerechnet auf 0 °C und 1 atm.

Sie können auch vom Grenzwert rückwärts rechnen, um den zugehörigen Rohmesswert zu erhalten. Umgestellt lautet die Formel C_s = C × (21 − O_s) / (21 − O_n):

Diese Rückrechnung ist eine Orientierung, um den Analysator im Betrieb zu lesen. Ob die Anlage konform ist, entscheidet sich anhand von Grenzwert und Bedingungen, die tatsächlich für sie gelten; dazu können Übergangsregelungen je nach Errichtungsdatum und strengere Präfekturgrenzwerte gehören.

Fließen Analysatorwerte in einen Bericht ein, muss der Analysator außerdem ordnungsgemäß kalibriert sein.

Umgerechnete Werte helfen auch, wenn sich die Betriebsbedingungen ändern. Wer die Verbrennungsluft mit einem Luftvorwärmer vorwärmt, spart zum Beispiel Energie, muss aber prüfen, ob die NOx-Konzentration steigt; mit umgerechneten Werten wird der Vorher-nachher-Vergleich einfacher.

Japans Bezugssauerstoffgehalt im Vergleich mit Deutschland, EU und USA

Andere Rechtsräume nutzen dasselbe Prinzip, aber oft mit anderen Bezugswerten. Die Tabelle enthält nur Werte, die wir im Verordnungstext oder in einer verlässlichen Sekundärquelle bestätigen konnten. Ihr eigener Bescheid hat Vorrang vor jeder allgemeinen Regel.

Anlage	Japan (On)	Deutschland (44. BImSchV)	EU (Industrieemissions-Richtlinie)	USA (Beispiele)
Gasbefeuerter Kessel	5 %	3 % (flüssige oder gasförmige Brennstoffe)	3 % (flüssige und gasförmige Brennstoffe)	3 % O2, trocken, in vielen Landes- und Regionalvorschriften für Kessel (z. B. South Coast AQMD, Regel-1146-Reihe)
Ölbefeuerter Kessel	4 %	3 %	3 %	Bescheid prüfen
Kohle-/Festbrennstoffkessel	6 %	6 %	6 %	Bescheid prüfen
Gasturbine	16 %	15 %	15 %	15 % (40 CFR 60 Subpart KKKK)
Dieselmotor	13 %	Nicht bestätigt	Nicht bestätigt	Bescheid prüfen
Gasmotor	0 %	Nicht bestätigt	15 %	15 % bei Fremdzündungsmotoren, wenn Grenzwerte in ppmvd gelten (40 CFR 60 Subpart JJJJ)
Abfallverbrennungsanlage	12 %	Nicht eigens geprüft (17. BImSchV, setzt die EU-Vorgaben um)	11 % (3 % bei Altöl)	7 % (z. B. 40 CFR 60 Subpart Eb, Subpart EEEE)

Drei Unterschiede fallen auf:

• Motoren. Japan rechnet Gas- und Ottomotoren auf 0 % O₂ um, die EU-Richtlinie (für Gasmotoren) und die US-Vorschriften für Fremdzündungsmotoren verwenden 15 %. Derselbe Motor zeigt daher auf japanischer Basis eine etwa 3,5-fach höhere Zahl (21/6 = 3,5).
• Gasturbinen. Japan nutzt 16 %, Deutschland, die EU und die USA 15 %. Dasselbe Gas liefert bei 15 % O₂ einen um 20 % höheren Wert als bei 16 % (6/5 = 1,2).
• Die Konstante. Japan, die EU-Vorschriften und die deutschen Verordnungen schreiben die Formel mit 21, die US-EPA-Vorschriften verwenden 20,9, zum Beispiel C_adj = C_meas × (20,9 − 7)/(20,9 − %O₂) für 7 % O₂. Der Effekt ist gering: Die Umrechnung von 200 ppm von 3 % auf 6 % O₂ ergibt mit 21 den Wert 166,7 ppm, mit 20,9 den Wert 166,5 ppm.

In Deutschland gelten für Anlagen mit nachgeschalteter Abgasreinigung in der TA Luft (Nr. 5.1.2) zusätzliche Regeln zur Umrechnung, etwa dazu, in welchen Zeiten überhaupt auf den Bezugssauerstoff umgerechnet wird. Einzelheiten entnehmen Sie der für Ihre Anlage gültigen Fassung.

Manche Grenzwerte sind gar keine Konzentrationen. Subpart KKKK lässt zum Beispiel auch leistungsbezogene Grenzwerte in lb/MWh zu, die sich allein mit der O₂-Umrechnung nicht mit einem japanischen ppm-Wert vergleichen lassen.

Trockenbezug, ppm und mg/m³: Was sonst noch übereinstimmen muss

Der O₂-Bezug ist nur eine von vier Bezugsgrößen, die zusammenpassen müssen. Die anderen drei sind Feuchte, Einheit und Bezugstemperatur.

Trocken oder feucht

Deutsche Emissionswerte beziehen sich auf das Abgas im Normzustand (273,15 K; 101,3 kPa) nach Abzug des Feuchtegehalts an Wasserdampf, also auf trockenes Abgas. US-Vorschriften schreiben ppmvd („parts per million by volume, dry“) und definieren C_meas und %O₂ auf trockener Basis. Japanische Ergebnisse werden häufig auf trockenes Abgas (kawaki gasu, 乾きガス) bezogen angegeben; ein Messbericht einer kommunalen Verbrennungsanlage nennt zum Beispiel Werte „auf Basis trockenen Gases, umgerechnet auf 12 % O₂“.

Abgas aus der Erdgasverbrennung enthält viel Wasserdampf, daher liegt ein Feuchtwert deutlich unter dem Trockenwert. Steht im japanischen Datenblatt nicht „trocken“, fragen Sie nach. Wenden Sie die O₂-Formel nicht gleichzeitig auf einen feuchten NOx-Wert und einen trockenen O₂-Wert an.

ppm oder mg/m³

Japan gibt NOx-Grenzwerte als Volumenanteil an (cm³/m³ oder ppm). Deutschland und die EU nennen sie als Masse je Volumen (mg/m³ im Normzustand), und die EU-Grenzwerte drücken NOx als NO₂ aus. Zur Umrechnung von ppm in mg/m³ multipliziert man mit der molaren Masse und teilt durch das molare Volumen bei der Bezugstemperatur:

• Bei 0 °C und 101,3 kPa (deutscher und EU-Normzustand sowie japanisches „N“): 1 ppm NO₂ = 46,01 ÷ 22,41 ≈ 2,05 mg/m³
• Bei 20 °C (68 °F) und 101,3 kPa (US-EPA-Standardbedingungen nach 40 CFR 60.2): 1 ppm NO₂ ≈ 1,91 mg/m³

Ob Sie zuerst auf O₂ umrechnen oder zuletzt, spielt keine Rolle, solange beide Werte auf derselben trockenen Basis stehen. Entscheidend ist die richtige Bezugstemperatur. Ein „Nm³“ aus Japan oder der EU gilt bei 0 °C, „standard“ in US-Vorschriften bedeutet dagegen 20 °C. Der Unterschied zwischen 1 atm (101,325 kPa) und den 101,3 kPa der deutschen Angabe liegt bei etwa 0,03 % und ist vernachlässigbar.

Den NOx-Wert eines japanischen Lieferanten auf Ihre Basis umrechnen

Liegen die Rohmesswerte vor (gemessenes NOx C_s und gemessener O₂ O_s, beide trocken), wenden Sie Ihre eigene Formel und Ihren Bezugswert direkt an. Das ist der sauberste Weg. Haben Sie nur einen umgerechneten Wert, können Sie ihn von einem Bezug auf einen anderen umrechnen, weil sich der gemessene O₂ herauskürzt:

Gehen Sie so vor:

1. Japanische Basis lesen. Ermitteln Sie den O₂-Bezug (den Vermerk „○ % kansan“), trocken oder feucht und die Einheit (ppm oder mg/m³N bei 0 °C).
2. Ihre Basis ermitteln. Entnehmen Sie Bezugs-O₂, Feuchtebezug, Einheit, Bezugstemperatur und Mittelungszeit Ihrem Bescheid, nicht einer allgemeinen Regel.
3. O₂-Bezug neu umrechnen mit der obigen Formel, oder aus den Rohmesswerten neu berechnen.
4. Einheit umrechnen, wenn Ihr Grenzwert in mg/m³ (Normzustand) angegeben ist, mit der Bezugstemperatur, die Ihre Vorschrift nennt.
5. Vergleichbares vergleichen. Prüfen Sie, ob Lastzustand, Brennstoff und Mittelungszeit der japanischen Prüfung zu dem passen, was Ihr Grenzwert abdeckt.

Drei fiktive Beispiele, mit der Konstante 21 gerechnet:

• Gasbefeuerter Kessel. Der Lieferant garantiert 60 ppm bei 5 % O₂. Bei 3 % O₂: 60 × (21 − 3)/(21 − 5) = 60 × 18/16 = 67,5 ppm. In mg/m³ (Normzustand, trocken, als NO₂) sind das etwa 67,5 × 2,05 ≈ 138 mg/m³ bei 3 % O₂.
• Gasturbine. Der Prüfbericht zeigt 15 ppm bei 16 % O₂. Bei 15 % O₂: 15 × (21 − 15)/(21 − 16) = 15 × 6/5 = 18 ppm, also etwa 18 × 2,05 ≈ 37 mg/m³.
• Gasmotor. Das Datenblatt nennt 200 ppm bei 0 % O₂. Bei 15 % O₂: 200 × (21 − 15)/21 ≈ 57 ppm, also etwa 117 mg/m³.

Das Gasmotor-Beispiel zeigt, warum die Basis zählt. Ein japanischer Wert, der weit über einem Grenzwert bei 15 % O₂ zu liegen scheint, kann nach der Umrechnung deutlich darunter liegen, und ein scheinbar konformer Gasturbinenwert kann ihn überschreiten. Verstehen Sie diese Ergebnisse nur als Vorprüfung und bestätigen Sie den endgültigen Vergleich mit Ihrem Bescheid, der Behörde oder dem Lieferanten.

Checkliste und Fragen an den japanischen Lieferanten

Gehen Sie diese Checkliste durch, bevor Sie einen japanischen Emissionswert mit Ihrem Grenzwert vergleichen:

• O₂-Bezug des japanischen Werts (z. B. „O₂ 4 % kansan“) und Ihres Grenzwerts
• Trocken- oder Feuchtbezug, sowohl für den Schadstoff als auch für den O₂-Messwert
• Einheit: ppm (cm³/m³N), mg/m³ im Normzustand oder eine massenstrom- bzw. leistungsbezogene Einheit
• Bezugstemperatur und -druck (0 °C, 20 °C oder 25 °C; 101,3 kPa)
• NOx als NO₂ oder als NO ausgedrückt, wenn der Grenzwert in Masseneinheiten steht
• Formelkonstante: 21 oder 20,9
• Last, Brennstoff und Betriebsart während der Prüfung
• Mittelungszeit (Momentanwert, Stundenmittel, Tagesmittel) und Messverfahren (in Japan JIS K 0104; in Deutschland z. B. DIN EN 14792 für NOx; die Verfahren nicht ohne Rückfrage gleichsetzen)
• Ob der Wert eine Garantie, ein Auslegungswert oder ein Messergebnis ist
• Besondere Formeln (keine Umrechnung oder der Faktor 1/4 bei Öfen mit reiner Sauerstoffverbrennung)

Fragen, die Sie der japanischen Seite stellen können:

1. Auf welchen O₂-Bezug ist der NOx-Wert (oder Staubwert) umgerechnet, und ist es der japanische Bezugssauerstoffgehalt für diese Anlagenart?
2. Stehen NOx- und O₂-Wert beide auf trockener Basis?
3. Können Sie die gemessenen Rohwerte für NOx und O₂ aus der Prüfung vor der Umrechnung nennen?
4. Bei welcher Last, mit welchem Brennstoff und unter welchen Umgebungsbedingungen wurde geprüft, und über welche Mittelungszeit?
5. Können Sie die Garantie bei unseren Bezugsbedingungen angeben (O₂ in %, trocken, Einheit, Bezugstemperatur)?

Diese E-Mail-Vorlage können Sie für die Anfrage anpassen:

Grenzen dieses Leitfadens

• Die japanischen Werte sind nationale Standards aus der Durchführungsverordnung zum Luftreinhaltegesetz. Präfekturen können strengere Grenzwerte festlegen, und für ältere Anlagen können Übergangsregelungen gelten.
• Die deutschen und EU-Werte in der Tabelle sind Beispiele aus § 3 der 44. BImSchV und der Richtlinie 2010/75/EU; für Ihre Anlage gilt, was im Bescheid und in der jeweils einschlägigen Verordnung steht (z. B. TA Luft, 13., 17. oder 44. BImSchV).
• Die Bezugssauerstoffgehalte außerhalb Japans unterscheiden sich je nach Vorschrift, Bundesstaat, Anlagengröße und Genehmigung. Die Vergleichstabelle gibt Beispiele, nicht Ihren anwendbaren Grenzwert an.
• Die Umrechnung eines bereits umgerechneten Werts setzt voraus, dass beide auf derselben trockenen Basis stehen und die ursprüngliche Umrechnung die Standardformel verwendet hat. Wer von den Rohmesswerten ausgeht, vermeidet diese Annahme.
• Der Beitrag behandelt NOx- und Staubkonzentrationen. Japan regelt Schwefeloxide (SOx) anders (siehe FAQ), und manche Grenzwerte sind massenstrom- oder leistungsbezogen.
• Konformitätsentscheidungen liegen bei der Umweltabteilung (in Deutschland oft mit dem Immissionsschutzbeauftragten) und bei der zuständigen Behörde. Nutzen Sie diesen Leitfaden, um die richtigen Fragen zu stellen, nicht als Konformitätsbewertung.

FAQ

Was gilt, wenn der gemessene O2-Gehalt über 20 % liegt?

Setzen Sie 20 % ein. Nach den japanischen Vorschriften für Staub und NOx wird ein O_s über 20 % wie 20 % behandelt; ein Messwert von 20,5 % geht also als 20 in die Formel ein. Nähert sich O_s der 21 %, geht der Nenner 21 − O_s gegen null, und der umgerechnete Wert würde extrem groß.

Anlagen, bei denen O_n gleich O_s festgelegt ist oder C = C_s gilt, werden gar nicht umgerechnet.

Was bedeutet „umgerechnet auf 0 % O2“?

Es ist die Konzentration vor jeder Verdünnung durch Luft. Mit O_n = 0 lautet die Formel C = C_s × 21/(21 − O_s). Japan verwendet 0 % für Gasmotoren und Ottomotoren.

Ein Gasmotor mit O_s = 10 % und 300 ppm NOx ergibt zum Beispiel 300 × 21/11 ≈ 573 ppm, und dieser Wert wird mit dem Grenzwert verglichen. Für dasselbe Gas ist ein 0-%-Wert immer größer als ein 6-%-Wert; gleichen Sie deshalb den O₂-Bezug an, bevor Sie Berichte vergleichen.

Rechnet Japan auch SOx auf O2 um?

Nein. Japan regelt Schwefeloxide mit der „K-Wert-Regelung“ (K-chi kisei), die aus der effektiven Schornsteinhöhe und einer regionalen Konstante K eine zulässige stündliche Emissionsmenge ableitet. Die Formel lautet q = K × 10⁻³ × He², wobei He die korrigierte Schornsteinhöhe ist. In Deutschland werden SO₂-Emissionen dagegen in der Regel als Massenkonzentration bei Bezugssauerstoffgehalt begrenzt, also ähnlich wie NOx.

In ausgewiesenen Gebieten gelten in Japan außerdem Gesamtmengenbegrenzungen und Brennstoffstandards. Schwefel im Brennstoff kann bei Kesseln zudem Tieftemperaturkorrosion verursachen.

Wie hängt die O2-Umrechnung mit dem Luftverhältnis zusammen?

Das Luftverhältnis m lässt sich aus dem Sauerstoff im Abgas näherungsweise als m ≈ 21/(21 − O₂) schätzen. Auf dieser Grundlage liest sich der Faktor (21 − O_n)/(21 − O_s) als „Luftverhältnis bei der Messung ÷ Bezugsluftverhältnis“.

Die Luftverhältnis-Formel ist aber eine Näherung, daher stimmen beide nicht exakt überein. Die O₂-Umrechnung ist eine Rechnung für die Regulierung, das Luftverhältnis ein Betriebswert zur Verbrennungsführung.

Wer das Luftverhältnis senkt, ohne es zu stark zu verringern, reduziert die vom Abgas abgeführte Wärme.

Wie rechne ich ppm bei 15 % O2 auf ppm bei 3 % O2 um?

Multiplizieren Sie mit (21 − 3)/(21 − 15) = 3, oder mit (20,9 − 3)/(20,9 − 15) ≈ 3,03, wenn Ihre Vorschrift 20,9 verwendet. 9 ppm bei 15 % O₂ entsprechen rund 27 ppm bei 3 % O₂. Beide Werte müssen auf trockener Basis stehen. Für mg/m³ multiplizieren Sie anschließend mit 2,05 (NO₂, 0 °C).

Quellen

• Umrechnungsformel, Bezugssauerstoffgehalte, 20-%-Grenze und NOx-Grenzwerte: e-Gov, Durchführungsverordnung zum Luftreinhaltegesetz (japanisch) (Artikel 3–5, Anlagen 2 und 3-2)
• Strengere Präfekturgrenzwerte: e-Gov, Luftreinhaltegesetz (japanisch) (Artikel 4)
• Zweck der Umrechnung (Verhinderung der Verdünnung mit Luft): Japanisches Umweltministerium, „Staubregelung“ (japanisch)
• NOx-Konzentrations- und Gesamtmengenbegrenzung: Japanisches Umweltministerium, „Regelung gefährlicher Stoffe“ (japanisch)
• K-Wert-Regelung für SOx: Japanisches Umweltministerium, „Regelung der Schwefeloxide (SOx)“ (japanisch)
• Japanische Ergebnisse auf Basis trockenen Gases (Beispiel): Stadt Sano, Emissionsmessergebnisse einer Verbrennungsanlage (japanisch)
• Luftvorwärmung und NOx-Prüfung: Japanisches Umweltministerium, SHIFT-Programm, Maßnahme 121222 „Vorwärmung der Verbrennungsluft mit Kesselabgas“ (japanisch)
• Sauerstoffgehalt trockener Luft (20,95 %): NASA, „Earth Fact Sheet“
• Bezugssauerstoffgehalte mittelgroßer Feuerungs-, Gasturbinen- und Verbrennungsmotoranlagen: 44. BImSchV, § 3; Umrechnungsformel: 44. BImSchV, Anlage 3
• Umrechnungsformel mit 21 und Nichtberücksichtigung von Verdünnungs- und Kühlluft (TA Luft, Fassung 2002): Umweltbundesamt, TA Luft (PDF)
• Normzustand, Abzug des Wasserdampfs, Bezug auf Nr. 5.1.2 TA Luft 2021: LAI, Merkblatt Schornsteinhöhenbestimmung zur TA Luft 2021
• US-Umrechnung auf 7 % O₂ mit der Konstante 20,9 (trocken): 40 CFR 60.2975; 40 CFR 60.58b (Subpart Eb)
• US-Gasturbinengrenzwerte in ppm bei 15 % O₂ oder lb/MWh: 40 CFR 60 Subpart KKKK, Table 1
• US-Grenzwerte für Fremdzündungsmotoren in ppmvd bei 15 % O₂: 40 CFR 60 Subpart JJJJ, Table 1
• US-Standardbedingungen (20 °C, 101,3 kPa): 40 CFR 60.2
• Kessel-Grenzwerte bei 3 % O₂, trocken (Beispiel aus einem US-Bundesstaat): South Coast AQMD, Arbeitsgruppenpräsentation zu Regel 1146/1146.1
• EU-Bezugs-O₂ für Feuerungsanlagen (6 %, 3 %, 15 %) und Bezugsbedingungen: Richtlinie 2010/75/EU, Anhang V Teil 1 (Kopie auf legislation.gov.uk)
• EU-Abfallverbrennung bei 11 % O₂ (3 % bei Altöl), NOx als NO₂: Richtlinie 2010/75/EU, Anhang VI (Kopie auf legislation.gov.uk)