Annett Pollex: „Der Kaliumgehalt in Pellets darf nicht zu hoch sein“

Dienstag, 05. Dezember 2017 | Autor: Joachim Berner

Um die strengen Grenzwerte für Staubemissionen einhalten zu können, heizen Pelletskessel mit ausgeklügelter Verbrennungstechnik. Der Feinstaubausstoß hängt allerdings auch von dem Holzmaterial ab, aus dem die Hersteller den Brennstoff pressen. Das Deutsche Biomasseforschungszentrum (DBFZ) hat deshalb in mehreren Pelletswerken die eingesetzten Rohstoffe geprüft. Im Interview erläutert Wissenschaftlerin Annett Pollex die Ergebnisse ihrer Untersuchungen.

Frau Pollex, Sie haben die Qualitätsparameter von Holzpellets untersucht. Dazu haben sie Proben von 22 der insgesamt 46 ENplus-zertifizierten Hersteller in Deutschland analysiert. Zu welchem Ergebnis sind Sie gekommen?
Schon seit einigen Jahren ist bekannt, dass bei der Biomasseverbrennung ein guter Zusammenhang zwischen dem Gehalt an aerosolbildenden Elementen im Holz – vor allem Kalium, Natrium, Blei und Zink – und der Höhe der Feinstaubemissionen beobachtet werden kann. Kalium bildet zumeist den mengenmäßig größten Anteil. Gleichzeitig legen Untersuchungsergebnisse von Feuerungsversuchen mit unterschiedlichen Biomassebrennstoffen nahe, dass es ab Kaliumgehalten von 500 bis 700 Milligramm pro Kilogramm Trockensubstanz schwerer wird, die Grenzwerte der 1. Bundesimmissionsschutzverordnung einzuhalten. Die Produktnorm für Holzpellets legt bislang nur Maximalgehalte für Blei und Zink fest, für Kalium und Natrium jedoch nicht. Im Projekt haben wir untersucht, welche Gehalte an Aerosolbildnern in kommerziell verfügbaren Holzpellets typischerweise auftreten. Im Durchschnitt lag der Kaliumgehalt bei 416 Milligramm. Der höchste Wert bei den innerhalb des Projekts analysierten Holzpellets lag bei 736 Milligramm.

Wie haben die Hersteller auf Ihre Ergebnisse reagiert?
Insbesondere die Werke, die sich an einer detaillierten Beprobung beteiligt hatten, waren sehr interessiert an Möglichkeiten, mit denen sich die Qualität der Rohmaterialien genau beurteilen beziehungsweise mit denen sich der Produktionsprozess anpassen lässt. Vor allem im Hinblick auf die zunehmend angespannte Situation auf dem Rohmaterialmarkt – Rohmaterialien mit sehr guter Qualität sind immer schwerer erhältlich – könnten solche Möglichkeiten zunehmend an Bedeutung gewinnen. Gerade für kleine Hersteller ist es aber wichtig, dass der Aufwand für die Kaliumbestimmung möglichst gering ist, da häufig sowohl die personellen als auch die räumlichen Kapazitäten begrenzt sind. Allerdings gab es auch kritische Stimmen.

Inwiefern?
Das liegt zum einen daran, dass der Zusammenhang zwischen Kaliumgehalt und Emissionshöhe in dem für Holzpellets relevanten Bereich bis zumeist 1.000 Milligramm bislang noch recht wenig untersucht ist und die Abhängigkeit nicht mehr so klar linear ist wie bei höheren Gehalten an Aerosolbildnern. Es kann zu überlagernden Effekten und Wechselwirkungen mit anderen Parametern kommen. Andererseits kann es auch erhebliche feuerungsseitige Einflüsse geben.

Kann die Produktion die Aerosolbildung ebenfalls beeinflussen?
Wir haben untersucht, ob sich ein Zusammenhang zwischen der Höhe der Kaliumgehalte in den Holzpellets und verschiedenen Produktionsfaktoren – eigene Spanproduktion versus Fremdlieferung, Anteil Holzhackschnitzel versus Sägespäne, vorwiegend verwendete Holzart, Werksgröße – feststellen lässt. In keinem Fall konnten wir einen klaren Zusammenhang erkennen. In den Werken werden zumeist Mischungen verschiedener Rohmaterialien eingesetzt. Die Analyse von je fünf verschiedenen Rohmaterialien bei drei unterschiedlichen Werken hat gezeigt, dass sich die Kaliumgehalte erheblich unterscheiden. Zum Teil haben wir Kaliumgehalte von mehr als 2.000 Milligramm bestimmt. Würden solche Rohmaterialien mit einem großen Anteil zur Produktion eingesetzt, würden Pellets erzeugt, mit denen sich die Emissionsgrenzwerte nur schwer einhalten ließen. Allerdings gibt es keine sofort ersichtlichen Kriterien wie Aschegehalt, Aufbereitungsform oder Baumart, um hohe Kaliumgehalte im Rohmaterial zu erkennen. Derzeit existieren auch noch keine einfachen und schnellen Bestimmungsmethoden, um hohe Kaliumgehalte vor Ort feststellen zu können.

Sie haben mehrere Pelletswerke detailliert untersucht. Wie haben Sie die Produktionsstätten ausgewählt und worin haben sie sich unterschieden?
Für die detaillierte Beprobung haben wir nach Werken gesucht, die wir in Bezug auf die Produktion von Pellets mit einem erhöhten Kaliumgehalt als besonders relevant erachtet haben. Kriterien dafür waren unter anderem ein hoher Kaliumgehalt bei den zuvor analysierten Pelletsproben, große Unterschiede zwischen den beiden pro Werk analysierten Proben sowie die Art der Rohmaterialbereitstellung. Wir haben insbesondere solche Werke betrachtet, die auf Fremdlieferungen angewiesen sind, weil die Rohmaterialqualität durch den Werksbetreiber schlechter beeinflussbar erschien. Unter den ausgewählten Werken befanden sich sowohl größere mit Produktionskapazitäten über 100.000 Tonnen pro Jahr als auch kleinere mit 25.000 bsi 50.000 Tonnen pro Jahr.

Haben Sie große Qualitätsunterschiede festgestellt?
Alle untersuchten Werke haben durchgängig normgerechte Pellets erzeugt. Allerdings haben wir Unterschiede in den Schwankungsbreiten der Asche- und Kaliumgehalte innerhalb der Produktion festgestellt. Sie ist bei einigen Werken vergleichsweise groß, bei anderen dagegen überraschend klein ausgefallen.

Sie haben auch einen internationalen Vergleich durchgeführt.
Für den europäischen Vergleich haben wir rund 200 Datensätze aus unterschiedlichen Quellen ausgewertet. Insgesamt lagen hier sowohl der mittlere Kaliumgehalt mit 550 Milligramm als auch die maximalen Kaliumgehalte mit 1.090 Milligramm bei in Deutschland hergestellten beziehungsweise mit 1.160 Milligramm bei in Europa hergestellten Pellets deutlich höher. Es waren jedoch keine nennenswerten Unterschiede zwischen Holzpellets aus deutscher und europäischer Produktion festzustellen.

Wo sehen Sie weiteren Forschungsbedarf?
Für die Einführung von brennstoffseitigen Minderungsmaßnahmen ist es notwendig, den Zusammenhang zwischen dem Kaliumgehalt des Brennstoffs und den Gesamtstaubemissionen, der beim Einsatz von Biomassebrennstoffen in automatisch beschickten Feuerungsanlagen beobachtet wurde, auch für die hochqualitativen Holzpellets-Sortimente eindeutig zu belegen. Darüber hinaus müssen die Wechselwirkungen mit anderen Parametern bestimmt werden, zum Beispiel der Einfluss von Feinanteil, Schüttdichte, Silizium/Kalium-Verhältnis oder Verbrennungsparameter. Wesentlich wäre die Entwicklung eines einfachen und kostengünstigen Schnelltests, um den Kaliumgehalt der Rohmaterialien mit wenig Aufwand bestimmen und entsprechende Maßnahmen in der Produktion ergreifen zu können. Parallel ist die Forschung an emissionsarmen Feuerungen voranzutreiben, da sowohl brennstoffseitige als auch feuerungsseitige Parameter die Höhe der Gesamtstaubemissionen beeinflussen.

Die Fragen wurden per E-Mail gestellt.

Weitere Informationen: www.dbfz.de

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