Wie sich die Potenziale der Bioenergie am besten nutzen lassen, daran arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Deutschen Biomasseforschungszentrums (DBFZ) in Leipzig. Bei ihren Arbeiten suchen sie nach Verfahren, die eine effiziente und nachhaltige Nutzung von festen, flüssigen und gasförmigen Bioenergieträgern ermöglichen. Über ihre Forschung zu Pellets als Brennstoff berichtet Volker Lenz, Bereichsleiter Thermo-chemische Konversion, im Interview mit Pelletshome.com.
Herr Lenz, bei Holzpellets handelt es sich um einen bewährten Brennstoff. Sie arbeiten unter anderem an Methoden, um Brennstoffeigenschaften durch Konditionierung zu beeinflussen. Warum?
Mit den verschärften Grenzwerten der ersten Bundesimmissionsschutzverordnung gewinnt die Betrachtung von hochqualitativen Holzpellets verstärkt an Bedeutung. So können gewisse Feinstaubbildner, wie zum Beispiel Kalium, in sehr unterschiedlichen Konzentrationen im Holz vorliegen und dadurch die Feinstaubemissionen erhöhen. Wir untersuchen deshalb unter anderem die Möglichkeiten von Schnell-Analyse-Verfahren und die Chancen einer weitergehenden Klassifizierung von Holzpellets.
Was versteht man unter Konditionierung?
Die Konditionierung umfasst generell alle Schritte der Rohstoffbehandlung vor der eigentlichen Pelletierung. Dabei wird zwischen zwei Arten unterschieden. Bei der mechanischen Konditionierung geht es um das Zerkleinern und Mischen von Stoffen sowie um die Einstellung des Wassergehaltes oder die Beigabe von Zusatzstoffen. Chemische Behandlungsverfahren sind zum Beispiel das Torrefizieren und Waschen. Wir wenden verschiedene Verfahren an, um die Eigenschaften von Biomassebrennstoffen, besonders von nicht-holzartigen Biomassen, zu verbessern. Das soll zu einem optimierten Verbrennungsverhalten und damit zu geringeren Emissionen führen.
Lassen sich die Brennstoffeigenschaften von Holzpellets weiter verbessern?
Die Fachliteratur belegt die Abhängigkeit der Feinstaubemissionen von den Inhaltsstoffen. Auch die physikalischen Eigenschaften beeinflussen je nach Feuerungstyp die Abbrandqualität und damit die Feinstaubbildung. Während die mechanischen Eigenschaften über die Zertifizierungsprogramme DINplus und ENplus vergleichsweise gut geregelt sind, gibt es zu den kritischen Feinstaubbildnern bislang keine vollständige Regelung in den Normen. Das liegt jedoch auch an dem offenen Forschungsstand. So sind zwar eine Reihe theoretischer Einflussgrößen und Abhängigkeiten bekannt und in Einzelversuchen belegt. Ihre breite Umsetzbarkeit in der Pelletsproduktion und der vorgelagerten Holzlogistik ist jedoch nicht abschließend geklärt.
Gibt es dabei Unterschiede bei Holzpellets für Hausfeuerungen und Industriepellets?
Für Hausfeuerungen werden hochqualitative DINplus- oder ENplus-Holzpellets verwendet, die die vorgegebenen Qualitäten erfüllen müssen und einen sehr geringen Aschegehalt sowie einen niedrigen Abrieb besitzen. Die im Hausgebrauch eingesetzten Kesselanlagen und Öfen sind für diese Brennstoffe ausgelegt und würden bei der Verwendung weniger qualitativer Brennstoffe deutlich höhere Emissionen erzeugen. Außerdem ist der Einsatz dieser Pellets durch die erste Bundesimmissionsschutzverordnung vorgeschrieben. So genannte Industriepellets können höhere Aschegehalte aufweisen und sollten daher nur in entsprechend ausgestatteten Kesselanlagen eingesetzt werden. Diese sind meist mit einer anderen Verbrennungstechnik wie Vorschubrosten und entsprechenden Abgasreinigungsanlagen ausgestattet. Insbesondere der letzte Punkt ist im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit der Feuerungsanlagen ein relevanter Faktor. Während Anlagen mit mehreren hundert Kilowatt Leistung hochwertige und von etablierten Abgasreinigungsherstellern angebotene Systeme refinanzieren können, sind für Holzpelletskessel mit einer geringeren Leistung heutzutage solche Abscheidersysteme nur in Ausnahmefällen wirtschaftlich zu verkraften. Insofern können und sollten Industriepellets nur in Feuerungsanlagen größerer Leistung zum Einsatz kommen.
Welches Potenzial sehen sie für Pellets aus anderen Rohstoffen als Holz?
Alternative Rohstoffe werden aus unserer Sicht in Zukunft verstärkt eine Rolle spielen, insbesondere in je nach Brennstoff und Region differenzierten Brennstoffketten. Von besonderer Bedeutung sind anfallende Reststoffkontingente, wie zum Beispiel Material aus der Landschaftspflege, sowie Reststoffe aus der landwirtschaftlichen Verarbeitung und aus Bioökonomieprozessen. Hierzu wird jedoch immer eine angepasste und auf die vorgesehene Verbrennungsanlage abgestimmte Konditionierung der Brennstoffe notwendig sein. Dabei können Waschverfahren, Torrefizieren und die Hydrothermale Karbonisierung eine maßgebliche Rolle spielen.
Mit Mikro-KWK-Anlagen ließen sich Holzpellets auch zur Stromerzeugung nutzen. Welche Technologien halten Sie für besonders vielversprechend?
Kurzfristig könnten Holz-Stirling-Einheiten die technische Einsatzreife erreichen. Im Erdgasbereich bestehen langjährige Betriebserfahrungen mit Stirling-Generatoren. Für holzbefeuerte Varianten lassen aktuelle Projekt- und Entwicklungsansätze namhafter Hersteller deutliche Verbesserungen bei den Dauerbetriebszeiten erhoffen. Aufgrund der bescheidenen elektrischen Nutzungsgrade der Geräte im Vergleich zur Heizleistung könnten Kleingeräte eher mit einem vom elektrischen Netz unabhängigen Betrieb punkten, als dass sie nennenswerte Beiträge zur Elektrizitätserzeugung oder zur Netzstabilität leisten könnten. Wobei eine auch bei Stromausfall funktionierende Heizung ein zukunftsträchtiges Verkaufsargument sein kann. Mittelfristig sind aus derzeitiger Sicht Holzvergaser, gekoppelt mit Blockheizkraftwerken oder Brennstoffzellen, die vielversprechendsten Technologien, da sie deutlich höhere elektrische Nutzungsgrade aufweisen, sodass die Anlagen in der Objektnetzstabilisierung eine tragende Rolle neben Stromspeichern übernehmen könnten.
Arbeiten Sie dabei auch an Konzepten für große KWK-Systeme mit Holzpellets?
Biomasse ist begrenzt und daher wertvoll. Insofern reicht es aus unserer Sicht zur Rechtfertigung des Biomasseeinsatzes nicht mehr nur allein, Strom und Wärme gleichzeitig zu erzeugen, sondern es muss ein Zusatznutzen vorhanden sein. Das kann die Bereitstellung von Netzdienstleistungen genauso sein, wie die Verwertung von Rest- und Abfallstoffen sowie von biologischen Nebenprodukten oder das flexible Schließen von Versorgungslücken in einer 100 %-erneuerbare-Energie-Region. In Bezug auf hochqualitative Holzpellets sehen wir daher vor allem den Einsatz in kleineren KWK-Systemen im Objektbereich.
Weitere Informationen: www.dbfz.de
