Projekt Wechselstrom

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1 Projekt Wechselstrom in Profu e.v. Verein zur Förderung wissenschaftlicher Projekte an der Fachhochschule Fulda Fachbereich Oecotrophologie Holzhackschnitzel als ökologische und wirtschaftliche Alternative zur Wärmeversorgung größerer Liegenschaften Konzeptvorschlag für die Fachhochschule Fulda im Zusammenhang mit der Erweiterung der Gebäude der Fachhochschule Vera Mayer-Blasig Isabel Rapp Ulrich Kurfürst Fulda, Januar 2005

2 1 Vorwort Regenerative Energieträger Biomasse Was ist Biomasse? Energie aus Biomasse Vorteile der Nutzung Biogene Brennstoffe Biogene Flüssigbrennstoffe Biogene Festbrennstoffe Gute Gründe für Holzenergie Nutzen für die Region Regionale Wertschöpfung Regionale Beschäftigung Optimale Daseinsvorsorge Förderung von nachhaltig bewirtschafteten Waldflächen und wirtschaftliche Gesunderhaltung des Waldes Sicher und zuverlässig Vorteile für den Holzenergiekunden Komfort Unterstützung der Forst- und Holzwirtschaft durch zusätzliche Erlöse aus der Holzenergie Entlastung der Umwelt Aktiver Beitrag zum Klimaschutz Vergleich der Kohlenstoffemission bei der Heizung mit Holz und mit Heizöl (1 t Holz bzw. 229 kg Heizöl) Jährliche Emissionen eines Einfamilienhauses beim Heizen Weniger Umweltkatastrophen Niedrigere Bereitstellungsverluste Holz spart fossile Energien Volkswirtschaftliche Bewertung Die Holzenergie in der Umweltbilanz Technische Details über Holz Zusammensetzung von Holz Holz als Energieträger Holzverbrennung Trocknung (bis 150 C) Entgasung/ Pyrolyse ( C) Oxidation ( C) Emissionen bei der Verbrennung Unvermeidbare Emissionen Vermeidbare Emissionen... 26

3 4.5 Brennstoffformen von Holz Scheitholz Holzpellets Holzhackschnitzel Wissenswertes über Holzhackschnitzel Hackschnitzelherkunft Sägewerksresthölzer Waldholzhackschnitzel Landschaftspflegeholz Altholz Qualitätskriterien und Möglichkeiten der Qualitätsbeurteilung von Holzhackschnitzel Qualitätskriterien Qualitätsbeurteilung Abrechnungsmöglichkeiten Abrechnung nach Raumvolumen (srm) Abrechnung nach Gewicht Wärmemenge Holz (kwh) hinter dem Kessel Betriebsführung Contracting Preisentwicklung bei Holzhackschnitzel Holzhackschnitzelpreise und -lieferanten im Raum Fulda Wärmeerzeugung mittels einer Holzhackschnitzelheizanlage Marktentwicklung Unterschiedliche Systeme Unterschubfeuerung Vorschubrostfeuerung Pyrolysefeuerung Anlagentechnik Dimensionierung Brennstofflagerung Rahmenbedingungen an der FH Fulda Ausgangslage Zukünftige Planungsschritte Integration von regenerativen Energien in die bestehende Planung Betrachtung zur Untersuchung der Wirtschaftlichkeit und Möglichkeiten des Betreibens einer Holzhackschnitzelheizanlage Vergleichsrechnung einer Holzhackschnitzelheizanlage und einer Gasheizung Technische Daten Kostenarten Zusammenfassung der Kosten Interpretation der Kosten Holz

4 8.2 Contracting und seine Vorteile Organisatorische und finanzielle Entlastung Risikoverlagerung Wirtschaftliche Anreize zur Energiekosteneinsparung Beitrag zum Klimaschutz Werterhaltung und Wertsteigerung Know-How-Transfer Schaffung von Arbeitsplätzen Arten des Contractings Energiespar-Contracting und Energielieferungs-Contracting Energieeinspar-Contracting (auch Performance-Contracting genannt): Kennzeichen, rechtliche Form und Eignung Energieliefer-Contracting (Nutzenergie-Lieferung, Anlagen-Contracting): Kennzeichen, rechtliche Form und Eignung Emissionen Emissionen für Erdgas, Heizöl und Holz Emissionssituation an der FH Fulda Emissionen an der FH Fulda beim Einsatz von Holz Emissionsszenario der Variante Emissionsszenario der Variante Emissionsszenario der Variante Emissionsszenario der Variante Emissionseinsparungen CO2-Bindevermögen eines Baumes Neutralisation der Emissionen der FH Fulda Quintessenz des Emissionsszenarien Darstellung der Brennstoffkosten der unterschiedlichen Varianten Variante 1: Brennstoffkosten bei einer ausschließlichen Gasversorgung.. 68 Variante 2: Brennstoffkosten bei 75 % Gas und 25 % HHS Variante 3: Brennstoffkosten bei 50 % Gas und 50 % HHS Variante 4: Brennstoffkosten bei 25 % Gas und 75 % HHS Variante 5: Brennstoffkosten bei ausschließlicher Holzhackschnitzelversorgung Überblick der Brennstoffkosten der Varianten Brennstoffkostenszenario Bilanz der Brennstoffkostenszenarien Abschlussbetrachtung Literatur

5 1 Vorwort Der umweltfreundlich Einsatz und die weitere Verbreitung von biogenen Brennstoffen stellt ein unbestrittenes volkswirtschaftliches und umweltpolitisches Ziel dar. In vielen Bereichen der Biomassennutzung sind technologische Fortschritte zu verzeichnen, und auch der Beitrag dieser Energieträger zum gesamten Primärenergieverbrauch in Deutschland nimmt ständig zu. Die verstärkte energetische Nutzung von Biomasse und die daraus resultierende Emissionsreduzierung ist erklärtes europäisches und nationales energiepolitisches Ziel. Sie wird in der BRD im Rahmen des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes (EEG) in besonderer Weise unterstützt und gefördert. Die CDU Landesregierung von Hessen hat sich zum Ziel gesetzt bis zum Jahr 2015 den Anteil an regenerativen Energien auf 15% zu erhöhen. Dies sind anspruchsvolle Ziele. Dafür wird die Entwicklung, Demonstration und Markteinführung erneuerbarer Energien offensiv voran getrieben, um einen wesentlichen klimapolitischen Beitrag leisten zu können. Besonders die Nutzung von Biomasse kann dazu wesentlich beitragen. An der Fachhochschule Fulda besteht die Möglichkeit einer energetische Nutzung der Biomasse Holz in der Region zu demonstrieren. Holz ist ein vielseitiger Werkstoff, aber auch ein Energieträger mit großer Tradition. Nachdem früher vor allen Dingen Stückholz in Einzelfeuerungen genutzt wurde, hat die Entwicklung neuer Techniken zu einer umfassenden Verbreiterung des Nutzungsspektrums für Holzenergie geführt. Insbesondere die Möglichkeiten der automatischen Beschickung von Kesselanlagen hat Holz einen neuen Stellenwert als Energieträger in Kombination mit anderen Brennstoffen verschafft. Holzhackschnitzel schaffen die Voraussetzungen, um Holz aus den heimischen Wäldern mit dem gleichen technischen Standard energetisch nutzen zu können, wie dies mit den traditionellen fossilen Brennstoffen Heizöl und Gas möglich ist. Durch den wirtschaftlichen Einsatz von Holz kann neben einer umweltfreundlichen Gebäudebeheizung mit erheblichen Emissionseinsparungen der FH Fulda auch eine Kosteneinsparung erreicht werden, die Sinnvollerweise in die Verbesserung der Lehre investiert werden kann. 5

6 Die hier vorliegende Arbeit soll grundlegende Zusammenhänge verständlich darstellen und anwendungsbezogene technische, organisatorische, ökologische und wirtschaftliche Fragen umfassend beantworten und die Nachhaltigkeit dieses Konzeptes näher betrachten. Erstellt wurde diese Arbeit von Vera Mayer-Blasig und Isabel Rapp am Fachbereich Oecotrophologie an der FH Fulda innerhalb des Hauptstudienprojektes Wechselstrom unter der Leitung von Prof. Kurfürst. Als Projektvorarbeiten in diesem Bereich sollte auf die Diplomarbeit von Thorsten Krewet Zukunftsorientiertes Energiemanagement an der FH Fulda hingewiesen werden, die erste Einblicke zur Nutzung von regenerativen Energien für Wärme und Stromerzeugung gab. Auch die Machbarkeitsstudie vom selben Autor in Zusammenarbeit mit dem Regionalen Zentrum für Wissenschaft, Technik und Kultur mit dem Thema Anwendungsmöglichkeiten biogener Energieträger an der FH Fulda und Konzept zur nachhaltigen Energieversorgung der FH Fulda beschäftigten sich einleitend mit diesem Thema. Beide Arbeiten dienten als Leitfaden und als Basis für das Verstehen der Rahmenbedingungen an der FH Fulda. 6

7 2 Regenerative Energieträger Biomasse 2.1 Was ist Biomasse? Unter dem Begriff Biomasse werden sämtliche rezente, also neue, frische oder noch lebende, Stoffe organischer Herkunft verstanden. Biomasse beinhaltet damit die in der Natur lebenden Phyto- und Zoomasse (Pflanzen und Tieren), die daraus resultierenden Rückstände bzw. Nebenprodukte (z.b. tierische Exkremente), abgestorbene (aber noch nicht fossile) Phyto- und Zoomasse (z.b. Stroh) sowie im weitern Sinne alle Stoffe, die beispielsweise durch eine technische Umwandlung und/ oder eine Nutzung entstanden sind (wie Papier und Zellstoff, Schlachthofabfälle, organische Hausmüllfraktion, Pflanzenöl, Alkohol etc). Die Abgrenzung der Biomasse gegenüber den fossilen Energieträgern beginnt beim Torf, dem fossilen Sekundärprodukt der Verrottung. Damit zählt Torf im strengeren Sinn dieser Begriffsabgrenzung nicht mehr zur Biomasse. Biomasse kann zusätzlich in Primär- und Sekundärprodukte unterteilt werden. Primärprodukte sind durch die direkte photosynthetische Ausnutzung der Sonnenenergie entstanden. Dazu zählt im wesentlichen die gesamte Pflanzenmasse wie z.b. land- und forstwirtschaftliche Produkte aus einem Energiepflanzenanbau (u.a. schnell wachsende Bäume, Energiegräser) oder pflanzliche Rückstände aus der Land- und Forstwirtschaft sowie der Industrie (u.a. Stroh, Wald- und Industriereste sowie Altholz). Sekundärprodukte beziehen dagegen ihre Energie nur indirekt von der Sonne, sie werden durch den Auf- oder Umbau organischer Substanz in höheren Organismen (z.b. in Tieren) gebildet. Zu ihnen gehören die gesamte Zoomasse sowie deren Exkremente (z.b. Gülle und Festmist) und Klärschlamm. 7

8 2.2 Energie aus Biomasse Biomasse ist somit gespeicherte Sonnenenergie. Biomasse wird von Pflanzen durch den Prozess der Photosynthese gebildet. Die dafür notwendige Energie liefert die Sonne. Biomasse ist also ein nachwachsender, erneuerbarer Energieträger. Da Pflanzen zu einem Großteil aus Kohlenstoff bestehen, wird bei der Verbrennung sowohl regenerativer wie auch fossiler Rohstoffe CO 2 an die Atmosphäre abgegeben. Fossile Rohstoffe sind im Laufe von Jahrmillionen entstanden und haben dementsprechend CO 2 aus der Atmosphäre aufgenommen. Sie gelten daher als riesige Kohlenstoff-Senke. Werden fossile Energieträger energetisch genutzt, dann gelangt massenhaft CO 2 in die Atmosphäre und die Gaszusammensetzung der Luft verändert sich. Reaktionen wie sie im Modell des globalen Treibhauses beschrieben werden treten auf und können zu rasanten Klimaveränderungen führen wie etwa heftigeren Regenfällen oder länger anhaltenden Trockenperioden bis hin zu Klimazonenverschiebungen. Der Einsatz regenerativer Rohstoffe dagegen ermöglicht einen nahezu geschlossenen Kohlenstoffdioxidkreislauf, der dem Treibhauseffekt entgegen. Die Energiebilanz der Biomasse ist positiv. Die für die Gewinnung des Energieträgers eingesetzte Energie ist geringer als diejenige, die bei dessen energetischer Verwertung frei wird. Bei Holzhackschnitzeln müssen beispielsweise weniger als 5 % der Nutzenergie für deren Gewinnung aufgewandt werden. Abbildung 2.1: Geschlossener Stoffkreislauf in Bioenergiesystemen Quelle: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v., Handbuch Bioenergie-Kleinanlagen, 2. Auflage,

9 Biomasse ist sehr einfach in großen Mengen speicherbar. Dies unterscheidet sie von anderen erneuerbaren Energieträgern wie Solarenergie, Wind- und Wasserkraft. Die Daten der Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe zeigen, dass Biomasse heute nicht einmal zwei Prozent des deutschen Bedarfs an Strom, Wärme und Kraftstoffen liefert - im Jahr 2030 könnten es laut Prognosen über 17 % sein. Nicht nur Biogas, Waldrestholz, Schwachholz, Reste aus der Holzverarbeitung und die großen Mengen des bislang ungenutzten Holzzuwachses bieten Potenziale. Auch Energiepflanzen und Stroh haben für die Energieversorgung der Zukunft erhebliche Bedeutung. Abbildung 2.2: Was kann Bioenergie leisten? Quelle: Nachwachsende Rohstoffe Spitzentechnologie ohne Ende, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V., 2004 Ganz neue Zahlen decken die jüngsten Analysen zu den Potenzialen der Bioenergie auf werden wir mit Petajoule in Deutschland zwar nicht mehr Energie brauchen als heute, über 17 Prozent davon könnten jedoch aus nachwachsenden Rohstoffen stammen. Zu diesem Ergebnis kommen die Wissenschaftler um Dr. Joachim Nitsch vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Sie trauen nicht nur Holz mit rund 750 Petajoule und Biogas mit rund 150 Petajoule einiges zu. Vor allem gezielt angebaute Biomasse könnte dafür sorgen, dass die Bioenergie 2030 größere Anteile des Energiebedarfs deckt als bislang vermutet. 9

10 Auf 4,3 Millionen Hektar, so eines der Szenarien, können Pflanzen für Strom, Wärme oder Kraftstoffe angebaut werden. Rund 1300 Petajoule ließen sich daraus gewinnen. Jährlich rund 2200 Petajoule könnten 2030 rein aus nachwachsenden Rohstoffen stammen. Allen anderen regenerativen Energien ist die Bioenergie damit nicht nur mengenmäßig weit überlegen. Im Gegensatz zu diesen lässt sie sich außerdem problemlos speichern und ist vielfältig nutzbar. Ob über die Verbrennung, die Vergärung oder die thermochemische Vergasung, je nach Beschaffenheit des Rohstoffs bieten sich verschiedene Konversionswege an. Die Biomasse allein wird unsere Rohstoffversorgung wohl nie zu 100 Prozent sicher stellen können. Keine andere Alternative jedoch eröffnet uns vergleichbare Chancen einer umweltverträglichen Energiegewinnung. Die Politik ist gefragt, dafür die Rahmenbedingungen zu schaffen. Mit dem neuen Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) ist am 1. August 2004 ein deutliches Signal gesetzt worden. 2.3 Vorteile der Nutzung Wer Biomasse energetisch nutzt, meint momentan vor allem Holz. Mit diesem reichlich vorhandenen Brennstoff verbinden viele aber noch Erinnerungen an qualmende Holzfeuerungen und mühselige Brennholzbereitung. Diese Zeiten sind vorbei. Hochentwickelte Biomasseheiz(kraft)werke und moderne Kleinfeuerungsanlagen sind heute Standard. Deren Technik leistet in punkto Komfort und Umweltschonung Hervorragendes. Der immense "Energiehunger" hochentwickelter Gesellschaften verbraucht in wenigen Jahrzehnten die in Jahrmillionen gebildeten fossilen Ressourcen. Wer Biomasse energetisch nutzt, schont diese knappen, wertvollen Vorräte. Als rohstoffarmes Land ist Deutschland in hohem Maße auf den Import fossiler Energieträger angewiesen. Dieser Import liegt in der Hand weniger Großkonzerne. Geld fließt entweder aus der Region in deren Kassen oder ins Ausland. Wird Biomasse energetisch genutzt, bleibt die Wertschöpfung in der Region. Die Land- und Forstwirtschaft wird von Menschen betrieben, die in der Region verwurzelt sind. Beinahe alle Mittel für den Brennstoff, dessen Gewinnung und 10

11 den Betrieb des Biomasse-Heizwerkes bleiben in der Region und kommen ihr wieder zugute. Dezentral erzeugte Energie aus Biomasse schließt nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch sinnvolle Kreisläufe. 2.4 Biogene Brennstoffe Biogene Flüssigbrennstoffe Pflanzenöle (in Deutschland hauptsächlich Raps- und Sonnenblumenöl) eigenen sich für die energetische Nutzung in Dieselmotoren. Pflanzenöle sind frei von Schwefel und biologisch vollständig abbaubar. Durch die Befreiung von der Mineralöl- und der Ökosteuer sind diese mittlerweile konkurrenzfähig zum Dieselkraftstoff. Aus stärke- und zuckerhaltigen Pflanzen lässt sich der Alkoholkraftstoff Ethanol gewinnen. Über die Vergasung kann aus trockener Biomasse der Treibstoff Methanol hergestellt werden. Alkoholkraftstoffe eignen sich hervorragend für Benzinmotoren. Methanol kommt auch als Treibstoff für Brennstoffzellen in Frage Biogene Festbrennstoffe Biogene Festbrennstoffe sind rezente Brennstoffe organischer Herkunft, die zum Zeitpunkt ihrer energetischen Nutzung in fester Form vorliegen. Demnach zählen z. B. Waldrestholz und Rapsstroh zu den biogenen Festbrennstoffen. Die vorkommenden und technisch nutzbaren biogenen Festbrennstoffe unterteilen sich in Rückstände und in speziell angebaute Energiepflanzen. Entsprechend den unterschiedlichen Eigenschaften wird zusätzlich zwischen halmgutartigen und holzartigen Brennstoffen unterschieden. Demnach zählen z. B. Waldrestholz und Rapsstroh zu den biogenen Festbrennstoffen. Die vorkommenden und technisch nutzbaren biogenen Festbrennstoffe unterteilen sich in Rückstände und in speziell angebaute Energiepflanzen. Entsprechend den unterschiedlichen Eigenschaften wird zusätzlich zwischen halmgutartigen und holzartigen Brennstoffen unterschieden. Energetisch nutzbare Rückstände fallen beispielsweise bei der land- und forstwirtschaftlichen Pflanzenproduktion an. Zusätzlich ist Industrierestholz, Altholz und sonstige holzartige Biomasse zur Energiegewinnung verfügbar. Entsprechend 11

12 groß ist auch die Bandbreite der nutzbaren Energiepflanzen (d. h. halmgutartige Biobrennstoffe wie Energiegetreide und holzartige Biobrennstoffe wie Holz aus Kurzumtriebsplantagen). Abbildung 2.3: Formen biogener Festbrennstoffe in Deutschland Quelle: Nachwachsende Rohstoffe Spitzentechnologie ohne Ende, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. 12

13 3 Gute Gründe für Holzenergie 3.1 Nutzen für die Region Regionale Wertschöpfung Bei dem Betrieb der Wärmeversorgung durch Energie aus Holz können fast alle Lieferungen und Leistungen durch lokale und regionale Betriebe erbracht werden. Produktion und Bereitstellung des Energieholzes sind langfristige und auf Dauer angelegte Wertschöpfungen der regionalen Forst- und Holzwirtschaft. Das bedeutet, dass Geld, welches von den Energiekunden für die Heizung ausgeben wird, zu einem höheren Prozentsatz in der Region verbleit und somit zu einer wirtschaftlichen Stabilisierung der regionalen Wirtschaft beiträgt Regionale Beschäftigung Die Wertschöpfung durch die Versorgung mit Wärme durch Holz bewirkt die Sicherung vorhandener und die Schaffung neuer Arbeitsplätze in der Region. Die dadurch gesicherten Löhne und Gehälter der Holzwirtschaft und der beteiligten Unternehmen stärken die Kaufkraft und bewirken eine höhere Nachfrage, sie erbringen Zinsen und Gewinne und stärken somit die Investitionstätigkeit regionaler Unternehmen. 3.2 Optimale Daseinsvorsorge Durch die Nutzung der Energie aus heimischen Holz kann dieser Zielsetzung besonders wirksam entsprochen werden, da hierdurch einer ganzen Reihe von langfristigen Problemen begegnet werden kann: Die negativen Auswirkungen von internationalen Energiekrisen, insbesondere Energieverknappung und Energiepreiserhöhung, können durch den Einsatz der einheimischen Holz-Energie gemindert werden. Die Abhängigkeit von international operierenden Energiekonzernen kann durch den Aufbau einer kommunalen, dezentralen Versorgungsstruktur verringert werden. 13

14 Die langfristigen Entsorgungskosten für Landschaftspflegeholz aus öffentlichen und privaten Grünflächen können deutlich reduziert werden, wenn dieses Holz, sofern hierfür keine andere Nutzungsmöglichkeit besteht, als preiswerte Beimischung einem Holzheizwerk oder Holzheizkraftwerk zur Verfügung gestellt wird. Die Identifikation der Bürger mit ihrer Kommune und ihrer Region sowie ihr Selbstbewusstsein als Solidargemeinschaft werden durch mehr Unabhängigkeit bei der Energieversorgung gefördert. Die persönlich erlebte Erfahrung mit der sicheren Wärme aus dem eigenen Wald bewirkt Identifikation. Durch die thermische Nutzung von Restholz leiste die Kommune einen eigenen Beitrag zur geschlossenen Kreislaufwirtschaft und hilft damit, dass Deponieraum eingespart wird. 3.3 Förderung von nachhaltig bewirtschafteten Waldflächen und wirtschaftliche Gesunderhaltung des Waldes Eine vermehrte Nutzung von Energieholz leistet auch einen wertvollen Beitrag zur notwendigen Waldpflege und belebt den Markt für schwer verkäufliche Sortimente, die bei normalem Holzschlag immerhin etwa ein Drittel der Holzmenge ausmachen. Durch die zusätzlichen Erträge aus dem Verkauf von Holzenergie kann ein deutlicher Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung einer angemessenen Waldpflege mitbezahlt werden. Denn der gepflegte und nachhaltig bewirtschaftet Wald erfüllt neben der Bereitstellung des Holzes weiter vielfältige Funktionen, die für einen lebenswerte Umwelt von entscheidender Bedeutung sind. Besonders hervorzuheben sind dabei die unverzichtbaren Einflüsse auf: Das Grundwasseraufkommen Die Eindämmung der Bodenerosion Das gemäßigte Kleinklima Die Erholungsqualität für die Bevölkerung 14

15 Diese Funktionen des Waldes für eine gesunde Umwelt können auf Dauer nur gewährleistet werden, wenn der Wald auch selbst als Wirtschaftsbetrieb gesund ist. Die energetische Verwertung von Holz ist ein Beitrag zu dieser wirtschaftlichen Gesunderhaltung. 3.4 Sicher und zuverlässig Vorteile für den Holzenergiekunden Der Energieträger Holz ist immer regional vorhanden und muss nicht erst aus anderen Teilen der Welt herangeschafft werden und kann deshalb gegenüber der konventionellen, mit fossilen Brennstoffen befeuerten Einzelheizung mit einem höheren Maß an Sicherheit und Zuverlässigkeit zur Verfügung gestellt werden. Laut der Bundeswaldinventur, die 2004 veröffentlicht wurde, gibt es Holz in Deutschland im Überfluss. Der Holzvorrat steigt stetig. Die zweite Bundeswaldinventur 2002 hat einen Vorrat von rund 3,4 Mrd. m³ ermittelt. Das entspricht einem Durchschnittswert von rund 320 m³ pro Hektar. Damit hat Deutschland, verglichen mit allen europäischen Ländern, die höchsten Holzvorräte in der Summe und mit Österreich die höchsten pro Hektar. Jährlich wachsen bis zu 60 Millionen Kubikmeter Holz zu. Aber nur ca. 40 Millionen Kubikmeter werden geerntet und ca. 20 Millionen Kubikmeter bleiben ungenutzt im Wald. 3.5 Komfort Die Holzfeuerungsanlagen sind heute sehr bedienungsfreundlich. Die automatischen Steuerungen von Verbrennungsluft und Brennstoffzuführung gewährleisten neben einem großen Komfort auch einen guten Wirkungsgrad und reduzieren den Brennstoffverbrauch und die Umweltbelastung. 15

16 3.6 Unterstützung der Forst- und Holzwirtschaft durch zusätzliche Erlöse aus der Holzenergie In Deutschland wird seit über 200 Jahren nachhaltige Forstwirtschaft betrieben. Das bedeutet, dass nicht mehr Holz aus dem Wald entnommen wird, als dort nachwächst. Bei nachhaltiger Forstwirtschaft müssen die Wälder gepflegt werden, um einen vitalen und gesunden Wald entstehen zu lassen. Das bei der Waldpflege anfallende Durchforstungsholz wird überwiegend an Sägewerke verkauft. Schwächeres Holz, aus dem keine Bretter oder Balken mehr erzeugt werden können, wird in der Regel an die Papier-, Zellstoff- und Spanplattenindustrie geliefert. Sonst nicht verwertbares Holz kann zu Hackschnitzel verarbeitet werden, womit für die Forst- und Holzwirtschaft zusätzliche Arbeitsplätze und Erlöse entstehen. Darüber hinaus wird dem umweltpolitischen Ziel der in sich geschlossenen und damit nachhaltigen Kreislaufwirtschaft Rechnung getragen. In den Sägwerden entstehen beim Einschnitt des Stammholzes nicht nur Bretter und Balken, sondern auch die Sägenebenprodukte, wie Sägespäne, Spreißel, Rinden und Hackschnitzel, die insgesamt etwa ein Drittel des Stammholzes ausmachen. Der Verkauf der Sägenebenprodukte als Energieholz ermöglicht der Sägeindustrie zusätzliches Einkommen. 3.7 Entlastung der Umwelt Aktiver Beitrag zum Klimaschutz Heizen mit Holz ist heizen mit dem Kreislauf der Natur. Während der Wachstumsphase nimmt der Baum Kohlendioxid (CO 2 ) aus der Luft auf und wandelt es über die Photosynthese in Kohlenstoff und freiwerdenden Sauerstoff um. Bei der Verbrennung von Holz wird genau dieser Sauerstoff wieder verbraucht, und das vorher gebunden CO 2 wieder freigesetzt. Somit wird beim Heizen mit Holz kein zusätzlichen CO 2 erzeugt. Deshalb trägt die Nutzung der Holzenergie nicht zusätzlich zum Treibhauseffekt bei. Holz gilt, wie die Biomasse 16

17 insgesamt, als CO 2 -neutral unter der Voraussetzung, dass die Wälder nachhaltig bewirtschaftet werden. Ein positiver Beitrag zum Klimaschutz entsteht jedoch nur dann, wenn der Energieträger Holz dort eingesetzt wird, wo bisher fossile Energieträger wie Kohle, Öl oder Gas eingesetzt wurde. Ein Berechnungsbeispiel in der Holzenergie-Fibel der Wirtschaftsministeriums des Landes Baden-Württemberg aus dem Jahr 2003 zeigt, dass in einer Einfamilienhaussiedlung, die durch Holzenergie versorgt wird, eine Einsparung von 450 Tonnen CO 2 verbucht werden kann, im Vergleich zu den Energieträgern Öl und Gas. Jeder Bewohner des Neubaugebietes reduziert somit seinen statistischen CO -Ausstoß von 11t CO um ca. 1t CO Vergleich der Kohlenstoffemission bei der Heizung mit Holz und mit Heizöl (1 t Holz bzw. 229 kg Heizöl) Die folgende Tabelle vergleicht Holz und Heizöl als Brennstoff. Dabei wird jeweils die Brennstoffmengen zu Grunde gelegt, die den gleichen Energiegehalt haben. Brennstoff Holz Heizöl Brennstoffmenge 1000kg 229 kg Heizwert 4 kwh/kg 10 kwh/l Wirkungsgrad 80 88% 85% Aufbereitung Holzernte, Förderung, Transport, Holztransport, Hacken Raffinerie Energieaufwand bei der Aufbereitung 0,095kWh/kg 3,1 kwh/kg 0 kg aus Holz aus Heizöl Netto-C-Freisetzung 18,1 kg aus Aufbereitung 65,6 kg aus Aufbereitung Gesamte Kohlenstoffemission 18,1 kg 279,2 kg CO2-Gesamtemission 66,4 kg 1023 kg Tabelle 3.1: Brennstoffvergleich: Holz - Heizöl Quelle: Biogene Brennstoffe Nr.1, Biomasse Holz; Informationszentrum Energie, Wirtschaftsministerium Baden- Württemberg,

18 3.7.3 Jährliche Emissionen eines Einfamilienhauses beim Heizen Die folgende Tabelle zeigt die unterschiedlichen Emissionen eines Einfamilienhauses beim Heizen mit unterschiedlichen Energieträgern. Dabei schneidet Holz als Energieträger weitaus besser ab als Gas und Öl. Abbildung 3.2: Jährliche Emissionen eines Einfamilienhauses beim Heizen Quelle: Energieverwertungsagentur (E.V.A.), Wien, Weniger Umweltkatastrophen Die Energieträger Öl und Gas sind sowohl bei der Förderung als auch beim Transport mit erheblichen Umweltrisiken belastet, die meist nur durch spektakuläre Ereignisse wie Tankerhavarien, Gasexplosionen und kriegerische Auseinandersetzungen in das öffentliche Interesse geraten. Dabei sind es jedoch gerade die fast unbemerkten, ständigen Umweltverschmutzungen wie Tankerreinigungen ins Meer, ungeregelte Beseitigung von Reststoffen und Leckagen an Leitungen, die weltweit irreparable Schäden bewirken. Die Produktion und der Transport der regional anfallenden Hackschnitzel hingegen enthalten keine umweltrelevanten Risiken Niedrigere Bereitstellungsverluste Vergleicht man den Energieaufwand zur Bereitstellung von Brennstoffen schneidet Holz deutlich besser ab als fossile Energieträger. Stückholz hat mit 1,2 % die geringsten und Flüssiggas mit 14,5 % die höchsten Bereitstellungsverluste bezogen auf den Energieverbrauch der Endenergie (Endenergie ist die im Brennstoff enthaltenen Energie). 18

19 Bereitsstellungsverluste: Gewinnung, Umwandlung, Zustellung Energieverbrauch in % der Endenergie ,3 2,7 Hackgut W30 1, ,5 Pellets Scheitholz Erdgar Flüssiggas Heizöl EL Energieträger 12 Abbildung 3.3: Bereitstellungsverluste: Gewinnung, Umwandlung, Zustellung Quelle: Biogene Brennstoffe Nr.1, Biomasse Holz; Informationszentrum Energie, Wirtschaftsministerium Baden- Württemberg, Holz spart fossile Energien In einem Raummeter Buchen- oder Eichenbrennholz steckt die Energie von 220 Litern Heizöl. Aus der gleichen Menge Nadelholz lässt sich die Energie von 140 Litern Heizöl gewinnen. 1kg luftgetrocknetes Holz hat im Mittel einen Energiegehalt von 4kWh. Mit ca. 2,5kg Holz lässt sich 1 Liter Heizöl einsparen was einer CO - Reduzierung von ca. 3,158 kg entspricht. 2 Abbildung 3.4: Faustzahlen für den Energiegehalt von trockenem Holz Quelle: Biogene Brennstoffe Nr.1, Biomasse Holz; Informationszentrum Energie, Wirtschaftsministerium Baden- 19

20 3.8 Volkswirtschaftliche Bewertung Die volkswirtschaftlichen Kosten und Nutzen, die aus der Nutzung der Holzenergie resultieren wurden für das Land Baden-Württemberg im Rahmen einer Diplomarbeit der Universität Freiburg von Gunnar Josting erarbeitet. Die Daten würden bei der Erarbeitung für das Land Hessen vermutlich noch positiver ausfallen, da der Waldbestand in Hessen bei 42% liegt und in Baden-Württemberg bei nur 39%. Diese Daten wurden im Bericht über den Zustand des Waldes 2003 vom Bundesministerium für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft veröffentlicht. Laut des Berichtes ist Hessen das in Deutschland waldreichste Bundesland. In der Diplomarbeit wurden die Beiträge der Holzenergie für Umweltschutz Klimaschutz Ressourcenschutz Beschäftigung ermittelt und monetarisiert. In dem Beispiel für Baden-Württemberg werden die volkswirtschaftlichen Kosten der Klimaveränderung auf 529 / t CO2 als Untergrenze geschätzt. Bei Ausschöpfung des technischen Potenzials an Energieholz in Baden-Württemberg würden hiernach Kosten von 1,8 Mrd. gegenüber Erdgas uns 2,4 Mrd. gegenüber Heizöl vermieden. Die volkswirtschaftlichen Kosten für die der Schäden aus der Luftverschmutzung werden von mit maximal 4630 je Tonne Luftschadstoff ermittelt. Durch die höheren Schadstoffemissionen der Holzenergie würden bei Ausschöpfung des technischen Potenzials an Energieholz in Baden-Württemberg dadurch Mehrkosten von 29 Mio. gegenüber Heizöl und 67 Mio. gegenüber Erdgas entstehen. Die Ressourcenknappheit an sich lässt sich nicht monetarisieren. Für die Entwicklung von Ersatztechnologien zur schrittweißen Substitiution der fossilen Energieträger werden von Kosten von 0,02 je kwh Öl oder Gas ermittelt. Bei Ausschöpfung es technischen Potenzials an Energieholz in Baden-Württemberg würden dadurch 434 Mio. Entwicklungskosten vermieden werden. 20

21 Durch den positiven Einfluss auf die Beschäftigungszahl in der Region durch die Nutzung von Holzenergie können die volkswirtschaftlichen Kosten einer arbeitslosen Person, die mit / Jahr verbucht werden, vermieden werden. 3.9 Die Holzenergie in der Umweltbilanz Heute weicht die einseitige und punktuelle Betrachtungsweise einzelner Schadstoffkomponenten einer gesamtheitlichen Gewichtung, die sämtliche relevanten Umweltbelastungen von der Quelle über die Verarbeitung und den Transport bis zur Nutzung eines Energieträgers einschließt. Dabei schneidet die Holzenergie vorteilhaft ab. Zu einer ganzheitlichen Betrachtungsweise gehört auch der Einbezug der Vorleistungen, bis ein Energieträger am Verbraucherstandort genutzt werden kann. Am Beispiel Öl sind dies: die Erschließung, die Förderung, der Transport des Rohöls, die Verarbeitung in der Raffinerie, die Zwischenlagerung und die Verteilung bis zum Endverbraucher. Für alle diese Operationen braucht es Energie, und es werden Emissionen verursacht. Holz hingegen steht praktisch vor unserer Haustür, braucht wenig Energie zur Aufbereitung als Brennstoff, hat kurze Transportwege und kann risikolos gelagert werden. 21

22 4 Technische Details über Holz Holz ist die älteste Energiequelle des Menschen. Im Zuge der Diskussion um den Energieverbrauch, die Endlichkeit fossiler Energievorräte und die begrenzte Aufnahmefähigkeit der Ökosysteme für Abfälle und Emissionen gewinnt der traditionelle Energieträger immer mehr an Bedeutung. Holz ist in Europa der am häufigsten eingesetzte biogene Bennstoff. 4.1 Zusammensetzung von Holz Die wichtigsten Hauptbestandteile von naturbelassenem Holz sind: Cellulose mit etwa 47%, die im wesentlichen als Gerüstbausubstanz fungiert Polyosen (Hemicellulosen) mit etwa 25%, als Grund- und Gerüstbausubstanz Lignin mit etwas 24%, das als Versteifungssubstanz wirkt Organische und anorganische Nebenbestandteile mit etwas 4% (wie Harze, ätherische Öle oder Mineralstoffe) 4.2 Holz als Energieträger Der Heizwert eines Energieträgers ist ein Maß für seinen Energiegehalt. Um dies zu verdeutlichen, ist ein Raummeter lufttrockenes Holz im Vergleich zu Heizöl, Steinkohle und Erdgas dargestellt: Ein Raummeter Holz (450 kg) = 2000 kwh Dies entspricht einem Heizwert von: 210 l Heizöl 262 kg Steinkohle 210 m 3 Erdgas Abbildung 4.1.: Vergleich der Heizwerte unterschiedlicher Energieträgern Quelle: Biomassehof Allgäu GmbH, Kempten 22

23 Wie viel Energie hat 1 kwh? eine 100 W-Glühbirne 10 Stunden Brenndauer ein Heizlüfter (2000 W) eine halbe Stunde 34,4 l Wasser von 10 C auf 35 C erwärmt (2-3 Min. Duschen) Ein Gewicht von kg (z.b. PKW) auf 360 m Höhe heben Auf eine umfassende Definition von Heizwert und Wassergehalt wird in Kapitel eingegangen. Der Heizwert von Holz ist vom Wassergehalt abhängig. Zur Verbrennung sollte der Wassergehalt kleiner als 30% sein. Nur spezielle Hackgutfeuerungen können Holz mit höherem Feuchtgehalt schadstoffarm in Wärme umsetzen. Durchschnittliche Wassergehalte und Heizwerte von Nadelholz: Zustand des Holzes Wassergehalt in % Heizwert in kwh/kg Lufttrocken, über mehrere Jahre 15 4,3 gelagert Waldtrocken, über 1 Sommer 30 3,4 gelagert Erntefrisch ,8-1,6 Tabelle 4.1.: Übersicht über die Abhängigkeit des Heizwertes vom Wassergehalt des Holzes Quelle: Biomassehof Allgäu GmbH, Kempten Der Heizwert von Zellulose liegt bei 4,9 kwh/ kg, derjenige von Lignin bei 8,3 kwh/ kg. Je mehr Ligningehalt eine Holzart aufweist, desto höher ist ihre Dichte und desto höher ist, bei gleicher Feuchte, der spezifische Energieinhalt je Volumeneinheit. Die Tabelle zeigt für die wichtigsten heimischen Baumarten den Heizwert bei einer Holzfeuchte von 15 %; dies entspricht lufttrockenem Holz. 23

24 Baumart Heizwert je Heizwert je Heizwert je Festmeter(kWh) Raummeter (kwh) Kilogramm (kwh) Laubholz: Ahorn ,1 Birke ,3 Buche (rot und weiß) ,0 Eiche ,2 Erle ,1 Esche ,2 Pappel ,1 Robinie ,1 Ulme ,1 Weide ,1 Nadelholz: Douglasie ,4 Fichte ,5 Kiefer/Lärche ,4 Tanne ,5 Tabelle 4.2.: Übersicht über die Heizwerte verschiedener Hölzer Quelle: Biogene Brennstoffe Nr.1, Biomasse Holz; Informationszentrum Energie, Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg, Holzverbrennung Aufgrund des hohen Anteils an leicht flüchtigen Bestandteilen (85 % des Holzes werden bei Wärmezufuhr vergast) ist Holz ein langflammiger Brennstoff, der für eine optimale Verbrennung einen relativ großen Feuerraum benötigt. Die Holzverbrennung erfolgt in drei Phasen Trocknung (bis 150 C) In der ersten Phase wird der Brennstoff bei einem Temperaturanstieg bis circa 150 Celsius im Feuerraum erwärmt und getrocknet. Dabei ist zu beachten, dass umso mehr Energie aufgewendet werden muss, je mehr Feuchtigkeit das Holz enthält. Diese Energie wird aus dem heißen Brennraum entnommen. Ein hoher 24

25 Wassergehalt wirkt sich also negativ auf den Heizwert des Brennstoffes und auf die Verbrennung insgesamt aus Entgasung/ Pyrolyse ( C) Die zweite Phase beinhaltet die Umwandlung des Holzes in brennbare Gase und erfolgt im Bereich zwischen 150 und 600 Celsius. Etwa 85 Prozent der Holzsubstanz werden zu brennbaren Gasen zersetzt, übrig bleibt Holzkohle Oxidation ( C) In der dritten Phase reagieren die freigesetzten Brenngase und die Holzkohle mit dem Luftsauerstoff. Dabei entstehen Temperaturen von etwa 500 bis Celsius. Energie wird also erst in der dritten Phase, der Oxidation, freigesetzt. Erst wenn diese Phase abgeschlossen ist, dürfen die Rauchgase ihre Wärme an das Heizwasser abgeben, nicht vorher, denn sonst entstehen vermehrt Luft verunreinigende Schadstoffe. Für eine saubere Verbrennung ist eine möglichst vollständige Oxidation der brennbaren Gase notwendig. Dies setzt eine ausreichende Sauerstoffzufuhr voraus. Zu wenig Luft verursacht Sauerstoffmangel und führt zu einer unvollständigen Verbrennung. Bei zu viel Luft wird der Verbrennungsvorgang gekühlt, was zu erhöhten Schadstoffemissionen führt, und zudem steigt der Abgasverlust, was den Wirkungsgrad reduziert und den Brennstoffverbrauch erhöht. Der Heizwert von Holz ist nicht konstant wie bei fossilen Energieträgern (Heizöl oder Erdgas), sondern hängt ab von der Holzsorte und vom Wassergehalt. 4.4 Emissionen bei der Verbrennung Bei der Verbrennung von Holz entstehen Emissionen, die über den Schornstein an die Umgebung abgegeben werden. Diese teilen sich auf in unvermeidbare und vermeidbare Emissionen. 25

26 4.4.1 Unvermeidbare Emissionen Wasserdampf H O hat keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt. 2 Kohlendioxid CO ist das Produkt der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff. 2 Dieser Kohlenstoff leistet auf Grund des "geschlossenen Kohlenstoffkreislaufs" keinen negativen Beitrag zum Treibhauseffekt. Stickoxide NO tragen zum Sommersmog bei und verursachen sauren Regen, X spielen aber wegen des sehr geringen Anteils bei der Holzverbrennung keine Rolle. Aschepartikel (anorganischer Staubanteil) sind durch Primärmaßnahmen wie die richtige Luft- und Rauchgasführung gut beherrschbar und durch Sekundärmaßnahmen (Fliehkraftabscheider, Gewebe- und Elektrofilter) weiter reduzierbar Vermeidbare Emissionen Diese ergeben sich nur in Folge einer unvollständigen Verbrennung. Sie werden durch Optimierung der Feuerung sowie durch das richtige Brenngutsortiment minimiert. Kohlenwasserstoffe C H und Kohlenmonoxid CO werden durch hohe n m Verbrennungstemperaturen, ausreichend Verbrennungsluft und eine entsprechende Verweildauer in der heißen Verbrennungszone vermieden. Unverbrannte Partikel (Ruß) werden ebenfalls durch oben beschriebene Optimierung der Feuerung minimiert. 4.5 Brennstoffformen von Holz Die hessenenergie GmbH unterscheidet die verschiedenen Brennstoffformen von Holz: Scheitholz Scheitholz wird klassisch mit Hilfe von Säge und Axt gewonnen. Es handelt sich dabei meist um Holz, das bei der Gewinnung von Nutzholz als nicht verwertbarer Anteil anfällt. Das Holz wird auf die entsprechende Länge gesägt und Abbildung4.2.: Scheitholz Quelle: 26

27 anschließend gespalten. Bereits vor der Lagerung sollte das Holz auf Betriebsbzw. Ofenlänge zugeschnitten werden, um zusätzlichen Aufwand zu vermeiden. Eine größere Oberfläche durch Spaltung des Holzes ermöglicht eine schnellere Trocknung. Scheitholzkessel bieten die Chance, sehr günstige Brennstoffpreise zu realisieren. Sie werden per Hand bestückt und sind wenig komfortabel. Um eine gute Qualität zu erreichen, sollte das Holz bis zu zwei Jahre luftgetrocknet oder in Holztrocknungsanlagen behandelt sein. Durch den Einsatz von Pufferspeichern lässt sich auch hier eine höhere Kontinuität der Wärmelieferung und eine Begrenzung des Bedienungsaufwands erreichen Holzpellets Holzpellets sind kleine zylindrische Presslinge aus naturbelassenem Holz, in erster Linie aus Säge- und Hobelspänen. Die Pellets sind genormt und müssen in Deutschland der DIN Anforderungen an Presslinge aus naturbelassenem Holz genügen. Sie haben einen Durchmesser von 6 oder 8 mm und eine Länge um 20 mm. Um ihrem biologisch einwandfreien Image gerecht zu werden und um schädliche Emissionen zu vermeiden, dürfen beim Abbildung 4.3.: Holzpellets Quelle: Pressen keine Fremdstoffe wie Leim oder Kunststoffe verwendet werden. Holzpellets werden unter hohem Druck hergestellt und weisen einen Heizwert von 4,9 kwh/kg auf, was etwa dem von einem halben Liter Heizöl entspricht. Die Pelletierung selbst ist keineswegs eine neue Technologie. Sie wurde bereits im 19. Jahrhundert zur Kompaktierung organischer und anorganischer Stoffe sowie zur Verbesserung der Handhabung von Materialen verwendet. Die Pelletierung von Holz ist dagegen noch nicht so lange üblich. Sie wird eingesetzt zur Verbesserung der Manipulierbarkeit großer Mengen an Holzspänen und Holzstäuben, um biologisch unbedenkliches Einstreumaterial zu erhalten und für die Gewinnung von Holzpellets zu Heizzwecken. 27

28 Qualitätsnormen Pellets Vorgaben ÖNorm M 7135 Vorgaben DIN Durchmesser mm 4 bis 10 mm 4 bis 10 mm Länge mm 5 x D¹ < 50 5 x D¹ Rohdichte kg/dm³ > 1,12 1,0 < Dichte< 1,4 Vorgaben DIN plus > 1, % Wassergehalt < 10 < 12 < 10 Asche % < 0,50 < 1,50 < 0,50 Heizwert MJ/kg > 18 17,5 < HW< 19,5 > 18 Schwefel % < 0,04 < 0,08 < 0,04 Stickstoff % < 0,3 < 0,3 < 0,3 Chlor % < 0,02 < 0,03 < 0,02 Abrieb % < 2,3 - < 2,3 Presshilfsmittel % < 2 ( ² < 2 ¹ ² max. 20% der Masse der Presslinge dürfen Längen von bis zu 7,5 x D aufweisen Die DIN verbietet Zusatzstoffe, jedoch wird dieses Verbot mit der Verordnung Kleinfeuerungsanlagen wieder aufgehoben, so dass keine Begrenzung des Anteils an Presshilfsmitteln besteht Tabelle 4.3.: Übersicht über die Normen der Holzpellets Quelle: Holz-Energie-Zentrum Olsberg GmbH 28

29 4.5.3 Holzhackschnitzel Hackschnitzel werden mit Hilfe eines Hackers aus Rest- und Schwachholz produziert, zum Beispiel aus den Teilen eines Baumes, die sich nicht für die Nutzholzproduktion eignen. Sie sind etwa Streichholz- bis Zigarettenschachtel groß. Eine möglichst einheitliche Größe der Abbildung 4.4.: Holzhackschnitzel Quelle: Hackschnitzel und ein geringer Wassergehalt sind Voraussetzungen für den optimalen Einsatz in den Heizanlagen. Das verwendete Feuerungssystem sollte an die Eigenschaften der Hackschnitzel, wie beispielsweise Größe, Wassergehalt und Feinanteil, angepasst werden. Verunreinigungen wie Steine, Metallteile oder andere Fremdstoffe sollten in den Hackschnitzeln nicht enthalten sein. Für eine emissionsarme Verbrennung ist es wichtig, nur gutes Holz zu verwenden, also kein Abraumholz oder verschmutztes und morsches bzw. faules oder sehr nasses Holz. Auch der Rindenanteil sollte nicht zu hoch sein, da sich durch Rinde der Ascheanfall erhöht. Naturbelassenes Holz weist in der Regel nur einen geringen Aschegehalt von etwa 0,5 bis ein Prozent auf. 29

30 5 Wissenswertes über Holzhackschnitzel Der Name Hackschnitzel stellt einen Oberbegriff über eine Vielzahl von unterschiedlichen Hackschnitzelsortimenten dar. Die wichtigsten Unterschiede sind hinsichtlich der Feuchte, der Stückigkeit und der Herkunft zu sehen. 5.1 Hackschnitzelherkunft Sägewerksresthölzer Rinde Hackschnitzel, Frässpäne Sägespäne, Hobelspäne Abbildung 5.1.: Sägewerk Quelle: Nicht nutzbare Nadelholzstammteile werden im Sägewerk beim Sägen des Schnittholzes direkt zerkleinert und können mit Stückgrößen von mm für die energetische Nutzung gebraucht werden. Hackschnitzel aus Nadelholz werden von Sägewerken produziert, die mit ihrer Spanertechnik große Mengen herstellen. Der Spananteil ist dabei 40% vom eingesetzten Rundholz. Die folgende Aufteilung eines runden Fichtenstammes in die einzelnen Sortimente während der Bearbeitung verdeutlicht den erheblichen Mengenanfall. 1 m³ Fichtenstammholz ergibt : 0,5 m³ Kanthölzer 1,2 srm Hackschnitzel ( 40%) 0,4 srm Sägespäne (10%) 0,2 srm Rinde (3%) Die Hackschnitzel können sowohl in Rinde als auch rindenfrei anfallen. Der Wassergehalt bewegt sich je nach Behandlung der Späne oder des Ausgangsmaterials zwischen 60% sägefrisch bis 8% technisch getrocknet. 30

31 5.1.2 Waldholzhackschnitzel Waldhackschnitzel werden aus schlechten Qualitäten von Rundhölzern entweder direkt im Wald oder auf einem zentralen Hackplatz hergestellt. Die Hackschnitzel werden entweder durch eine Vorlagerung in stückiger Form vorgetrocknet und Abbildung 5.2.: Waldholz dann erst gehackt, oder im Zuge der Einschlagsmaßnahme gehackt und dann biologisch in Hallen getrocknet. Diese biologische Trocknung nutzt die biologisch Aktivität der in der Rinde enthaltenen Mikroorganismen aus. Quelle: Landschaftspflegeholz Unter dieser Kategorie ist eine große Bandbreite an Sortimenten zu fassen, die en weder gehackt oder geschreddert werden. Nachteile trotz des günstigen Preises sind: Hoher Wassergehalt von > 60 Hoher Rindenanteil Biologische Trocknung notwendig Abbildung 5.3.: Hackschnitzel Quelle: Altholz Altholz unterscheidet man in die Kategorien A1 unbehandelt A2 unbelastet A3 / A4 belastet Altholz wird bei der Zerkleinerung gebrochen (Schredder) und nicht geschnittenen (Hacker) dies führt zu längeren schmalen Holzstücken. Anhaftungen und Beschichtungen können zu Schlacke im Kessel führen. Abbildung 5.4.: Altholz Quelle: Es bleibt das Risiko einer sorgfältigen Sortierung nach den Kategorien bei der Aufbereitung. Vorteil ist der geringe Wassergehalt von < 30%. 31

32 5.2 Qualitätskriterien und Möglichkeiten der Qualitätsbeurteilung von Holzhackschnitzel Qualitätskriterien In Deutschland existiert bis dato keine Normung für Hackschnitzel. Eine Normung könnte jedoch folgende Vorteile mit sich bringen: Vorgaben über Bestimmungsmethoden zur Prüfung der Produkteigenschaften Vergleichbarkeit von Brennstoffen Anwendersicherheit durch Einhaltung von Mindestanforderungen Möglichkeit der Preisstaffelung bei Definition von Qualitätsklassen einheitliche Bezugsgrößen bei Rechtsauseinandersetzungen einheitliche Begriffsdefinitionen und Sprachregelung Da unterschiedliche Qualitätsklassen noch nicht definiert wurden wird üblicherweise der Wassergehalt als entscheidendes und meist alleiniges Kriterium herangezogen. In einigen Fällen spielt die Hackschnitzelgröße eine Rolle. Von untergeordneter Bedeutung sind die Kriterien Aschegehalt und Anteile an Fremdstoffen. Sollen Qualitäten für Hackschnitzel definiert werden, wird derzeit auf die österreichische Norm (ÖNORM M 7133) zurückgegriffen. In Anlehnung an diese hängt die Qualität von Holzhackschnitzeln von folgenden Faktoren ab: Wassergehalt Größe des Hackgutes Schüttdichte im wasserfreien Zustand Aschegehalt Fremdstoffanteil Diese Eigenschaften kennzeichnen im Wesentlichen die physikalischen Brennstoffqualitäten und haben Einfluss auf den Transport- und Lagerraumbedarf, die Lagerfähigkeit sowie die Beschickungs- und Feuerungstechnik. 32

33 Wassergehalt Definition Wassergehalt (Handbuch Bioenergie-Kleinanlagen, S. 52, 2003): Der Wassergehalt wird auf die Frischmasse gezogen; er beschreibt damit das in der feuchten Biomasse befindliche Wasser, wobei sich diese feucht Biomasse aus der trockenen Biomasse und der darin enthaltenen Wassermasse zusammensetzt. Der Wassergehalt von Holzhackschnitzeln ist der wesentlichste Faktor, da er die Lagerbeständigkeit und die damit verbundene Notwendigkeit einer Trocknung sowie den Heizwert entscheidend beeinflusst. Wasser liegt im Holz in freier und gebundener Form vor. Der Fasersättigungspunkt kennzeichnet den Übergang von freiem zu gebundenem Wasser. Je nach Baumart variiert dieser zwischen 18% und 26% Wassergehalt. Freies Wasser befindet sich in Zellhohlräumen des Holzes und lässt sich leicht durch trockene Luft entziehen. Gebundenes Wasser wird durch molekulare Bindungskräfte in den Holzzellen festgehalten. Es kann dem Holz nur durch aufwendige technische Trocknungsverfahren vollständig entzogen werden. Sie sind für Holzhackschnitzel zu teuer. Allein durch optimale Lufttrocknung können bereits Wassergehalte von 15 20% erreicht werden. Der Wassergehalt sollte bei der Abrechnung von Hackschnitzeln unbedingt berücksichtigt werden. Die Einteilung gemäß ÖNORM M 7133 ist in der Tabelle dargestellt. Sie erfolgt in fünf Klassen und umfasst die Bandbreite zwischen lufttrocken und erntefrisch. Klasse Grenzwert (Wassergehalt in %) Bezeichnung w 20 < 20 lufttrocken w lagerbeständig w beschränkt lagerbeständig w feucht w erntefrisch Tabelle 5.1.: Wassergehaltsklassen von Hackschnitzeln nach ÖNORM M 7133 Quelle: 33

34 Heizwert Definition Heizwert (Handbuch Bioenergie-Kleinanlagen, S. 52, 2003): Der Heizwert beschreibt die Wärmemenge, die bei der vollständigen Oxidation eines Brennstoffs ohne Berücksichtigung der Kondensationswärme (Verdampfungswärme) des im Abgas befindlichen Wasserdampfes freigesetzt wird. Beim Heizwert wird somit unterstellt, dass der bei der Verbrennung freigesetzt Wasserdampf dampfförmig bleibt und dass die Wärmemenge, die bei einer eventuellen Kondensation durch Rauchgasabkühlung frei werden könnte nicht nutzbringend verwendet wird. Die Grafik zeigt die Abhängigkeit des Wassergehaltes auf den Heizwert von Holzhackschnitzeln. Abbildung 5.5.: Darstellung des Heizwertes in Abhängigkeit des Wassergehaltes Quelle: Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft Größe In der folgenden Tabelle sind die Anforderungen an die Größenverteilung für Holzhackschnitzel nach der österreichischen Norm ÖNORM M 7133 aufgeführt. Tabelle 5.2.: Anforderungen an die Größenverteilung nach der österreichischen Norm für Holzhackgut ÖNORM M 7133 Quelle: 34

35 Schüttdichte Die Schüttdichte der Hackschnitzel stellt ein wichtiges Merkmal des jeweiligen Ernteverfahrens dar. Sie ist abhängig vom Wassergehalt, von der Schnitzelgröße und von der Verdichtung. Insbesondere ist sie eine wichtige Größe für Entscheidungen über Transport- und Lagerkapazitäten. Die Schüttdichte im wasserfreien Zustand ist außerdem ein Maß für den Energieinhalt. Klasse Grenzwert Bezeichnung S 160 (Schüttdichte in kg TS/m 3 ) < 160 geringe Schüttdichte (Fichte, Tanne, Pappel, Weide) S mittlere Schüttdichte S 250 > 200 (Kiefer, Lärche, Birke, Erle) hohe Schüttdichte (Buche, Eiche, Robinie) Tabelle 5.3.: Schüttdichte von Hackschnitzel nach ÖNORM M 7133) Quelle: Aschegehalt Der Aschegehalt kann in zwei Klassen eingeteilt werden. Die Kriterien sind in der Tabelle aufgezeigt. Klasse Grenzwert Bezeichnung (Aschegehalt in % der TS) A 1 < 1 geringer Aschegehalt A erhöhter Aschegehalt Tabelle 5.4.: Aschegehaltsklassen von Hackschnitzeln nach ÖNORM M 7133 Quelle: Anteil an Fremdstoffen Grobe Verunreinigungen wie Steine, Metallteile und sonstige Fremdkörper sowie brennbare Fremdstoffe sind nicht zulässig. 35