Holzgastechnik ist serienreif!

Transkript

1 technik ist serienreif! Die gleichzeitige Strom- und erzeugung aus Holz kommt wieder in Fahrt. Über 300 Anlagen sind in den letzten zwei Jahren neu in Betrieb gegangen. Wir geben einen aktuellen Überblick über Markt und Technik. F ast m2 Wohn- und Stallfläche mit Holz heizen und, statt für die zu bezahlen, 700 im Monat dazuverdienen? Das klingt zu schön, um wahr zu sein. Keine Utopie ist das seit zweieinhalb Jahren für Landwirt Johann Geltinger aus Geisenhausen im Landkreis Landshut (Bayern). Der Sauenhalter besitzt seit Ende 200 eine -Anlage. Sie erzeugt aus n ein brennbares Gas. Dieses verbrennt Gel tinger in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) mit 70 Kilowatt (kw) thermischer und 30 kw elektrischer Leistung. Mit der Abwärme aus dem BHKW beheizt er den Stall für 300 Sauen und Ferkel sowie zwei Wohnhäuser mit zusammen über 200 m2 beheizter Fläche. Nach dem Bau des zweiten Wohnhau- 28 Foto: Schramm Johann Geltinger beheizt mit der BHKW- Abwärme seinen Sauenstall. Eine Holzvergasungs-Anlage von Wegscheid: Im Vordergrund steht das BHKW. Die Vergasungseinheit ist rechts neben dem hohen Filterkasten zu sehen. ses wurde meine heizung mit 0 kw einfach zu klein. Bei meinem Heizungsbauer habe ich eine anlage in Aktion gesehen und mich für diese Technik entschieden, blickt er zurück. Eine -Anlage benötigt zwar auch als Brennstoff. Aber sie erzeugt zusätzlich Strom, der nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) mit ca. 20 Cent je Kilowattstunde (kwh) vergütet wird. Nach Abzug der Kosten für die zugekauften 900 m3, Zinsen und Til- gung für die Anlage bleiben ihm im Monat immer noch ca. 700 als Überschuss. Die hat er dafür kostenlos, die nach seiner Schätzung zu heutigen Öl- oder Gaspreisen noch einmal rund 700 monatlich wert wäre. Zweite Generation am Start: Wie Geltinger interessieren sich auch andere Landwirte für die Holzvergasung. Die Technik ist zwar nicht neu (siehe Kasten), hatte aber in der Vergangenheit extreme Startschwierigkeiten. Schon vor rund zehn Jahren gab es

2 einen regelrechten Boom und viele Hersteller, die die Technik als serienreif auf den Markt bringen wollten. Damals sind allerdings auch einige Glücksritter eingestiegen, die schnelles Geld verdienen wollten, heute aber wieder vom Markt verschwunden sind, weiß Gero Ferges von der AHT Pyrogas aus Bergisch Gladbach. In der Tat hat es nicht nur bei Firmen Insolvenzen gegeben, auch Landwirte standen nach Fehlinvestitionen vor dem wirtschaftlichen Aus. Denn viele Konzepte waren nicht ausgereift. Darum ist es seit dem Jahr 2006 sehr ruhig geworden um die Holzvergasung. bedarf ist entscheidend. Doch mit neuen Konzepten und weniger Kinderkrankheiten ist jetzt die zweite Generation der Holzvergaser am Start. Heute sind in Deutschland schätzungsweise 400 Holzvergaser am Netz. Als Käufer kommen Landwirte infrage, die in Wohnhaus und Stall einen Foto: Wegscheid hohen bedarf haben, wie z. B.: Ferkelerzeuger, Milchviehhalter (mit bedarf für Reinigung), Betreiber von Gewächshäusern, Betriebe mit Trocknungsanlagen. Die Anlagen können aber auch errichtet werden, um die über Contracting zu verkaufen, z. B. an Hotels, Gaststätten oder Nahwärmenetze (siehe Reportage auf Seite 30). Das ist vor allem für Betriebe interessant, die eigenes Waldrestholz vermarkten wollen. Denn als Rohstoff verwenden die Landwirte überwiegend, aber es kommen auch Stroh-, Miscanthusoder Holzpellets zum Einsatz. Holzpellets haben den Vorteil, dass sie ein definierter Brennstoff, einfach zu transportieren und zu lagern dafür aber auch teurer als sind. Die Betreiber einer anlage wünschen vor allem günstige. Daher werden die Anlagen meistens wärmegeführt betrieben, also immer nur dann, wenn benötigt wird. Der Strom fällt eher nebenbei an. Darum laufen die Anlagen selten rund um die Uhr, sondern im Schnitt ca Stunden. Mit einer Anlage von 30 kw kann man z. B bis Liter Heizöl ersetzen und gleichzeitig je nach Laufzeit des BHKW (6 000 bis Stunden) zwischen und Kilowattstunden (kwh) Strom erzeugen. Bei einer Einspeisevergütung von rund 20 Cent/kWh nach dem EEG 202 (4 Cent Grundvergütung + 6 Cent für Material aus Einsatzstoffvergütungsklasse I) liegen die Stromeinnahmen also zwischen und im Jahr. Eine Anlage mit 30 kw verbraucht im Jahr rund 80 t. Bei 00 /t, die laut Preisbarometer des bayerischen Netzwerks CARMEN bezahlt werden, liegen die Brennstoffkosten jährlich bei Dazu kommen Ausgaben für Zins und Tilgung. Für eine anlage muss man derzeit mit rund /kw elektrischer Leistung kalkulieren. Eine Anlage mit 30 kw kostet derzeit ab Kohle als drittes Standbein. Aber es gibt neben Strom und noch ein drittes Produkt aus anlagen. Wir setzen die bei der Vergasung anfallende Holzkohle zum Humusaufbau bzw. zur Bodenverbesserung ein, erklärt Hans Soehl von Soehlmetall aus

3 Wie entsteht Fotos: Neumann Die anlage der Spanner Re2 : Der große schwarze Zylinder in der Bildmitte ist die Vergasungseinheit (Reformer). Obertaufkirchen (Bayern). Bis zu 25 % des eingesetzten Holzes fällt in der Anlage von Soehlmetall nach der Vergasung in Form von Holzkohle an. Kohle ist extrem porenreich und hat damit eine hohe Aufnahmekapazität für Wasser und Nährstoffe. Bis sie aber als Bodenhilfsstoff eingesetzt werden darf, muss die Holzkohle jedoch so hergestellt werden, dass die Grenzwerte für Schadstoffe unterschritten werden. Besonders kritisch werden dabei die polyzyklischen, aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK) angesehen, die in dem Reststoff aus Holzvergasungsanlagen anzutreffen sind. Soehlmetall kann nach eigenen Angaben die PAK-Grenz werte bei der Kohleherstellung unter- schreiten. Auch andere Hersteller arbeiten daran, die Vergasung hinsichtlich der PAK-Grenzwerte zu optimieren. Große Bandbreite am Markt: Die wichtigsten Komponenten einer anlage sind ein Rohstoffbunker mit Zuführeinrichtung, der Vergaser und ein Blockheizkraftwerk (BHKW). Trotz des einfachen Aufbaus unterscheiden sich die verfügbaren Anlagen in vielerlei Hinsicht. Da ist zunächst die Leistung zu nennen: Die kleinsten beginnen bei 30 kw elek trisch, die größten erreichen 800 kw und mehr. Kleine Anlagen haben den Vorteil, dass die Vergasung einfacher ist. Beispiel Spanner Re2 aus Neufahrn (Bayern): Bei der erzeugung verdampft im ersten Schritt das in der Biomasse enthaltene Wasser. In der anschließenden Pyrolyse gehen 70 bis 80 % der flüchtigen Holzbestandteile in die Gasphase über. In der Oxidation werden ein Teil des Gases und der entstehenden Holzkohle verbrannt. Die wird für Trocknung und Pyrolyse verwendet. In der abschließenden Reduktion entsteht mit einem hohen Anteil Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und wenig Methan. Außerdem ist viel Stickstoff enthalten, der aber keinen Brennwert besitzt. Der Stickstoff entstammt der Luft, die in der Oxidationsphase künstlich eingeblasen wird. hat mit,3 bis,5 kwh/m3 einen deutlich niedrigeren Brennwert als Erdgas (0 kwh pro m3). Während der Pyrolyse entsteht auch Teer als unerwünschter Bestandteil. Die langkettigen Verbindungen haben in früheren Vergasungsanlagen zu Ablagerungen und Betriebsausfällen geführt. Heute haben die Hersteller Wege gefunden, zur Nahwärme-Versorgung Claudia und Stefan Wäsler aus Steinhausen (Bayern) verkaufen aus einer anlage als Dienstleistung und betreiben dafür ein eigenes Foto: Neumann Claudia Wäsler verkauft über ein eigenes netz an Bürger und Firmen. 30 Nahwärmenetz. Die Anlage hat eine elektrische Leistung von 45 kw und eine thermische von 0 kw. An das km lange netz sind 6 Gebäude angeschlossen, davon 4 Gewerbe-Betriebe sowie 28 Wohneinheiten. Diese verbrauchen kwh im Jahr. Die -Anlage läuft Stunden im Jahr. Angeschlossen ist ein Pufferspeicher mit 50 m3. Ursprünglich hatten Wäslers für das Nahwärmenetz eine Hackschnit- zelheizung geplant. Dieses Modell erwies sich aber als unwirtschaftlich. Denn sie müssen das Holz komplett zukaufen. Jetzt finanzieren sie die anlage und das Netz über die Vergütung, die sie für den erzeugten Strom erhalten. Von dem -Erlös von 6 ct/kwh kaufen Wäslers das Holz. Im Jahr verbrauchen sie rund 200 Schüttraummeter. Die waldfrischen werden mit der aus dem BHKWRaum getrocknet.

4 ! Grafik: Bendig Übersicht : Die zwei Vergaser-Bauarten Gleichstrom-Vergaser Brennstoff () Trocknung Pyrolyse Luft Luft Oxidation Reduktion Asche Gas um das Gas schon im Vergaser möglichst teerfrei herzustellen oder den Teer nach der Vergasung herauszufiltern bzw. zu waschen. Bei den Vergaser-Bauarten ist das Festbett am häufigsten. Bei diesem wird die Biomasse in einem zylindrischen Behälter in festgelegten Zonen vergast. Daneben gibt es bei größeren Anlagen noch das Bewegtbett, bei dem Trocknung Pyrolyse Reduktion Oxidation Grafik: Bendig Gegenstrom-Vergaser Brennstoff () Asche Gas Die Holzvergaser-Bauarten unterscheiden sich in der Luftführung. Beim Gleichstrom strömt sie mit der Biomasse nach unten, beim Gegenstrom von unten nach oben. Luft Quelle: CARMEN e.v. das eingefüllte Material in einer Wirbelschicht per Luftstrom in der Schwebe gehalten wird. Bei den Festbett-Vergasern unterscheidet man das Gleichstromverfahren (siehe Übersicht) und das Gegenstromverfahren. Beim Gleichstromverfahren wandern Biomasse und entstehendes Gas in die gleiche Richtung durch den Vergaser, also von oben nach unten. Beim Gegenstromvergaser dagegen wird die Luft von unten eingeblasen. Beim Gleichstromverfahren Gleichstrom-Vergaser wandert das Brennstoff Pyrolysegas () durch das heiße Glutbett, wobei die Teerverbindungen aufgespalten (gecrackt) werden. Beim Gegenstromverfahren dagegen kann das aufsteigende Trocknung Teerverbindungen aus der Pyrolysezone Pyrolyse mit sich Luft ziehen. Daher hat das Luft beim Gleichstromverfahren in Oxidation Reduktion der Regel einen deutlich niedrigeren Teergehalt. Wichtig für ein teerfreies Gas Gas ist, dass die Biomasse die richtige Qualität hat. Die häufigsten Fehler: Bei zu hohem Feinanteil sind die Lücken zwischen den Holzstückchen verstopft, sodass das entste- Asche hende Gas nicht mehr gleichmäßig durchwandern kann. Zu große können zu Brücken oder zum Verklemmen der Zuführschnecken usw. führen. Bei feuchtem Material über 20 % Wassergehalt wird viel Energie zum Verdampfen des Wassers benötigt, das Glutbett wird nicht heiß genug und die Teere können nicht ausreichend gecrackt werden. Ein hoher Sandanteil kann zu einem niedrigen Ascheschmelzpunkt führen. Geschmolzene Asche wird zur gefürchteten Schlacke.

5 Der Hersteller setzt bewusst auf kleine Anlagen mit 30 und 45 kw elektrischer Leistung. Spanner hat dazu den von Landwirt Bernd Joos aus Bodnegg (Allgäu) entwickelten Holzvergaser (siehe top agrar 6/2004) zur Serienreife gebracht. Mit rund 200 in stallierten Anlagen ist dieses die heute am häufigsten eingesetzte Technik. Für diese Größe spricht, dass sich nahezu 00 % der erzeugten verwerten lässt. Bei 30 kw elektrischer Leistung liefern BHKW und Holzvergaser zusammen 80 kw thermisch. Ein weiteres Plus sind die geringen Abmessungen. anlage und BHKW benötigen nur eine Stellfläche von 5 x 6 m. Damit lässt sich die Anlage auch in einem Altgebäude unterbringen. Ein Nachteil der kleineren Anlagen ist der geringere elektrische Wirkungsgrad des BHKW. Er liegt bei den von Spanner eingesetzten BHKW bei 23 %. Der Hersteller nutzt einen GM-Industriemotor mit 5,7 Liter Hubraum. Das ist kein Wirkungsgradkünstler, aber ein sehr robuster Motor. Einige der Anlagen haben selbst nach Stunden Lauf- Foto: Ligento zeit noch den ersten Motor in Betrieb, hat Geschäftsführer Thomas Bleul festgestellt. Wer dagegen mehrere Vergaser zusammenschaltet und ein größeres BHKW in der Größenordnung von 00 kw einsetzt, kann den elektrischen Wirkungsgrad auf 28 % erhöhen. Mehr-Zonen-Verfahren: Andere Her- steller setzen dagegen gleich auf größere Vergasungsanlagen und können BHKW mit höherem Wirkungsgrad nutzen. Ein Beispiel dafür ist die Firma Schnell, die in Kooperation mit der AHT Pyrogas eine Biomasse-Vergasungsanlage auf den Markt bringt. Sie ist in den Größen 200, 400 und 800 kw (elektrisch) erhältlich. Hier erreicht schon die kleine Anlage einen elektrischen Wirkungsgrad von 29 %, bei 800 kw liegt dieser bei 3 %. Das BHKW hat einen Zündstrahl-Motor, der pro Stunde etwa 2,5 Liter Biodiesel oder Pflanzenöl als Stützfeuerung benötigt. Bei größeren Vergasungsanlagen ist die Erzeugung eines teerfreien Gases dagegen nicht so einfach. Denn in größeren Vergasungseinheiten (Refor- Übersicht 2: Marktübersicht anlagen Hersteller Leistung (elektr./ thermisch) Einsatzstoff Vergasungsprinzip Installierte Kontakt Anlagen) Bioenergy Systems 230/240 kw Holz, Getreide, Miscanthus, Stroh gestuftes Verfahren im Gleichstrom Burkhard 80/270 kw Holzpellets Bewegtbett mit Gleichstrom Cleanstgas 250/430 kw 3-stufiges Verfahren Genera S.p.A. ab / ab kw Holzfeuerung kombiniert mit indirekt befeuerter Gasturbine 4 GTS Syngas 500 kw MW/ 700 kw,6 MW Festbettverfahren im Doppelfeuervergaser (ab 204) Kuntschar / Energieerzeugung KWS Strohmenger 300/550 kw Ligento Green Power 20 40/ ca. 250 kw Qalovis GmbH 36/20 kw Schnitzel, Pellets REP GmbH ab 20 / 45 kw Schnell Motoren 200, 400 und 800/ 65, 360 und 702 kw Festbett mit Zwei-ZonenVergasung Soehlmetall ab 24 /42 KW 4 Spanner Re2 30 und 46/ 80 kw Fürst Engineering 25/46 kw Holzenergie 25/240 kw Wegscheid ) nach Herstellerangaben

6 Die anlage von Ligento ist aus Modulen in Containerbauweise erstellt. mern) kann sich der Brennstoff entmischen und Brücken bilden. Damit ist nicht immer gewährleistet, dass die Hitze im Glutbett zum Aufschluss der Teerverbindungen ausreicht. AHT setzt aus diesem Grunde das sogenannte Zwei-Zonen-Verfahren ein, eine Kombination aus Gleich- und Gegenstromvergasung. Andere Hersteller teilen die Vergasung in mehrere Stufen auf, wie z. B. die Firma Cleanstgas aus Österreich, einem Zusammenschluss des Heizkesselherstellers KWB und des Industrieofenbauers Ebner. Die anlage leistet 350 kw elektrisch und 430 kw thermisch. Die Prozessstufen Pyrolyse, Oxidation und Reduktion finden bei dieser Anlage getrennt statt. In der Marktübersicht auf Seite 33 finden Sie Hersteller von anlagen. Hinrich Neumann So gelingt ein -Projekt In den letzten zehn Jahren sind einige -Projekte aus technischen, wirtschaftlichen oder rechtlichen Gründen gescheitert. Zu oft wurden Projekte einfach aufgrund der lockenden Einspeisevergütung oder einer oberflächlichen Technologiebeschreibung umgesetzt, lautet die Erfahrung von Dr. Friedrich Lettner, Sachverständiger und Gutachter vom Ziviltechnikerbüro für Energie- und Umwelttechnik aus Graz (Österreich). Stattdessen sollte sich der potenzielle Käufer gut informieren und vorab folgende Punkte klären:. Richtige Größe der Anlage: Sie hängt u. a. vom bedarf im Betrieb ab. Schnell gelesen 2. Wahl der Technik: Die Anlage muss die Vorschriften für die Genehmigung wie das Einhalten der Emissionsgrenzwerte, aber auch zur Betriebssicherheit erfüllen. Der Hersteller sollte eine ausreichende Laufzeit und die Einhaltung der Grenzwerte garantieren sowie Referenzen vorweisen können. 3. Wirtschaftlichkeit: Die Berechnungen sollten plausibel sein, auch Betriebskosten und Rückstellungen für Reparaturen beinhalten und steigende Brennstoffkosten berücksichtigen. Eine ausführliche Checkliste finden Sie unter (Stichwort: Leserservice Energie). Die Strom- und produktion aus Holz erfährt derzeit eine Renaissance. Rund 400 Anlagen sind deutschlandweit installiert. Mittlerweile haben die Hersteller die Kinderkrankheiten überwunden und produzieren in der Regel teerfreies. Interessant ist die Technik für Betriebe mit hohem bedarf wie z. B. Sauenhalter oder für Landwirte mit eigenem Wald. lässt sich aber auch als Dienstleistung verkaufen.