Thermische Verwertung halmgutartiger Biomasse

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1 Biomassetagung Umwelt, Nov Thermische Verwertung halmgutartiger Biomasse Dr. Hans Oechsner Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie, Universität Hohenheim Problembereich: Grünland Hohes Aufkommen an grasartigen Bioabfällen ha Dauergrünland in Ba-Wü. (2003) (6 t TM-Ertrag/ha u. Jahr) Rückgang der Milchviehbestände 1980: 1,9 Mio. Rinder 2003: 1,1 Mio. Rinder (58 %) freie Grünlandflächen Leistung der Tiere steigt. Für Hochleistungstiere ist nur energiereiches Futter von intensiv genutzten, ertragssicheren Wiesen geeignet freie Grünlandflächen Grünlandflächen verwildern oder werden aufgeforstet In den nächsten Jahren (bis 2015) ist in Baden- Württemberg ein Grünlandüberschuss von ca ha zu erwarten Dies entspricht ca. 25 % der heutigen Grünlandfläche Rösch und Raab, 2007 Agrartechnik und Bioenergie 1

2 Strohanfall Jährlich werden 36 Mio. t Stroh in Deutschland produziert Davon könnten % energetisch genutzt werden 7 22 Mio. t könnten energetisch genutzt werden In Deutschland werden jährlich h 17,2 Mio. t Heizöl el verbraucht (2007) 2,8 8,8 Mio. t Heizöl könnten ersetzt werden (16 50 %) sspezifische Eigenschaften von Biomasse Heizwert Heizwert H U in MJ / kg TM 2,5 kg trockene Biomasse 20 18, (Holz, Stroh, Getreide, Heu) 17,2 Heizwert ersetzen 1 Liter Heizöl 16, ,0 15 Holz Stroh Heu Weizen Agrartechnik und Bioenergie 2

3 von Stroh und Heu in Deutschland Hemmfaktoren Preiswürdigkeit bisher Heizöl zu billig dann wurden Alternativen (Althölzer, Waldrestholz, Nebenprodukte) genutzt, da technisch weniger aufwendig Verfügbarkeit (Anfall, Lagerung, Transport) Abgasarme Feuerungstechnik fehlte Brennstoffzufuhr problematisch Strenge Abgasgrenzwerte (TA-Luft ab 100 kw) Ascheschmelzverhalten von Heu unterschiedlicher Qualität im Vergleich zu Holz 120% Ascheschmelzverhalten von Heu unterschiedlicher Qualität 100% Holz elativer Anteil re 80% 60% 40% 20% Heu überständig - nicht verregnet Chlor Kalium Heuqualität in Massen % des Brennstoffes der Asche nicht verregnet 0,24 29,4 verregnet 0,06 7,3 Heu überständig - verregnet 0% Temperatur in C Struschka, 2006 Agrartechnik und Bioenergie 3

4 sspezifische Eigenschaften von Landschaftspflegeheu Ascheerweichung - Schlackebildung Maßnahmen zur Minderung der Schlackebildung: Reduzierung der Temperatur im Glutbett spezielle Luftführung Abgasrückführung gekühltes Glutbett Bewegung des Brennstoffes Brennstoffverwirbelung Zweistufiger sprozess Zusatz von Additiven (z.b. Kalk) sspezifische Eigenschaften von Biomasse Kritische Inhaltstoffe 5,70 8,00 3 2,5 2,70 Holz Stroh Heu Geh halt in % d. TM 2 1,5 1 0,5 0 0,60 Holz Stroh Heu Weizen 0,10 0,50 1,20 1,70 0, ,00 1,30 0,60 Weizen Asche N K Cl 0,19 0,20 0,07 0,01 Agrartechnik und Bioenergie 4

5 Zugelassene Brennstoffe nach 1. BImSchV: 8. Stroh und ähnliche pflanzliche Stoffe, nicht als Lebensmittel bestimmtes Getreide wie Getreidekörner und Getreidebruchkörner, Getreideganzpflanzen, Getreideausputz, Getreidespelzen und Getreidehalmreste sowie Pellets aus den vorgenannten Brennstoffen, Produkte außer Stroh dürfen nur in Landwirtschaft, Gartenbau und Müllerei eingesetzt werden. 13. sonstige nachwachsende Rohstoffe, soweit diese die Anforderungen nach Absatz 5 einhalten. Feuchtegehalt < 25 % Novellierung der 1. BImSchV Betriebs- und Emissionsgrenzwerte für Heizkessel nach 1. BImSchV (2009) Bezugssauerstoffgehalt 13 % Nennwärmeleistung [kw] Staub [g/m 3 ] CO [g/m 3 ] Stufe 1: Anlagen, die nach Veröffentlichung der VO 4 bis <100 0,10 1,0 errichtet werden Stufe 2: Anlagen, die nach dem errichtet werden 4 bis <100 0,02 0,4 Nur für automatisch beschickte Feuerungsanlagen, die nach Angabe des Herstellers für diesen Brennstoff geeignet sind und im Rahmen der Typprüfung mit dem jeweiligen Brennstoff geprüft wurden. Mindestvolumen Warmwasser-Pufferspeicher: 20 l je kw Einzuhaltende Grenzwerte bei sonstigen Nachwachsneden Rohstoffen: Dioxine / Furane 0,1 ng / m³ Stickstoffoxide (als NO2) 600 mg / m³ Stufe mg / m³ Stufe 2 CO 0,25 g/m³ Agrartechnik und Bioenergie 5

6 Heubrennstoffe in unterschiedlicher Form Dichte Holzhackgut: Fichte: kg/m³ Buche: kg/m³ 120 kg/m³ 580 kg/m³ 660 kg/m³ Schüttgewichte Lager-/Transportaufwand Erforderliche Aufbereitung von Heu Heu-Rundballen: 250 kg, Energieinhalt 1MWh ( 100 l Heizöl) 40 kw Dauerbetrieb über 24 Stunden Hochdruckballen: 22 kg, Energieinhalt 105 kwh ( 10 l Heizöl) Zigarrenbrenner, 13 mm Vorschub pro Minute, Rückbrandgefahr bei weniger als 100 kw, Ballenauflöser möglich Heubrikett: 165 g, Energieinhalt 0,66 kwh bei kw, 1 Brikett alle 2-3 Minuten Heupellet: 1 g, Energieinhalt 0,004 kwh bei 1 kw, 250 Pellets in der Stunde, 4 Pellets pro Minute 25 Getreidekörner: 1 g, Energieinhalt 0,004 kwh bei 1 kw, Körner in der Stunde, 100 Körner pro Minute Agrartechnik und Bioenergie 6

7 Reka-Feuerungsanlage mit Treppenrost für trockene Brennstoffe, kw Aufbau einer Versuchsanlage mit 30 kw Leistung in Sonnenbühl Zerkleinerung von Strohballen Ballenauflösung: Reka Chaff-Cutter Agrartechnik und Bioenergie 7

8 Zerkleinerung Reka, Dk Reka-Feuerungsanlage mit Treppenrost für trockene Brennstoffe, kw Agrartechnik und Bioenergie 8

9 Reka-Feuerungsanlage mit Treppenrost für trockene Brennstoffe, kw Reka-Feuerungsanlage mit Treppenrost für trockene Brennstoffe, kw Heuverbrennung Getreidekornverbrennung Agrartechnik und Bioenergie 9

10 von Landschaftspflegeheu Beschickung der Anlage erfolgt automatisch gelegentliche Probleme mit Cutter Ascheabtransport über automatische Austragschnecke von Landschaftspflegeheu Qualität des Heus hat Einfluss auf sverhalten (Schlackebildung) Wollige Asche war zeitweise nur schwer aus dem Brennraum zu befördern funktioniert meist gut Schamottsteine mussten in 2 Jahren 2 mal getauscht werden Zuluftdüsen glühen aus Austausch erforderlich Agrartechnik und Bioenergie 10

11 von Landschaftspflegeheu Leistung des Kessels zwischen 10 und 32 kw Heubedarf : Sommer: 4-6 Ballen/d kg/d Winter: Ballen/d kg/d Stromverbrauch incl. Heuaufbereitung: 0,025 0,035 kwh / kwh Mit Filter etwa doppelt so viel von Landschaftspflegeheu In den Monaten Dez. 05 bis Dez. 07 wurde mit der Anlage eine Wärmemenge von 334 MWh produziert Dies entspricht l Heizöl (bei ƞ von 85 %) Es wurden in dieser Zeit ca kg Heu verbrannt = der Aufwuchs von ca. 27 ha (2 Jahre) Mit 3,1 kg Heu wurde 1 l Heizöl ersetzt Agrartechnik und Bioenergie 11

12 Abgasreinigung bei der von Getreide bzw. Heu Neue Entwicklung: Edelstahl-Gewebefilter Fa. Oskar Winkel, Amberg Aufbau Gewebefilter Gewebefilter: 2 unabhängige Filterpatronen elektrische Beheizung der Patronen Rohgas strömt von außen nach innen Abreinigung durch Druckluftstoß zeitgesteuerte Abreinigung Agrartechnik und Bioenergie 12

13 Staubabscheidung des Gewebefilters von Getreide-Reinigungsresten Ergebnisse: von Landschaftspflegeheu Edelstahl-Gewebefilter Partikelkonzentration ohne Gewebefilter : 190 bis 300 mg/m³ (Grenzwert: bisher 150 mg/m³, 1. Stufe 100 mg/m³, 2. Stufe 20 mg/m³) Nach dem Filter < 10 mg/m³ Staub NO X -Konzentration: 380 bis 520 mg/m³ (Grenzwert: 1. Stufe: 600 mg/m³ 2. Stufe: 500 mg/m³) Agrartechnik und Bioenergie 13

14 von Heu - Wirtschaftlichkeitsabschätzung Heizölpreis: 0,55 /l Heizöl Biomasse 40 kw 100 kw 300 kw 40 kw 100 kw 300 kw Investition Energieverbrauch Liter Energieverbrauch dt Jahreskosten Zins (6 %) Abschreibung für Öl 10 Jahre; 10 % d. Inv für Heu 7 Jahre; 14,3 % d. Inv Brennstoffkosten 0,55 /Liter Heizöl Wartungs- u Bedinungskosten (15 /h) Gesamtkosten/Jahr /a Zul. Biomassekosten /a Möglicher Preis für Heu /100 kg von Heu - Wirtschaftlichkeitsabschätzung Heizölpreis: 0,90 /l Heizöl Biomasse 40 kw 100 kw 300 kw 40 kw 100 kw 300 kw Investition Energieverbrauch Liter Energieverbrauch dt Jahreskosten Zins (6 %) Abschreibung für Öl 10 Jahre; 10 % d. Inv für Heu 7 Jahre; 14,3 % d. Inv Brennstoffkosten 0,90 /Liter Heizöl Wartungs- u Bedinungskosten (15 /h) Gesamtkosten/Jahr /a Zul. Biomassekosten /a Möglicher Preis für Heu /100 kg Agrartechnik und Bioenergie 14

15 Zusammenfassung Potentiale halmgutartiger Biomasse weitgehend ungenutzt Gehalt hoher Mengen emissionsrelevanter Mineralstoffe Höhere Staubemissionen beim Abbrand als bei Holz Hohe Investitionskosten für kleine Anlagen unwirtschaftlich Weiterentwicklung von stechnik erforderlich Weiterentwicklung von Abgasreinigungssystemen erforderlich Einkommensquelle für Landwirte Schonung fossiler Energieressourcen CO 2 -Emissionen werden gesenkt Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Vielen Dank für die Förderung des Projektes durch das MLR Baden-Württemberg Agrartechnik und Bioenergie 15