betrieben. Eine fünf mal grössere Anlage in Stans (NW) nutzt Altholz.

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1 Energieerzeugung Erstmals Wärme und Strom aus Holzpellets Energiezentralen, die aus Holzenergie sowohl Wärme als auch Strom produzieren, sind noch relativ selten. Ein Kraftwerk dieses Typs hat nun in Rheinfelden AG den Betrieb aufgenommen. Mit seiner Leistung kann es 270 Durchschnittshaushalte mit Strom und Wärme versorgen. Die Anlage ist schweizweit die erste ihrer Art, die mit Holzpellets betrieben wird. Von Benedikt Vogel D ie Verbrennung von Holz zur Erzeugung von Wärme ist gang und gäbe: In der Schweiz stehen nicht nur über eine halbe Million Cheminées und Holzöfen und mehr als Holz-Zentralheizungen, es existieren auch gut 8000 moderne Heizwerke. Weniger verbreitet sind bislang Holzkraftwerke, die neben Wärme auch Strom erzeugen. Doch solche Anlagen sind im Kommen, denn sie helfen die Nachfrage nach CO 2 -neutralem Strom zu decken und ermöglichen eine vergleichsweise hohe Energieausbeute. Wer mit Holz Wärme und Strom produzieren will, kann mit den heissen Gasen aus der Holzfeuerung Wasserdampf erzeugen und damit eine Dampfturbine beziehungsweise einen Strom- generator antreiben; diese Technologie kommt vorwiegend bei Grossanlagen zum Einsatz. Eine Alternative für mittelgrosse und kleinere Anlagen ist die Holzvergasung: Hier wird das Holz in einem ersten Schritt in einem Vergaser zu einem brennbaren Gas umgewandelt. Das Gas wird anschliessend in einem Gasmotor verbrannt und in Strom und Wärme umgewandelt (siehe Kasten «Holz wird nicht verbrannt, sondern vergast» unten). In Europa laufen heute rund 800 Holzvergasungsanlagen, in der Schweiz gut ein halbes Dutzend. Eine kleine Anlage in Eschholzmatt (LU) wird zum Beispiel mit Sägereiabfällen betrieben. Eine fünf mal grössere Anlage in Stans (NW) nutzt Altholz. Holz wird nicht verbrannt, sondern vergast Holzvergasung ist eine Form der energetischen Verwertung von Biomasse. Dabei wird das Holz mit geringer, genau kontrollierter Luftzufuhr teilverbrannt und mit der Hitze in ein brennbares Gas umgewandelt (Verschwelung bei 700 bis 900 C). Man unterscheidet verschiedene Vergasungstechnologien: stationäre und zirkulierende Wirbelschicht-, Entrained Flow-, Festbettvergaser. Der Brennstoff wird im Gegenstrom oder im Gleichstrom zugegeben; Vergaser können im Unterdruck, Überdruck und unter hohem Druck (25 bis 80 bar) gefahren werden. Je nach Vergasertyp werden 10 baublatt Luft, Sauerstoff und / oder Wasserdampf in die Reaktionszone in der Menge zugegeben, so dass die Vergasung, der Wirkungsgrad, die Teerbildung und der Vergasungsprozess insgesamt optimiert werden. Das entstehende Holzgas (CO + H2 + CO2 + CH4) wird anschliessend in einem Verbrennungsmotor oder einer Gasturbine verbrannt. Gegenüber anderen Technologien, bei denen aus Holz Strom und Wärme erzeugt wird, ermöglicht die Vergasung einen vergleichsweise hohen Anteil an Strom, dies bei geringen Stickoxid- und sehr tiefen Feinstaub-Emissionen. (bv) Biomasse verstärkt nutzen Ein weiterer Holzvergaser läuft nun seit Anfang 2018 in Rheinfelden im Kanton Aargau. Es handelt sich um eine Premiere, denn erstmals in der Schweiz werden Pellets als Brennstoff eingesetzt (siehe Kasten «Nichts als Holz» auf Seite 12). «Die Produktion von Wärme und Strom aus Holzpellets ist eine interessante Option, da die Handhabung von Pellets betrieblich einfacher und günstiger ist als jene von Holzhackschnitzeln», erläutert Louis Lutz, Leiter Erneuerbare Energien bei der AEW Energie AG. «Pellets eignen sich sehr gut für kleinere Anlagen innerhalb eines Nahwärmeverbunds.» AEW ist mit direkt versorgten Haushalten und Gewerbeeinheiten der grösste Strom- und Wärmeversorger des Kantons Aargau. Im Bereich der erneuerbaren Energien dient das Kraftwerk (BHKW) dazu, neben Wasserkraft, Sonne und Wind auch die Biomasse als Energieträger zu erschliessen. AEW betreibt kantonsweit 74 Nahwärmeverbünde. Einer von ihnen ist der Wärmeverbund Rheinfelden-Ost mit rund 85 Haushalten, neun Gewebe- / Industriebetrieben, einem Spital, einem Altersheim, einem Hotel und einem Thermalbad. Diesen Wärmeverbund versorgt das neue Blockheizkraftwerk mit Wärme, während der Strom ins allgemeine Netz eingespeist wird. «Es ist für unsere Anlage essenziell, dass der Wärmeverbund über das ganze Jahr einen hinreichend grossen Wärmebedarf hat, denn die neue Energiezentrale arbeitet nur wirtschaftlich, wenn sie dauerhaft bei Vollast betrieben werden und Nr. 19, Freitag, 11. Mai 2018

2 Das Paul Scherrer Institut, das Holzvergasungsanlagen erforscht, brachte die AEW Energie AG auf die Idee, in Rheinfelden ein Pellet-BHKW zu bauen. Im Bild: Das Vergasermodul seitlich an der Bedienstelle.

3 Bild: Burkhardt GmbH Schema des Reaktors: Die Vergasung findet in einem von unten nach oben geführten Luftstrom statt. Im unteren Bereich der Wirbelschicht wird ein Teil der Pellets verbrannt. Ab einer Temperatur von zirka 200 C zersetzt sich das Holz in gasförmige, flüssige und feste Stoffe. Nichts als Holz Blockheizkraftwerke (BHKW) sind Wärme-Kraft- Kopplungsanlagen, also Kraftwerke, die Wärme und Strom produzieren. Als Brennstoff werden üblicherweise Erdgas, Biogas oder Holz eingesetzt. Bei Holz handelt es sich um einen nachhaltigen Energieträger, der oft in der Region des Kraftwerks gewachsen ist. Das BHKW in Rheinfelden braucht 900 Tonnen Holzpellets pro Jahr. Die Pellets stammen aus Schweizer Produktion und werden aus Sägereiabfällen hergestellt. Das dafür verwendete Holz ist unbehandelt. Altholz beispielsweise kann nicht eingesetzt werden, weil es mitunter behandelt oder bemalt wurde. Pellets haben gegenüber Hackschnitzeln den Vorteil, dass ihre Qualität genormt ist und der Energiegehalt damit klar definiert ist. Im Gegensatz zu Hackschnitzeln erfordert die Herstellung von Holzpellets einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt. (bv) Bandenergie liefern kann», sagt Lutz. Im Winter, wenn der Wärmebedarf höher ist, greift der Wärmeverbund zusätzlich auf die Abwärme der benachbarten Salinen sowie Holzfeuerungen zurück. Vollautomatischer Betrieb Nach Auskunft der Betreiber funktionierte das Holzpellets-Blockheizkraftwerk (BHKW) in den ersten Betriebsmonaten störungsfrei. Zeitweise traten für Kleinanlagen nicht untypisch Leistungsschwankungen von 5 bis 10 Prozent auf. Noch ist unklar, ob diese auf Qualitätsunterschiede des in den Pellets verarbeiteten Holzes zurückzuführen sind, oder ob Einstellungen der 12 baublatt Nr. 19, Freitag, 11. Mai 2018

4 Bild: Burkhardt GmbH Bild: AzwoodEnergy, CC BY-SA 4.0, commons.wikimedia.org Das Holzgas enthält zirka 26 Prozent Kohlenmonoxid, 17 Prozent Wasserstoff und 2 Prozent Methan. Die restlichen Volumenprozente entfallen auf Kohlendioxid, Wasser, Stickstoff und grössere Moleküle. Anlage dafür verantwortlich sind. Der Betriebsaufwand für das BHKW ist gering; es läuft vollautomatisch und wird zudem fernüberwacht. Eine Fachperson aus dem AEW-Betriebszentrum Rheinfelden schaut einmal pro Tag vor Ort nach dem Rechten. Das Pellets-BHKW ist eine Eigenentwicklung der bayrischen Firma Burkhardt GmbH (Mühlhausen / Oberpfalz). Im Jahr 2008 kamen die ersten vier Prototypen zum Einsatz. Unterdessen laufen in Deutschland und einigen weiteren Staaten über 200 Anlagen. Eingesetzt werden sie in Nahwärmeverbünden, aber auch in industriellen Trocknungsprozessen etwa für Holz und Klärschlamm. Ein Charakteristikum der Anlage: Pellets und Luft werden dem Vergaser von unten zugeführt, dies im Gegensatz zu den gängigen Hackschnitzelvergasern, wo der Brennstoff von oben kommt. «Dank des homogenen, normierten Brennstoffs erreichen unsere Anlagen einen elektrischen Wirkungsgrad von 30 Prozent, deutlich besser als bei Hackschnitzelvergasern», sagt Burkhardt-Vertriebsmitarbeiter Harald Gottschalk. Zusammen mit dem thermischen Wirkungsgrad von 47 Prozent ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad von 77 Prozent ein solider Wert für eine derartige Kleinanlage. Wirtschftlich dank KEV Trotz der vielen Vorzüge: Holzenergie ist noch immer eine vergleichsweise teure Form von erneuerbarer Energie. Bei Gestehungskosten von rund 27 Rp. / kwh wäre ein wirtschaftlicher Betrieb bei den aktuellen Strompreisen ohne Fördermittel nicht möglich. Die AEW kann die Energiezentrale in Rheinfelden dank Kostendeckender Einpeisevergütung (KEV) von rund 30 Rp. / kwh nun aber auf solider Grundlage betreiben und mit ihr jährlich 400 Tonnen CO 2 einsparen (im Vergleich zu einer Erdgasheizung und Strom aus dem Schweizer Netz). FORTSETZUNG AUF SEITE 14 Nr. 19, Freitag, 11. Mai 2018 baublatt 13

5 Rheinfelden AG hat vier Nahwärmeverbünde (blau, gelb, lila, grün). Der Wärmeverbund Rheinfelden-Ost (grün) bezieht seit Jahresbeginn Bandlast-Wärme aus einem Holzpellet-BHKW. Rheinfelden Ost Rheinfelden Mitte Altstadt Salmenpark Schifflände Engerfeld Augarten / Weiherfeld Feldschlösschen Eine entsprechende finanzielle Förderung vorausgesetzt, ist die Technologie auch für andere Nahwärmeverbünde und industrielle Anwender von Interesse, die über einen ganzjährigen Wärmebedarf verfügen. Der Standort im Industriequartier in Rheinfelden hat sich für den Bau einer solchen Holzenergieanlage besonders angeboten, weil hier die Baubewilligung einfach zu erhalten war und die Versorgungsleitung des Nahwärmeverbunds nicht weit ist. Begleitforschung durch das PSI Künftige Anwender von Pellets-BHKW könnten dann auch von der Begleitforschung profitieren, mit welcher das Paul Scherrer Institut (PSI) die Anlage begleitet. Die bundeseigene Forschungseinrichtung in Villigen AG will in Zusammenarbeit mit der AEW und der Firma Burkhardt GmbH in den kommenden Monaten den Einsatz unterschiedlicher, pelletierter Holzbrennstoffe untersuchen und dessen Einfluss auf die Emissionen des Gasmotors analysieren. Ebenfalls soll die Möglichkeit eines dynamischen Betriebs evaluiert werden, für einen sogenannten Biomasse- Schwarm. «Mit dem Biomasse-Schwarm soll weiterhin der Strom- / Wärmemarkt bedient werden, allerdings wird die Stärke von Biomasse hervorgehoben, abrufbare Energiedienstleistungen zu erbringen, wenn sie besonders wertvoll sind. Der einheimische Energieträger Holz hat eine Zukunft, gerade wenn er als konfektionierter Brennstoff in standardisierten Anlagen wie in Rheinfelden eingesetzt wird», sagt Dr. Serge Biollaz, der am PSI die Forschungsgruppe Thermochemische Prozesse leitet. Das Holzpellet-BHK in Rheinfelden produziert mit einer elektrischen Nennleistung von 165 kw und einer thermischen Nennleistung von 260 kw über das Jahr 1,2 GWh Strom und 2 GWh Wärme (Planwerte bei 7500 Volllaststunden). Im Bild: Das Vergasermodul von oben. 14 baublatt