Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energieerzeugung aus KUP

Transkript

1 Fakultät Maschinenwesen Institut für Verarbeitungsmaschinen und Mobile Arbeitsmaschinen Professur für Agrarsystemtechnik Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energieerzeugung aus KUP From cutting to wood chips, sustainable energy production from SRC

2 Gliederung Was sind KUP? Unsere Antrieb Kompetenzen Pflanzgutgewinnung und Flächenneuanlage Energieholzernte Ganzstammlinie und Grobhackgut Hackschnitzelverwertung Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 2 2

3 Was sind KUP? KUP (Kurzumtriebsplantagen) SRC (short rotation coppice) Anbau von schnell wachsenden Gehölzen wie z.b. Pappel und Weide auf landwirtschaftlichen Nutz- und Brachflächen. Die Ernte der Aufwüchse erfolgt aller 3 bis 10 Jahre. Das bereitgestellte Holz wird vorwiegend in Heizanlagen zur thermischen und auch elektrischen Energieerzeugung CO² neutral verbrannt. 1 Tonne absolut trockene Hackschnitzel ersetzt ca. 504 l Heizöl und verbrennt dabei CO2 neutral. Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 3 3

4 Unser Antrieb In Europa wird bis 2020 die Holznachfrage die heimische Holzverfügbarkeit übersteigen.(quelle:mantau) Die nachhaltige Holzproduktion aus KUP kann diese Lücke schließen und ist durch ein sehr hohes Wachstumspotential gekennzeichnet. Die extensiv bewirtschafteten KUP ermöglichen die Schaffung regionaler Energie- und Wirtschaftskreisläufe. Wir wollen durch die stetige Weiterentwicklung und Optimierung von Verfahren und Technik unseren Teil zu einer nachhaltigen Holzproduktion beitragen. Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 4 4

5 Kompetenzen Mehr als 20 Jahre Erfahrung mit dem nachwachsenden Rohstoff Holz. Grundlagenforschung Verfahrensentwicklung und Optimierung Technikentwicklung und Optimierung Technologische Untersuchungen Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 5 5

6 Unsere Projektübersicht Pflanzguternte / Aufbereitung Flächenanlage Stecklingsernter Erzeugung Qualitätshackschnitzel ROD Picker Energieholzernte Energieholzbündler Stecklingspflanzer Trocknung Aufbereitung Trocknung & Fraktionierung KUP Logistik Transport Verbraucher Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 6 6

7 Pflanzgutgewinnung Pflanzguternte Aufbereitung Flächenneuanlage Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 7 7

8 Pflanzgutgewinnung Inhomogene Bestandsdichte und Wuchsform Manuelle Aufbereitung des Erntegutes Hoher Anteil von Ausschuss Ertrag bis Stecklinge / ha Sortenschutz und Zertifizierung Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 8 8

9 Flächenneuanlage Flächenneuanlage erfolgt von März bis Juni Flächenvorbereitung: Pflügen und Begleitwuchsbekämpfung Pflanzung mit teilmechanisierten Maschinen Pflanzung von wurzelnackten Stecklingen Anwuchs innerhalb der ersten 2 Monate bis zu Stecklinge je Hektar April Juni August Dezember Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 9 9

10 Energieholzernte Ernte im Kurzumtrieb nach 2 bis 4 Jahren Ernte erfolgt im Winter während der Vegetationsruhe inhomogene Bestandsstruktur (Ø 30 mm bis 150 mm) 75 % der europäischen KUP werden durch Hackgutlinie beerntet kleine Flächen manuell mit Kettensäge Pappel 4jährig Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 10 10

11 Ganzstammlinie Billetlinie Hackgutlinie Energieholzernte - Bereitstellungsketten Ernte Feldlogistik Trocknung Hackung Absiebung Erntefrische Hackschnitzel Große Biomasse Heizwerke & Heizkraftwerke + Feldrand Trockene Hackschnitzel Mittlere Biomasse Heizwerke + Feldrand Trockene und klassierte Hackschnitzel Kleinere Biomassekesse l und Vergaser Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 11 11

12 Ganzstammernte - Vorteile Warum neue Wege gehen? keine angepassten Erntetechniksysteme Erntegeschwindigkeiten über 5 km/h führen zum Aufreißen der Wurzelstöcke ohne aktive Hackschnitzeltrocknung hoher Biomasseverlust hoher Arbeitsaufwand und Kosten für Trocknung Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 12 12

13 Wohnhaus Zwischenlager Energieholzfläche Ganzstammernte - Beispielkette I II Heizkessel Bunker 60srm Zwischenlager III I Wegstrecke Zwischenlager II Wegstrecke Hackschnitzellager III Wegstrecke Hackschnitzelbunker Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 13 13

14 Ganzstammernte - Kostenvergleich Kosten Bereitstellungskosten Verfahrenskosten 100% Bereitstellungskosten Sonstige Kosten Hacken Trocknung Feldtransport Ernte 0% Feldhäcksler Ganzstammernter Rechenbeispiel: Ernteflläche: Ernteleistung: Trocknung: Trocknungsziel : 20 ha Feldhäcksler 1 ha/h / Ganzstammernter 0,6 ha/h Hackschnitzel Domtrocknung / Ganzstämme Feldrandlagerung 30% Restfeuchte Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 14 14

15 Grobhackgut Verfahrensvorteile: Reduzierung der Schnittvorgänge Reduzierung des Energiebedarfs Grobe Hackstücke (P100, P 63) Gute Durchlüftbarkeit, schnelle Abtrocknung Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 15 15

16 Grobhackgut - Trocknungsverhalten Verfahrensoptimierung durch Kaltlufttrocknung: Schnelle Trocknung auf Wg < 30 % keine zusätzliche Wärmequelle nötig geringe Investitionskosten Feinhackgut trocknet tendenziell schneller ab Druckverlust und Stromverbrauch ist bei Feinhackgut um den Faktor 2,5 höher Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 16 16

17 Verfahrenseignung Verfahrenseignung ist Abhängig vom Bedarfszeitraum: Kurzfristig (0 2 Monate nach Ernte) Mittelfristig (2-6 Monate nach Ernte) Langfristig (6 12 Monate nach Ernte) Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 17 17

18 Hackschnitzelverwertung Biomasseheizkessel Biomasseheizkraftwerk Erzeugung von Nutzwärme Leistung bis 500kW th Verbrennung von trocknen Hackschnitzeln (Wassergehalt 30%) Erzeugung von Strom und Nutzwärme Leistung bis 20MW el + 20MW th Verbrennung von erntefrischen Hackschnitzeln möglich Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 18 18

19 Ausblick Ausweitung der Anbauflächen ist zu erwarten, Techniknachfrage wird weiter zunehmen Pflanzenzüchtung lässt erwarten, dass der mögliche Biomassezuwachs pro Jahr weiter steigen wird Substitution herkömmlicher Rohstoffe durch Holz wird weiter zunehmen Maschinenentwicklungen für alle Teile der Verfahrenskette sind notwendig, einige Prototypen existieren bereits Erschließung neuer Einkommensquelle für Landwirte und mittelständige Maschinenbaufirmen Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 19 19

20 Veröffentlichungen Schnittkräfte bei der Erzeugung von Holzhackschnitzeln, LANDTECHNIK 52(1997) Konzept für ein Gesamtverfahren der Energieholzproduktion aus Kurzumtriebsplantagen Teil 1 und 2; Landtechnik 1-2/2011 Effiziente Bereitstellungsketten für Holz aus KUP, Vergleich zwischen Grobhackgut und Ganzstämmen; 70. internationale Tagung Land.Technik, 2012 Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 20 20

21 Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Herlitzius Technische Universität Dresden, Professur für Agrarsystemtechnik, Bergstr. 120, Dresden Dipl.-Ing. Thomas Peschel Vom Steckling zum Hackschnitzel, nachhaltige Energie aus KUP 21 21