Biomassetagung Umwelt, 5.-6. Nov. 2009 Thermische Verwertung halmgutartiger Biomasse Dr. Hans Oechsner Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie, Universität Hohenheim Problembereich: Grünland Hohes Aufkommen an grasartigen Bioabfällen 565.000 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. 140.000 ha zu erwarten Dies entspricht ca. 25 % der heutigen Grünlandfläche Rösch und Raab, 2007 Agrartechnik und Bioenergie 1
Strohanfall Jährlich werden 36 Mio. t Stroh in Deutschland produziert Davon könnten 20 60 % 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 18,8 19 18 (Holz, Stroh, Getreide, Heu) 17,2 Heizwert ersetzen 1 Liter Heizöl 16,6 17 16 17,0 15 Holz Stroh Heu Weizen Agrartechnik und Bioenergie 2
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% 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Temperatur in C Struschka, 2006 Agrartechnik und Bioenergie 3
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 0,10 100 1,00 1,30 0,60 Weizen Asche N K Cl 0,19 0,20 0,07 0,01 Agrartechnik und Bioenergie 4
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 31.12.2014 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 1 500 mg / m³ Stufe 2 CO 0,25 g/m³ Agrartechnik und Bioenergie 5
Heubrennstoffe in unterschiedlicher Form Dichte Holzhackgut: Fichte: 160-170 kg/m³ Buche: 250 260 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 15-20 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, 6.250 Körner in der Stunde, 100 Körner pro Minute Agrartechnik und Bioenergie 6
Reka-Feuerungsanlage mit Treppenrost für trockene Brennstoffe, 20 3500 kw Aufbau einer Versuchsanlage mit 30 kw Leistung in Sonnenbühl Zerkleinerung von Strohballen Ballenauflösung: Reka Chaff-Cutter Agrartechnik und Bioenergie 7
Zerkleinerung Reka, Dk Reka-Feuerungsanlage mit Treppenrost für trockene Brennstoffe, 20 3500 kw Agrartechnik und Bioenergie 8
Reka-Feuerungsanlage mit Treppenrost für trockene Brennstoffe, 20 3500 kw Reka-Feuerungsanlage mit Treppenrost für trockene Brennstoffe, 20 3500 kw Heuverbrennung Getreidekornverbrennung Agrartechnik und Bioenergie 9
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
von Landschaftspflegeheu Leistung des Kessels zwischen 10 und 32 kw Heubedarf : Sommer: 4-6 Ballen/d 88 132 kg/d Winter: 10 14 Ballen/d 220 308 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 39.300 l Heizöl (bei ƞ von 85 %) Es wurden in dieser Zeit ca.120.000 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
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
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
von Heu - Wirtschaftlichkeitsabschätzung Heizölpreis: 0,55 /l Heizöl Biomasse 40 kw 100 kw 300 kw 40 kw 100 kw 300 kw Investition 17.000 20.000 25.000 51.000 65.500 85.500 Energieverbrauch Liter 8.000 20.000 60.000 Energieverbrauch dt 200 500 1500 Jahreskosten Zins (6 %) 510 600 750 1.530 1.965 2.565 Abschreibung für Öl 10 Jahre; 10 % d. Inv. 1.700 2.000 2.500 für Heu 7 Jahre; 14,3 % d. Inv. 7.293 9.367 12.227 Brennstoffkosten 0,55 /Liter Heizöl 4.400 11.000 33.000 Wartungs- u. 50 100 150 1.500 3.000 5.000 Bedinungskosten (15 /h) Gesamtkosten/Jahr /a 6.150 13.100 35.650 6.150 13.100 35.650 Zul. Biomassekosten /a -2.643 734 18.424 Möglicher Preis für Heu /100 kg -13 1 12 von Heu - Wirtschaftlichkeitsabschätzung Heizölpreis: 0,90 /l Heizöl Biomasse 40 kw 100 kw 300 kw 40 kw 100 kw 300 kw Investition 17.000 20.000 25.000 51.000 65.500 85.500 Energieverbrauch Liter 8.000 20.000 60.000 Energieverbrauch dt 200 500 1500 Jahreskosten Zins (6 %) 510 600 750 1.530 1.965 2.565 Abschreibung für Öl 10 Jahre; 10 % d. Inv. 1.700 2.000 2.500 für Heu 7 Jahre; 14,3 % d. Inv. 7.293 9.367 12.227 Brennstoffkosten 0,90 /Liter Heizöl 7.200 18.000 54.000 Wartungs- u. 50 100 150 1.500 3.000 5.000 Bedinungskosten (15 /h) Gesamtkosten/Jahr /a 8.950 20.100 56.650 8.950 20.100 56.650 Zul. Biomassekosten /a 157 7.734 39.424 Möglicher Preis für Heu /100 kg 1 15 26 Agrartechnik und Bioenergie 14
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