Biomasse wird künftig stark nachgefragt sein, zum Bauen mit Holz, für den Naturschutz im Wald, für die Landwirtschaft und auch zum Heizen: Stückholz, Pellets, Hackschnitzel.
Das Verbrennen von Holz wird kontrovers diskutiert: Holz ist für die einen eine erneuerbare Energie, die nur soviel CO2 erzeugt, wie sie der Luft entnommen hat, die anderen weisen darauf hin, dass beim Verbrennen von Holz mehr CO2 erzeugt wird als bei der Verbrennung von Erdgas. Die Energie-Arbeitskreise im Allgäuer Land interessieren sich daher für alternative Biomasse-Nutzungen und haben am 15. Juli 2023 eine Pyrolyse-Anlage in der Schweiz besucht. Sie nutzt Holz aus der Waldbewirtschaftung mehrfach: Die Pyrolyse entzieht dem Holz unter Luftabschluss Gas, das der Energiegewinnung dient, und erzeugt Pflanzen- oder Biokohle, die den Kohlenstoff bindet und bei richtiger Anwendung sogar weiteres CO2 im Boden speichert.
Reinhard Kleinhenz vom Klimaarbeitskreis in Roßhaupten hatte die Reise organisiert und den unten stehenden Bericht dazu geschrieben.
Ein technisch ausführliche Beschreibung mit den Vorteilen des Pyrolyse-Verfahrens wurde von Fritz Hindelang erstellt. Sie finden es
Über die Exkursion hat Fritz Hindelang berichtet:
Fernwärme über Pyrolyse und Pflanzenkohle
Besichtigte Anlage:
400 kW Pyrolyse-Anlage, Hersteller: Biomacon aus Deutschland,
Betreiber: APD Auen Pflege Dienst AG, 8416 Flaach, Schweiz,
nutzt die Abwärme zur Trocknung von Hackschnitzeln, versorgt zusätzlich ein lokales Fernwärmenetz mit Wärme und erzeugt dabei Pflanzenkohle.
Führung der Besichtigung
Betreiber H. Mayer der APD und H. Ley von einem Planungsbüro für Pyrolyse Anlagen
Planungsbüro für Anlagen im Gebiet Bayern/Deutschland
Harald Ley, 82140 Olching, 0152 366 44 675
Die besichtigte Anlage in Flaach (Schweiz) verarbeitet kontinuierlich Holz-Hackschnitzel (HHS) zu Fernwärme und produziert dabei Pflanzenkohle. Die Anlage läuft seit März 2019 ohne Störung. Wartungsarbeiten können in monatlichen Abständen ohne Unterbrechung der Produktion durchgeführt werden.
Die Hackschnitzel welche in einem Nebenraum lagern werden automatisch zugeführt. Die produzierte Pflanzenkohle wird automatisch in große Säcke abgefüllt.
Keine Geruchs- oder Geräuschbelästigung bei geschlossenem Tor.
Es werden in einem lokalen Industriegebiet ca. 15 Industriebetriebe mit Fernwärme versorgt und die in Containern auf dem Betriebsgebäude lagernden Hackschnitzel vorgetrocknet. Die Fernwärmeleitung soll in den nächsten Jahren bis in die Ortschaft verlängert werden, um auch dort Haushalte mit ökologischer Fernwärme zu versorgen.
APD verlangt aktuell von den Wärmekunden einen Preis von 0,19 SFR pro kWh, aber dafür keine Grundgebühr. Die produzierte Pflanzenkohle wird selber vermarktet. Die Herstellung der Pflanzenkohle ist nach EBC-Standard zertifiziert. Für die Menge an Pflanzenkohle, für welche APD eine Nutzung im Boden nachweisen kann, erhält APD zusätzlich CO2 Zertifikate.
Der Betrieb der Pyrolyseanlage in Flaach benötigt durchschnittlich 2-3 Arbeitsstunden pro Tag. Wichtig dabei ist, dass immer ein Mitarbeiter in Bereitschaft ist, falls an der Anlage ein Störfall auftritt.
Pyrolyse von Holzhackschnitzel zur Produktion von Fernwärme und Pflanzenkohle
Vorteil:
• Erzeugung von CO2 freier Fernwärme an 8.500 Stunden im Jahr
• Ausgangstemperatur von 95 - 105° C
• Leistungsanpassung von -50% bis + 30%
• schadstofffreie Verbrennung der Pyrolysegase
• keine Feinstaubbelastung
• dauerhafte Bindung des Kohlenstoffes in der produzierten Pflanzenkohle (CO2 Senke)
• regionale Verwertung von Schad- und Bruchholz in Form von Hackschnitzel
• regionale Verwendung von Pflanzenkohle in der Landwirtschaft
Eine Pyrolyseanlage kann auch mit anderen Biomassen betrieben werden. Die Biomasse muss aber die folgenden Eigenschaften besitzen:
• Wassergehalt zwischen 5% und 25%
• Partikelgröße <5 cm
• Brennwert größer 10 MJ/kg
Bei der Auswahl der Biomasse ist darauf zu achten, dass eine möglichst hochwertige Biokohle erzeugt werden kann, da der Wärmepreis durch den Verkaufspreis der Biokohle gemindert wird.
Für den Verkauf der Biokohle muss diese durch die EBC (European Biochar Certification) für eine von sieben Qualitätsstufen zertifiziert sein.
Dieses EBC-Qualitätszertifikat gilt nur so lange sich die Eigenschaften bzw. die Mischung der Biomasse nicht um mehr als 10% verändert. Deshalb sollte unterjährig eine Änderung der Biomasse nicht häufig erfolgen.
Klärschlamm-Pyrolyse zur Produktion von Fernwärme und phosphorhaltiger Kohle
Die Pyrolyse von Klärschlamm ist technisch möglich. Diese ist ein wichtiger Schritt, um gleichzeitig das ab 1.1.2029 rechtlich geforderte Phosphor-Recycling zu erreichen. Aktuell laufen die ersten Anfragen zur Betriebsgenehmigung solcher Anlagen.
Sobald hier die rechtlichen Grundlagen vorhanden sind, kann Klärschlamm in pelletierter Form für die Produktion von Fernwärme und phosphorhaltiger Kohle genutzt werden.
Vorteil:
• Erzeugung von CO2 freier Fernwärme
• schadstofffreie Verbrennung
• keine Feinstaubbelastung
• dauerhafte Bindung des Kohlenstoffes in der produzierten Kohle (CO2 Senke)
• regionale Verwertung von pelletierten Klärschlamm
• Phosphor-Recycling des Klärschlamms, schleißen des Stoffkreislauf für Phosphor
• geringere und dauerhaft preisstabile Entsorgungskosten für den Klärschlamm
• regionale Verwendung von phosphorhaltiger Kohle als „Düngemittelersatzstoff“ in der Landwirtschaft
Kurzbeschreibung der Pyrolyse
Holzhackschnitzel werden automatisch in den Innenteil des Reaktors befördert
Der Reaktor hat im Betrieb unter Ausschluss von Sauerstoff eine Temperatur von 750 – 800 °C
Dort kommt es zum Ausgasen der Holzgase (=Pyrolysegas)
Das Pyrolysegas wird im Brenner schadstofffrei und ohne Feinstaub zu erzeugen verbrannt. Die Abgase werden anschließend in den Reaktor zurückgeleitet und erhitzen dort die nachfolgenden Hackschnitzel auf Prozesstemperatur
Anschließend gelangen die Abgase zu einem Abgaswärmetauscher und geben dort ihre Wärme für die Fernwärme im Bereich von 95 - 105° C ab.
70% der Masse der Holzhackschnitzel vergasen und erzeugen damit Wärme, ca. 30% der Holzhackschnitzel bleiben als Biokohle (= reiner Kohlenstoff) erhalten
Die Pflanzenkohle gelangt am Ende des Prozesses automatisch aus dem Innenteil des Reaktors zur Abfüllanlage
Der Durchlauf der Hackschnitzel bis zur Pflanzenkohle dauert in einer 500kW Pyrolyseanlage ca. 70 – 80 Minuten
Zum Starten der Pyrolyse muss einmalig der Reaktor zuerst auf Betriebstemperatur
aufgeheizt werden. Dies geschieht je nach Pyrolyseanlage entweder durch eine
Gasflamme oder durch ein im Reaktor angezündetes Holzfeuer.Die Leistung kann auf -50 bis +30% geregelt werden und läuft ohne Unterbrechung bis
zu 8.500 Std. im Jahr
Allgemeines zu Pyrolyseanlagen
Einnahmen durch den Verkauf von Pflanzenkohle, CO2 Zertifikaten und Fernwärme
Eine 500 kW Pyrolyse-Anlage mit Holzhackschnitzel kann ca. 250 Haushalte mit
Fernwärme versorgenAusgangstemperatur für Fernwärme von 95 - 105° C
Leistungsanpassung von -50% bis + 30%
Im Sommer kann überschüssige Wärme zusätzlich zur Vortrocknung von Hackschnitzeln
genutzt werdenDas Lager für die Hackschnitzel muss ausreichend groß dimensioniert sein, um für 4-5
Tage Hackschnitzel bevorraten zu können. Bei einer 500kW Pyrolyseanlage bedeutet
dies ein Lagervolumen von ca. 120 – 150m³.Der zentrale Wärmespeicher soll im Wärmenetz die Verbrauchsspitzen abpuffern.
Dadurch müssen die Heizquellen nicht auf die temporären Spitzenlasten im Tagesverlauf
ausgelegt werden, sondern deutlich niedriger. Wenn der zentrale Wärmespeicher groß genug dimensioniert ist, können damit nicht nur die Spitzenlasten im Tagesverlauf, sondern sogar Spitzenlasten über mehrere Tage ausgeglichen werden. Somit ist ein Wärmenetz umso effektiver je größer der zentrale Wärmespeicher gewählt wird.
Bei einem Wärmenetz mit einem Jahresverbrauch von ca. 5 GWh ist ein zentraler
Wärmespeicher von ca. 1.000 m³ eine gute Auslegung.
Ein 1.000m³ Wärmespeicher wird typischer Weise
direkt an die Heizzentrale gebaut.
Das Bild zeigt einen solchen Wärmespeicher
Anwendungsbereiche von Pflanzenkohle
Biogasanlagen
Steigerung des Gasertrags in Biogasanlagen durch die Zugabe von Biokohle (Pflanzenkohle) zum Substrat.
Verbesserung der Kompostierung
Kompostbeschleuniger indem sie die Aktivität von Mikroorganismen im Kompost erhöht und
somit den Abbau von organischen Materialien beschleunigt. Abhängig vom Substrat wird
dadurch die Kompostierungsdauer um 20% – 30% verkürzt.Biokohle bindet die im Substrat enthaltenen Nährstoffe und reduziert damit den Nährstoffverlust, z.B. durch Auswaschung, während der Kompostierung
Biokohle verbessert die Kompostqualität und bewirkt nach der Austragung auf den
Boden einen stärkeren Humusaufbau.
Biokohle in der Pflanzenzucht
Eine Beimischung von 20% Biokohle zur Pflanzenerde führt bei der Aufzucht von Setzlingen zu mehreren wichtigen Vorteilen:
ca. 50% weniger Wasserdarf bei der Pflanzenaufzucht
fast vollständige Unterdrückung von Pilzbefall in der Pflanzenaufzucht
schnelleres und stärkeres Wurzelwachstum
stark reduzierter Düngemittelbedarf
Biokohle in der modernen Landwirtschaft
Die Biokohle wirkt nach der Einbringung in den Boden sowohl als Nährstoffspeicher als auch als Mircrohabitat für Bodenmikroorganismen wie Bakterien und Pilze. Durch diesen starken Zuwachs an Bodenbakterien wird die Nährstoffumsetzung für Pflanzen gefördert. Die Biokohle sorgt durch die eigene Porosität für eine deutlich stärkere Durchlüftung des Bodens. Auch dieser Effekt stärkt das Pflanzenwachstum und den Aufbau bzw. die Verbesserung der Humusschicht.
Heute ist wissenschaftlich belegt, dass Biokohle in der Landwirtschaft nicht nur für die Bodenverbesserung genutzt werden kann, sondern auch im Bereich der Viehzucht ein wichtiges Mittel auf dem Weg zu einer nachhaltigen und ökologischen Landwirtschaft ist. Biokohle lässt sich in aufeinander aufbauenden Methoden sinnvoll, Ertrag steigernd und ökologisch in der Landwirtschaft einsetzen:
Futterkohle: Biokohle als Futterzusatz
Einstreukohle: Biokohle als Zusatz zum Stalleinstreu
Güllekohle: Biokohle zur Gülleaufbereitung
Bodenkohle: Biokohle zur Bodenverbesserung
Diese vier Anwendungsbereiche der Biokohle sind dabei als kaskadierend zu betrachten, d.h. die Futterkohle wird von den Tieren nicht verdaut, sondern wieder ausgeschieden und wird dadurch folglich zur Einstreu und Güllekohle. Die Güllekohle wiederrum wird mit der Gülle zur Düngung auf das Feld ausgebracht und wird somit ein Anteil an der Bodenkohle.
Fritz Hindelang, Stand 03.08.2023