Feste Brennstoffe

Transport von Holzstämmen — Für die Baumstämme werden spezielle Kräne und Transportmittel benötigt. Foto: Carmen

Der Einsatz von festen Biobrennstoffen wie Holz, Briketts oder Holzpellets kommt vor allem bei Biomasseheizungen vor. Der Nutzen ist die Bereitstellung von Wärme mit kleinen oder großen Energieversorgungsanlagen von 2kW bis 40kW. Jedoch kann in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen sowohl Wärme als auch Elektrizität bereitgestellt werden.

Der eingesetzte Rohstoff kann unterschiedlicher Natur sein und ist abhängig von der Anwendung. Als Kaminholz kommt Rund- oder Scheitholz zum Einsatz Reststoffe der Holzindustrie wie Säge- oder Hobelspäne können zu Holzbriketts oder Holzpellets mit Hilfe von Bindemitteln gepresst werden, die in Holzpelletheizungen verbrannt werden.

Die Nutzung von Holzpellets in Deutschland hat sich mittlerweile etabliert, es ist ein großer Markt entstanden. Spezielle Tanklaster verteilen den festen Brennstoff an Vorratskammern oder direkt an die Anwender. Diese besitzen eine spezielle Holzpelletheizung, in der das klassische Nachfördern von fester Biomasse mittlerweile automatisiert ist. Der Bedienungskomfort solcher Heizungen gleicht konventionellen Erdgas- oder Erdölheizungen.

Die Normierung von Holzpellets ist innerhalb eines solch großen Marktes ein wichtiger Punkt. Die Norm beschreibt neben geometrischen auch energetische, chemische und physikalische Eigenschaften des festen Brennstoffes. Der Heizwert beschreibt den Energiegehalt in kWh pro ein Kilogramm Brennstoffmasse. Nicht aufbereitetes Holz hat einen hohen Wassergehalt ca. 50%, so dass der Trocknung von Holz eine wichtige Rolle zugewiesen wird.

Der Heizwert von nassem Holz (2,2 kWh/kg) ist beträchtlich geringer, als von getrocknetem Holz . Die Trocknung von Holz (Feuchtigkeit < 10%) ist ein zeitlich aufwendiger Prozess und beansprucht viel Platz. Eine schnelle Trocknung führt auf Grund von zusätzlichem Heizungsaufwand zu höheren Produktionskosten.

Klein-Anwendung

Feste Biomasse kann sowohl für die Wärme- als auch für die Strombereitstellung in kleinen Anlagen für Ein- und Mehrfamilienhäuser eingesetzt werden. Dies sind bspw. Kamine oder Kaminöfen wie auch Holzpelletheizungen oder kleine Blockheizkraftwerke mit thermischen Leistungen zwischen 4 und 40kW. Kleine Blockheizkraftwerke (Mikro-KWK) weisen je nach Anlagengröße eine elektrische Leistung zwischen 1 und 5 kW auf und eine thermische Leistung zwischen 3 und 15 kW.

Kamine sind seit Jahrhunderten im Einsatz, allerdings relativ ineffizient. Ein großer Anteil der bei der Verbrennung freigesetzten Wärme geht verloren. Der Wirkungsgrad offener Kamine beträgt zwischen 20 und 30 Prozent. Geschlossene Kamine weisen einen deutlichen besseren Wirkungsgrad zwischen 70 und 85 Prozent auf. In beiden Fällen sind solche Heizungssysteme eher ergänzend und müssen kontinuierlich manuell nachgefeuert werden.

Holzpelletheizungen weisen den besten Bedienungskomfort auf, da die Brennstoffförderung automatisch erfolgt. In einem Vorratsbehälter befinden sich die Holzpellets, die über eine spezielle Vorrichtung zum Brenner transportiert werden. Dieses Heizungs- und Warmwassersystem wird üblicherweise im Keller eines Hauses positioniert und ist technisch analog zu einem erdgas- oder erdölbefeuertem Heizungs- oder Warmwassersystem.

Groß-Anwendung

Ein zentrales Heizwerk kann erheblich größere Leistungen (1 bis 20MW) erreichen. Die erzeugte Wärme eines großen Heizkessels kann über ein Fernwärmenetz an die angeschlossenen Verbraucher gelangen. In vielen Fällen liegt der Wirkungsgrad auf Grund der effektiveren Wärmerückgewinnung innerhalb einer Großanlage etwas höher als der von kleinen dezentralen Anlagen. Während die Schadstoffemissionen wegen moderner Filtertechnik und strengen Emissionsauflagen geringer ausfallen, sind wiederum größere Wärmeverluste an den Nah- und Fernwärmeleitungen vorhanden.

Die Stromerzeugung kann in einem Kraftwerk, das feste Biomasse als Brennstoff bezieht, stattfinden. In einem Dampfkessel werden Holzreste, Hackschnitzel oder Stroh verbrannt. Der restliche Kraftwerksprozess ist analog zu dem eines konventionellen Kraftwerks. Die Größenordnung von modernen Biomassekraftwerken liegt zwischen 10 und 20 Megawatt. Größere Leistungen zu erreichen wäre sinnlos, da erheblich mehr und größere Mengen an festem Biobrennstoff über große Distanzen transportiert werden müssten und somit eher ein verminderter Beitrag zum Kimaschutz erbracht wird. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz vergütet den Strom aus Biomassekraftwerken auch nur bis zur einer Leistung von 20 MW. Der Wirkungsgrad von modernen Biomassekraftwerken liegt bei ca. 35 Prozent.

Größere Wirkungsgrade von rund 85 Prozent lassen sich in einem Kombi-Kraftwerk erreichen, was sowohl Strom als auch Wärme bereitstellt. Zu beachten ist dabei, dass die Abnahme von Wärme eine Grundvoraussetzung für solch hohe Wirkungsgrade ist.

Beispiel

1 Tonne Holzpellets haben ein Volumen von 1,54 m³ und einen Energiegehalt von 5000 kWh. Damit lassen sich 500 l Heizöl ersetzen (2 kg Holzpellets ersetzen 2 l Heizöl)
	Holzpellets	Holzbriketts
Durchmesser	5 bis 6 mm	65 bis 90mm
Länge	8 bis 30 mm	90 bis 250mm
Heizwert	5 kWh/kg	4,8 bis 5,5kWh/kg
Schüttraumdichte	650 kg/m³	1000 bis 1200kg/m³
Wassergehalt	<10 %	<10%