12. Okt 2009

Holzvergasung: Top oder Flop?

Strom stellt zudem gegenüber Wärme eine höherwertige Energieform dar. In Zukunft soll auch vermehrt Strom aus Holz zu gewinnen. Die effizienteste Technologie dazu ist die Holzvergasung. Aber ist sie auch schon marktreif?



Nicht nur Nostalgiker verweisen in diesem Zusammenhang gerne auf die Holzvergaserautos und -lastwagen, die während des Zweiten Weltkriegs auf unseren Strassen unterwegs waren. Dabei gehen zwei entscheidende Punkte gerne vergessen: Erstens gab es vor siebzig Jahren noch keine Luftreinhalte-Verordnung. Und zweitens hatte der Fahrer, der seinen Chef mit dem Holzvergaserauto zu einer wichtigen Sitzung fuhr, anschliessend den ganzen Tag Zeit, um den Holzvergaser zu reinigen und zu warten.

Dampf oder Gas
Etwas vereinfacht! stehen zwei Technologien (siehe Kasten) für die Stromerzeugung aus Holz zur Verfügung, der Dampf- und der Gasprozess.
Holz besteht hauptsächlich aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin. Die chemische Standardzusammensetzung von trockenem Holz entspricht der Formel CH1,4O0,7 und weist einen Heizwert von 5.1 kWh/kg auf. Die Holzvergasung ist ein thermochemischer Prozess, bei dem das Holz in ein brennbares Gas umgewandelt wird (das so genannte Synthesegas). Folgende Prozesse spielen bei der Vergasung eine wesentliche Rolle:
•    Trocknung des Holzes
•    Oxidationsreaktionen (Verbrennung)
•    Pyrolyse
•    Reduktionsreaktionen

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen dem Festbett- und dem Wirbelschichtverfahren. Ersteres gelangt für tiefer thermische Leistungen (100 bis ca. 5'000 kWth) zum Einsatz, letzteres für einen thermischen Leistungsbereich von 10 bis 20 MWth. Bei der Vergasung wird dem Holz eine unterstöchiometrische Menge an Oxidationsmittel (Luft, Sauerstoff, Dampf) zugeführt, wobei die freigesetzte Wärme zur thermischen Zersetzung des übrigen Holzes dient. In einem ersten Schritt wird das Holz für den Vergasungsprozess aufbereitet, das heisst gehackt und falls nötig getrocknet. Wichtig dabei ist, dass der Brennstoff (Hackschnitzel) eine gewisse Grösse und einen gewissen Wassergehalt (15%) nicht überschreitet. Nach der Brennstoffaufbereitung folgt die Vergasungsinsel, wo die Umwandlung des Holzes in ein brennbares Gasgemisch erfolgt. Dieser Prozess erfordert eine Gaswäsche, um das Gas auf eine genügende Qualität für einen Verbrennungsmotor zu bringen. Diese Gaswäsche erfordert wiederum eine nachträgliche Behandlung des Waschwassers. Neben dem Hauptprodukt der Vergasung, dem Synthesegas, fallen auch Asche Kohle und Wärme als Nebenprodukte während der Vergasung an. Während die Kohle dem Vergasungsreaktor nochmals zugeführt werden kann, muss die Asche gesammelt und entsorgt werden. Das Herzstück eines Holzvergasungskraftwerkes ist der Reaktor, in dem der thermische Prozess zur Umwandlung von Biomasse in Synthesegas stattfindet. Die Biomasse (Holz) wird am oberen Ende des offenen Gleichstromreaktors eingeführt. Das Synthesegas sowie andere Nebenprodukte, hauptsächlich Kohle und Asche, verlassen den Reaktor am unteren Ende. Die Biomasse wird zuerst einer Trocknung unterzogen, gefolgt von Pyrolysereaktionen. Nach der Vergasungsinsel wird das gereingte Synthesegas einem Gasmotor zugeführt. Dieser ist in ein so genanntes Blockheizkraftwerk (BHKW) integriert, das die mechanische Leistung des Motors mittels eines Generators in Strom umwandelt und die anfallende Abwärme des Motors mit Hilfe von Wärmetauschern in einen Wärmeverbund einspeist.

Betriebserfahrungen in der Schweiz
Nach der Stillegung des Festbettvergasers im AC-Zentrum in Spiez im Jahr 2007 stehen heute in der Schweiz nur noch 2 Holzvergaseranlagen in Betrieb: Die Woodpoweranlage in Wila ZH und die Vergaser im Holzheizkraftwerk Stans. Beide Anlagen sind Festbettvergaser. Beide Anlagen kämpfen immer noch mit gewissen Kinderkrankheiten und erreichten dadurch die vorgesehene Anzahl Betriebsstunden nicht. Dadurch ist ein kommerzieller Betrieb noch nicht möglich. Die Erfahrungen mit Festbettvergasern im übrigen Europa sind ähnlich. Zwar gibt es Anlagen, welche zum Teil bereits mehrere Zehntausend Betriebsstunden hinter sich haben, aber generell sind langjährig gesicherte Daten spärlich vorhanden. Aber alle diese Anlagen haben die Marktreife noch nicht erreicht, sondern befinden sich im besten Fall kurz davor. Die Hersteller betonen zwar immer wieder, dass sie sehr viele Anlagen verkaufen und in Betrieb setzen. Auf der anderen Seite aber ist auch bekannt, dass Anlagen wieder stillgelegt wurden (z.B. eben Spiez oder Wiener Neustadt). Spezifische Investitionskosten von Fr. 6’000.- bis Fr. 12’000.- pro kWel verunmöglichen es, von erreichter Wirtschaftlichkeit zu sprechen. Denn diese führen – zusammen mit den vierorts noch sehr hohen Wartungskosten – dazu, dass die Stromgestehungskosten zumeist mehr als 30 Rp./kWh betragen.

Etwas besser sieht auf europäischer Ebene die Situation bei den grossen Anlagen mit Wirbelschicht-vergasung aus. Und zwar in erster Linie wegen der österreichischen Stadt Güssing. Die dort installierte Vergasungsanlage (8 MWth, Gasmotor 2 MW el) ist die bekannteste, erfolgreichste und am häufigsten beschrieben Biomasse-Vergasungsanlage. Die spezifischen Investitonskosten liegen zwischen Fr. 4’000.- und Fr. 8’000.- pro kWel, die Stromgestehungskosten zwischen 15 und 20 Rp./kWh. Dadurch ist ein kommerzieller Betrieb grundsätzlich möglich.


Top oder Flop?
Zwischen den ersten Flugversuchen von Ikarus in der Antike und denjenigen von Otto Lilienthal lagen mehr als zwei Jahrtausende, und Lilienthal schaffte es immerhin 300 m weit. Zwischen dem ersten motorisierten Flug der Gebrüder Wright 1903 (sie schafften rund 260 m) und der ersten Überquerung des Ärmelkanals durch Louis Blériot (1909) vergingen dann aber nur noch sechs Jahre. Heute werden diese Leute als Pioniere und Wegbereiter der Luftfahrt verehrt, und niemandem käme es in den Sinn, von Flops zu sprechen, obwohl beispielsweise Otto Lilienthal abstürzte. Ähnlich verhält es sich mit der Holzvergasung. Gerade im kleinen Leistungsbereich wäre sie eine äusserst willkommene Technologie, da sie es beispielsweise kleinen holzverarbeitenden Betrieben ermöglichen würde, die teuren Stromspitzen mit eigenem Holz relativ günstig selbst zu erzeugen. Deshalb warten grosse Teile der Holzenergiebranche seit Jahren mit grossem Interesse auf das baldige Erreichen der kommerziellen Marktreife. Doch statt bloss zu warten, liesse sich dieser Moment auch beschleunigt erreichen. Etwa durch einen erneuten, substantiellen und entscheidenden Input seitens der Branche und der öffentlichen Hand. Denn vieles deutet darauf hin, dass der Zeitpunkt der Markreife nicht mehr allzu weit entfernt ist. Gut möglich, dass mit einem zusätzlichen Schub der definitive Marktdurchbruch erreicht wird. Voraussetzung dazu ist aber unbedingt eine saubere und vollständige Aufarbeitung der bisherigen Erfahrungen. Viel Geld und und noch mehr Innovationsgeist wurden in den letzten 20 Jahren investiert, und zahlreiche kleine Fortschritte wurden erzielt. Da wäre es doch schade, den letzten Schritt nicht zu tun!

Gebenüberstellung Gas- und Dampfprozess >>


© Text und Bild: Andreas Keel, Energi&Holz GmbH, www.energieundholz.ch

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