on 07 November 2017
Erstellt: 07 November 2017

Was moderne Holzkraftwerke zum Klimaschutz beitragen können

 

FH Vorarlberg Studentin erstellt Ökobilanz für das Holzkraftwerk in Dornbirn:

Strom, Wärme und hochwertige Holzkohle – das sind die drei Produkte, die im Holzkraftwerk in Dornbirn erzeugt werden. Letzteres ist ein Nebenprodukt der Energiegewinnung der innovativen Syncraft-Technologie und besonders interessant für den ökologischen Fußabdruck. Zu diesem Ergebnis kommt Elena Käppler, die im Rahmen ihres Masterstudiums Energietechnik und Energiewirtschaft an der FH Vorarlberg die Ökobilanz des Holzkraftwerks „auf Herz und Nieren“ geprüft hat.

Das Holzkraftwerk des Energiewerks Ilg in Dornbirn produziert aus Holzhackschnitzeln Strom und Wärme. Dazu wird ein neuartiges Verfahren, der „Schwebefestbettvergaser“, verwendet, der 2016 mit dem Energy Globe Award ausgezeichnet wurde. Elena Käppler setze sich in ihrer Masterarbeit das Ziel, eine Ökobilanz für die Erzeugung von Strom und Wärme mit dieser neuen Technologie zu erstellen: „Ich habe mir die gesamte Herstellungskette vom Bau des Nahwärmenetzes über das Fällen des Holzes im Wald bis zur Erzeugung von Strom und Wärme im Kraftwerk in allen Details angeschaut und den ökologischen Fußabdruck berechnet.“

Käppler wies nach, dass aus jeweils 0,45 kg waldfrischem Holz eine Kilowattstunde Energie erzeugt wird, die in Form von Strom ins Netz beziehungsweise in Form von Wärme an Dornbirner Haushalte und Betriebe geliefert wird. Zusätzlich werden derzeit 0,1 Kilowattstunden fossile Energie benötigt, die hauptsächlich in Form von Treibstoffen für Holzfällen, Radlader und Hacker benötigt werden. Tobias Ilg, Betreiber des Kraftwerks, sieht hier den größten Ansatzpunkt für eine weitere Verringerung der Treibhausgasemissionen: „Wir starten derzeit ein Projekt zur Elektrifizierung der forstwirtschaftlichen Maschinen. Langfristig setzen wir uns das Ziel, den selbstproduzierten Strom zu tanken, um von fossilen Treibstoffen unabhängig zu sein.“

Ein Nebenprodukt des Prozesses ist besonders interessant für den ökologischen Fußabdruck. Marcel Huber, Geschäftsführer von SYNCRAFT Engineering, Hersteller des Schwebefestbettvergasers, erklärt: „Im Holzkraftwerk fällt als Nebenprodukt reine Holzkohle an, die qualitativ so hochwertig ist, dass sie zum Beispiel als Grillkohle verkauft oder als Terra-Preta Bodenverbesserer eingesetzt werden kann.“ Laut Huber entsteht dadurch das Potential, Kohlenstoff langfristig zu binden. Wird die Holzkohle in die Natur ausgebracht statt verbrannt, wird Kohlendioxid aus der Luft gebunden. Käppler hat den Treibhausgasfußabdruck mit und ohne Kohlenstoffbindung für eine Kilowattstunde erzeugter Energie berechnet: „Berücksichtigte ich die Kohlenstoffbindung, werden 36,8 g CO2-Äquivalent-Emissionen gebunden, betrachte ich die Holzkohle neutral, so fällt ein Ausstoß von 28,1 g CO2-Äquivalent-Emissionen an.“

„Der Treibhausgasausstoß von 28,1 g CO2-Äquivalent-Emissionen liegt ähnlich hoch wie andere erneuerbare Technologien, die meist höhere Emissionen bei der Herstellung und geringere Emissionen im Betrieb verursachen als Biomasse“ erklärt Babette Hebenstreit, Hochschullehrerin für Energietechnik und Energiewirtschaft an der FH Vorarlberg. „Im Unterschied zu anderen erneuerbaren Technologien kann Biomasse daher den Treibhausgasausstoß umkehren, solange die Holzkohle stabil bleibt. Von Holzwachstum bis Strom- und Wärmeerzeugung werden über die ganze Prozesskette inkl. Berücksichtigung der Brennstoffaufbereitung und der Transporte 36,8 g CO2-Äquivalent-Emissionen aus der Luft gebunden“, betont Hebenstreit.

Neben den Treibhausgasemissionen ist der effiziente Einsatz des Energieträgers Holz besonders wichtig. Käppler hat daher das Energieflussdiagramm des Kraftwerks im Jahr 2016 erstellt. Der Gesamtwirkungsgrad des Holzkraftwerks beträgt 84,5%, die sich aus 29,3% Strom und 55,2% Wärme zusammensetzen. Ein Teil der Wärme wird zur Holztrocknung verwendet und ein Teil geht im Nahwärmenetz verloren. Bei den Haushalten kommen 42,1% der eingesetzten Energie des Kraftwerks in Form von Wärme an. „Der elektrische Wirkungsgrad von fast 30% kann mit deutlich größeren Kraftwerken auf Basis fester Brennstoffe mithalten“, merkt Hebenstreit an. „Durch den Betrieb des Kraftwerks mitten in der Stadt ist die Wärmeabnahme ganzjährig gesichert, was zu einem hohen Gesamtwirkungsgrad führt“, erklärt Babette Hebenstreit den Vorteil der kleinen Baugröße.

Zusammenfassend sagt Tobias Ilg, dass „Strom aus Holz einen entscheidenden Beitrag zur Energieautonomie Vorarlberg 2050 leisten kann, solange die Wege kurz sind und die Wärmeabnahme gesichert ist.“

 

Weitere Informationen: Elena Käppler: Lebenszyklusanalyse der Strom- und Wärmeerzeugung einer Holzvergasungsanlage inklusive Nahwärmenetz. Masterarbeit, FH Vorarlberg, 2017. https://energie.labs.fhv.at/Masterarbeiten/ETW15/Masterarbeit_Kaeppler.pdf

on 02 April 2017
Erstellt: 02 April 2017

Holzasche oder Holzkohle

Über 400 Holzvergasungsanlagen sind in Deutschland mittlerweile in Betrieb. Der Anfall von Teeren, Holzkoks und Asche ist aber nach wie vor ein Problem. Während es in den vergangenen Jahren zunehmend gelang, den Anfall von Teer zu beherrschen, und auch die Anlagentechnik robuster wurde, bleibt der Umgang mit festen Rückständen eine Aufgabe, der sich die Anlagenhersteller
und -betreiber stellen müssen. Da Anfall und Zusammensetzung dieser Reststoffe nicht nur vom Vergasersystem und der Betriebsweise, sondern auch von Art und Qualität der eingesetzten Brennstoffe abhängen, ist für jede Anlage ein passendes Entsorgungskonzept erforderlich. Das Ziel des Betreibers muss eine bestmögliche Ausnutzung des Brennstoffs und die sachgerechte Verwertung oder Beseitigung der Reststoffe sein. Diese bestehen im Idealfall allein aus den von der Biomasse mitgebrachten mineralischen Anteilen; das sind hauptsächlich Oxide und Karbonate des Kaliums, Kalziums, Magnesiums und Siliziums. Unter den mineralischen Bestandteilen sind einzig die Schwermetalle
problematisch. „Besonders bei hohen Rindenanteilen im Ausgangsholz sind zum Beispiel Einträge von Cadmium kritisch“, sagt Dieter Bräkow, Koordinator der Arbeitsgruppe „Vergasung von Biomasse“ in der Fördergesellschaft Erneuerbare Energien e.V. (FEE). Diese vernetzt die Holzvergasungsbranche im deutschsprachigen Raum; unter anderem mit der Wissenschaft, um gemeinsam
technische Lösungen und Anwendungen voranzubringen. Je nach Vergasungsprinzip – Festbett-Gegenstrom, Gleichstrom oder Wirbelbett – verbleiben außerdem mehr oder weniger unvollständig umgesetzte organische, also kohlenstoffbasierte Bestandteile. „Es gibt nicht den einen Reststoff der Holzvergasung“, erklärt Bräkow, „durch Kombination von Vergasung und Rohgasreinigung mit hinzukommend unterschiedlichen internen Reststoff-Nachbehandlungen und Ausschleuseprozeduren ergibt sich ein Spektrum von Reststoff-Gemischen“. Die Praxis reiche von pulverförmigen, weißen Holzaschen bis zu fester, schwarz glänzender Holzvergasungskohle. „Von der Farbe und Form der Reststoffe kann keinesfalls auf den Schadstoffgehalt geschlossen werden. Es kann nicht gefolgert werden: Wer schwarze Kohle hat, hat viele Schadstoffe“, so der Experte. Genauso wenig gilt der Umkehrschluss: „Wer graue Asche hat, hat keine Schadstoffe“. „Ziel der thermochemischen Vergasung von Biomasse ist in der Regel die maximale Umwandlung der Kohlenwasserstoffverbindungen zu Gasen, sodass nur Asche bleibt.“ Reststoff-Strategien: Ob hauptsächlich Holzasche oder Holzkohle entsteht, hängt vom Verfahren ab. Eine Umfrage der FEE ergab, dass von den ersten 20 in Deutschland und Österreich stabil betriebenen Verfahrenskombinationen 16 auf die Abgabe von Holzasche ausgerichtet sind und nur vier Hersteller verfahrensbedingt kohlenstoffreiche Reststoffe ausschleusen. Einer dieser Anbieter, die Syncraft Engineering GmbH aus Österreich, gibt bereits keinen Rückstand mehr ab, sondern
das Nebenprodukt „Premium Biokohle“, gemäß der Richtlinie des European Biochar Certificate für die Produktion von Pflanzenkohle.
Gesamter Artikel in: energie AUS PFLANZEN, 04/2016

on 02 Januar 2017
Erstellt: 02 Januar 2017

 

Am Ende gibt's Kohle.
Neben der herausragenden Rendite, überzeugt das SYNCRAFT® Werk durch das aufsehenerregende Nebenprodukt des Wertstoffes Aktivkohle bzw. Holzkohle, welches erst durch die patentierte Technologie von SYNCRAFT® Das Holzkraftwerk möglich und weltweit einzigartig ist.

SYNCRAFT®Werke sind derart flexibel beim eingesetzten Rohstoff, dass in Bezug auf den Brennstoff voll auf forstliche Restfraktionen wie Waldhackgut oder Sägenebenprodukte gesetzt werden kann. Ermöglicht wird dies durch die innovative Schwebefestbetttechnologie, welche höchste Wirkungsgrade von rund 30% elektrischer Leistung und bei maximaler Brennstoffflexibilität bis zu 92% Brennstoffnutzungsgrad erzielt werden kann. Im Vergleich zum Mitbewerb brauchen SYNCRAFT®Werke nur die Hälfte des Treibstoffs bezogen auf den Stromoutput. Das bringt klare wirtschaftliche Vorteile für den Betreiber“, so der Geschäftsführer des in Tirol ansässigen Technologie-Unternehmens.

Die hohe Wertschöpfung von SYNCRAFT® Das Holzkraftwerk wird auch durch das außergewöhnliche Nebenprodukt des Wertstoffes Aktivkohle bzw. Holzkohle erreicht. Bei dem patentierten Energiegewinnungsverfahren von SYNCRAFT® entsteht kein Feinstaub oder Abfall. Als einziges Nebenprodukt fällt Holzkohle an, die qualitativ so hochwertig ist, dass sie zum Beispiel als Grillkohle verkauft oder als Terra-Preta Bodenverbesserer eingesetzt werden kann. Der Kohlenstoffanteil liegt bei 80%, Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) kommen nur in Spuren vor. Der European Biochar Standard, der für Pflanzenkohle aus Pyrolyse entwickelt wurde, nennt einen Grenzwert in der Premium-Qualität von vier Milligramm je Kilogramm Trockenmasse. SYNCRAFT®-Anlagen unterschreiten diesen Wert deutlich.
Der ökologische Kreislauf schließt sich durch die Produktion von bis zu 300 kg Holzkohle pro Tag (3-4% vom Input). Dadurch wird ca. 1 Tonne CO2 pro Tag gebunden. Am Markt kann für SYNCRAFT®Kohle zwischen 200 und 500 Euro pro Tonne erzielt werden. Und „am Ende gibt’s Kohle“.

Referenzen CO2-neutrale Energiegewinnung mit Rendite

on 19 Dezember 2016
Erstellt: 19 Dezember 2016

 

Mit Holz unter Strom

Die Schwazer Firma SYNCRAFT® entwickelt und baut Holzkraftwerke. Die sind dank neuartiger Technologie nicht nur deutlich effizienter und sparsamer als frühere Systeme, sie arbeiten mit Holz auch CO2-neutral. Übrig bleiben am Ende: Strom, Wärme und hochwertige Holzkohle.

Die Idee, aus Holz Energie zu erzeugen ist uralt. Der Gedanke, aus einem scheinbar bereits zu Ende gedachten Verfahren etwas Neues zu schaffen, kam der Innsbrucker Verfahrenstechniker Marcel Huber im Rahmen seiner Diplomarbeit am MCI im Jahr 2002: Sein gewähltes Thema war „Verstromung fester Biomasse“.

Holzgas als Treibstoff
„Holz nimmt in der Wachstumsphase genau jenes CO2 auf, das es später bei seiner Verarbeitung maximal wieder emittieren kann. Wird Holz zur Energiegewinnung verbrannt, verhält es sich CO2-neutral und trägt nicht zum Klimawandel bei. In dieser Eigenschaft ist Holz mit Photovoltaik und Windkraftwerken vergleichbar.“ bringt Marcel Huber eines der Argumente auf den Punkt, das ihn schon damals so sehr für diesen Energieträger einnahm. Seine Abschluss-Arbeit führte Marcel Huber zu den damals noch nicht an GE verkauften Jenbacher Werken. Dort wurden Gasmotoren zur Energieerzeugung hergestellt. Es gab in Jenbach allerdings auch schon ein deutliches Bewusstsein dafür, dass sich Motorenhersteller im Zeitalter zur Neige gehender fossiler Brennstoffe neuen Herausforderungen stellen müssen, um zukunftsfähig zu sein. Die von Jenbacher-Entwicklungsleiter Günther Herdin damals angedachte Lösung war die Entwicklung von Aggregaten, die auch mit Sondergasen funktionieren. Holzgas, das aus Holz, Holzabfällen und holzartigen Brennstoffen gewonnen wird, gehört zu diesen Sondergasen. Die Idee, mit solchen Motoren und daran angeschlossenen Generatoren Holz als erneuerbare Energiequelle zu einer Grundlage zukünftiger Energiekonzepte zu machen, faszinierte Marcel Huber. Die Beweggründe der Jenbacher Werke wurden so zur Initialzündung, die Hubers weiteren beruflichen Weg maßgeblich beeinflussen sollte.


Kleine Größe als Vorteil
Der führte den frischgebackenen Verfahrenstechniker zunächst an das Innsbrucker MCI, wo er ab 2004 wissenschaftlicher Mitarbeiter wurde und wenig später erste Forschungsprojekte im Bereich Erneuerbare Energien übernehmen konnte. Grundlage seiner Forschungstätigkeit war es, Holz über neuartige Biomassen-Kraftwerke nicht nur zur Wärmegewinnung, sondern gleichzeitig auch zur Stromgewinnung zu nutzen. Technische Vorbilder, die man kopieren konnte, gab es kaum: Kalorische Kraftwerke, die über Verbrennung Wasser erhitzen und mit dem Wasserdampf über Turbinen und daran angeschlossene Generatoren Energie erzeugen, sind obligatorisch großdimensioniert. Der Grund: Nur mit großen Turbinen lassen sich bei der Stromproduktion vertretbare Wirkungsgrade erzielen. Dennoch werden bei diesem System rund 70 Prozent der ursprünglichen Energie in Wärme umgewandelt, die sich dann oft nur schwer in der Region sinnvoll nutzen lässt. Die anfallenden großen Wärmemengen lassen sich leider auch nicht über weite Strecken transportieren und können so nur wenige Abnehmer erreichen.

Die von Marcel Huber damals angedachten und inzwischen gebauten Holzkraftwerke sollten diesen Nachteil beheben und mussten daher kleiner sein, um nicht so große Wärmemengen zu produzieren. Auch aus einem anderen Grund durften diese Kraftwerke nicht groß gebaut werden: Holz ist als nachwachsende Biomasse nahezu ideal über ganz Österreich verteilt und besitzt kein punktuell großes Vorkommen. Holz an einem zentralen Kraftwerkspunkt zusammenzuführen um ein großes Kraftwerk zu speisen macht aber weder ökonomisch, noch ökologisch Sinn. Es galt also, ein ganz neues Kraftwerk zu entwickeln, das dezentral eingesetzt werden kann und in seiner Größe den lokal vorhandenen Ressourcen entspricht. Marcel Huber: „In unserem Lastenheft stand zudem, dass die Generatoren mit einem durch biogenes Holzgas angetriebenen Gasmotor gekoppelt werden sollen. So wollten wir Wirkungsgrad-Verlusten durch Wasserdampf und Turbinen entgegenwirken. Zudem sollte unser System in der Lage sein, die beim kleinen Kraftwerk anfallenden geringeren Wärmemengen direkt in nahes Fernwärmenetz einzuspeisen.“ Das Hauptproblem, das Huber und sein MCI-Forschungsteam in weiterer Folge beschäftigte, war das Gestalten eines effizienten Verbrennungsvorgangs, der den systembedingten Nachteil geringerer Wirkungsgrade bei der Stromgewinnung kleinen Kraftwerke zusätzlich wettmacht.

Grillkohle als Nebenprodukt
Der Name dafür war zwar rasch gefunden: „SYNCRAFT“. Bis sich aus dieser Idee die Kommerzialisierung in Form eines Hochschulen-Spin-offs entwickeln konnte, dauerte es allerdings bis 2009. In diese Zeit fielen wissenschaftliche Berechnungen, verfahrenstechnische Überlegungen, Patentierungen und vor allem die Erfindung des „Schwebefestbettreaktor-Prozesses“. „Der ist ähnlich komplex wie ein Verfahren in einer Erdölraffinerie und relativ schwer zu erklären“ muss Marcel Huber Versuche unterbinden, den Prozess ihm Detail verstehen zu wollen. „Was wichtig ist: Es gelang uns, mit einer in die Länge gezogenen, kontrollierten Verbrennung aus fester Biomasse – sprich Holz – ein Gas zu produzieren, das sehr rein ist. Dieses Produktgas kann in modernen Motoren direkt ohne Umweg mir hoher Effizienz in Strom umgewandelt werden. Im Vergleich zum Mitbewerb braucht unser System auf den Stromoutput bezogen nur die Hälfte des Treibstoffs.“ Dabei wird kein Feinstaub produziert, die Abgase sind in allen Bereichen deutlich unter den von der EU vorgeschriebenen Grenzwerten. Abfall gibt es dabei keinen, als einziges Nebenprodukt fällt Holzkohle an, die qualitativ so hochwertig ist, dass sie zum Beispiel als Grillkohle verkauft werden kann. Von 2009 bis 2014 wurde das SYNCRAFT®-Produkt dann zur kommerziellen Reife geführt und dabei durch die K-Regio-EU-Förderung unterstützt, ohne die eine Umsetzung deutlich schwieriger zu bewerkstelligen gewesen wäre. Derzeit beschäftigt SYNCRAFT® 15 Mitarbeiter, die primäre Kundengruppe sind kommunale Heizwerke und Energieversorger, die bereits über Nahwärme- / -kälte Netze verfügen.

92 Prozent Gesamt-Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad eines SYNCRAFT®Werks liegt elektrisch bei rund 30 Prozent und zieht damit mit großen Kraftwerken gleich. Der Gesamtwirkungsgrade des SYNCRAFT®-Systems liegt bei 92 Prozent, da die anfallende Abwärme in ein Nahwärmenetz eingespeist werden kann. Das momentan größte SYNCRAFT®Werk kann leistungsmäßig rund 500 Haushalte mit Strom versorgen, das kleinste arbeitet in der Größenordnung von 200 Haushalte. Ein SYNCRAFT®Werk amortisiert sich nach fünf bis zehn Jahren je nach Wertigkeit der produzierten Wärme. In Südtirol und Vorarlberg wurden von der Firma mit Sitz in Schwaz bereits zwei Kraftwerke ans Netz gebracht, 2016 folgen zwei weitere, je eines in Innsbruck und in der Steiermark. Marcel Huber: „Energie und Wärme aus Holzkraftwerken können alleine dennoch niemals den Wegfall fossiler Brennstoffe kompensieren. Wir sehen unser System als Ergänzung zur Wärmepumpe, Wasserkraft und zur Photovoltaik. Es muss jede technische Möglichkeit genutzt werden. Unser System hat den Vorteil, dass wir Witterungs- und saisonsunabhängig agieren können und deshalb bestens für die Strom- und Wärme-Grundlast-Versorgung zum Beispiel einer Gemeinde geeignet sind.“
Eine weitere SYNCRAFT-Idee ist bereits in Entwicklung, um dieser Aufgabenstellung noch besser entsprechen zu können: Ein kommerzielles System zu entwickeln, das alle biogenen Reststoffe einer Gemeinde, zum Beispiel Altholz, Klärschlamm oder agrarische Reststoffe wie Stroh, zu Strom und Wärme verarbeiten kann.

Autor: Klaus Erler, 12/2016 in "Innovation in Tirol"