Die Verbrennung von Holz zur Erzeugung von Wärme ist gang und gäbe: In der Schweiz stehen nicht nur über eine halbe

Million Cheminées und Holzöfen und mehr als 50 000 Holz-Zentralheizungen, es existieren auch gut 8000 moderne Heizwerke. Weniger verbrei-tet sind bislang Holzkraftwerke, die neben Wärme auch Strom erzeugen. Doch solche Anlagen sind im Kommen, denn sie helfen die Nachfrage nach CO2-neutralem Strom zu decken und ermöglichen eine vergleichsweise hohe Energieausbeute.

Wer mit Holz Wärme und Strom produzieren will, kann mit den heissen Gasen aus der Holz-feuerung Wasserdampf erzeugen und damit eine Dampfturbine beziehungsweise einen Strom-

Energieerzeugung

Erstmals Wärme

und Strom aus HolzpelletsEnergiezentralen, die aus Holzenergie sowohl Wärme als auch Strom produzieren, sind noch relativ selten. Ein Kraftwerk dieses Typs hat nun in Rheinfelden AG den Betrieb aufgenommen. Mit seiner Leistung kann es 270 Durchschnittshaushalte mit Strom und Wärme versorgen. Die Anlage ist schweizweit die erste ihrer Art, die mit Holzpellets betrieben wird.

Von Benedikt Vogel

generator antreiben; diese Technologie kommt vorwiegend bei Grossanlagen zum Einsatz. Eine Alternative für mittelgrosse und kleinere An- lagen ist die Holzvergasung: Hier wird das Holz in einem ersten Schritt in einem Vergaser zu einem brennbaren Gas umgewandelt. Das Gas wird anschliessend in einem Gasmotor verbrannt und in Strom und Wärme umgewandelt (siehe Kasten «Holz wird nicht verbrannt, sondern ver-gast» unten). In Europa laufen heute rund 800 Holzvergasungsanlagen, in der Schweiz gut ein halbes Dutzend. Eine kleine Anlage in Esch- holzmatt (LU) wird zum Beispiel mit Sägerei- abfällen betrieben. Eine fünf mal grössere An- lage in Stans (NW) nutzt Altholz.

Biomasse verstärkt nutzenEin weiterer Holzvergaser läuft nun seit Anfang 2018 in Rheinfelden im Kanton Aargau. Es handelt sich um eine Premiere, denn erstmals in der Schweiz werden Pellets als Brennstoff eingesetzt (siehe Kasten «Nichts als Holz» auf Seite 12). «Die Produktion von Wärme und Strom aus Holzpellets ist eine interessante Option, da die Handhabung von Pellets betrieblich ein- facher und günstiger ist als jene von Holzhack-schnitzeln», erläutert Louis Lutz, Leiter Erneuer-bare Energien bei der AEW Energie AG. «Pellets eignen sich sehr gut für kleinere Anlagen inner-halb eines Nahwärmeverbunds.» AEW ist mit 94 000 direkt versorgten Haushalten und Ge- werbeeinheiten der grösste Strom- und Wärme-versorger des Kantons Aargau. Im Bereich der erneuerbaren Energien dient das Kraftwerk (BHKW) dazu, neben Wasserkraft, Sonne und Wind auch die Biomasse als Energieträger zu erschliessen.

AEW betreibt kantonsweit 74 Nahwärmever-bünde. Einer von ihnen ist der Wärmeverbund Rheinfelden-Ost mit rund 85 Haushalten, neun Gewebe- / Industriebetrieben, einem Spital, einem Altersheim, einem Hotel und einem Thermalbad. Diesen Wärmeverbund versorgt das neue Block-heizkraftwerk mit Wärme, während der Strom ins allgemeine Netz eingespeist wird. «Es ist für unsere Anlage essenziell, dass der Wärme- verbund über das ganze Jahr einen hinreichend grossen Wärmebedarf hat, denn die neue En- ergiezentrale arbeitet nur wirtschaftlich, wenn sie dauerhaft bei Vollast betrieben werden und

Holz wird nicht verbrannt, sondern vergastHolzvergasung ist eine Form der energetischen Verwertung von Biomasse. Dabei wird das Holz mit geringer, genau kontrollierter Luftzu-fuhr teilverbrannt und mit der Hitze in ein brennbares Gas umgewandelt (Verschwelung bei 700 bis 900 °C). Man unterscheidet ver-schiedene Vergasungstechnologien: stationäre und zirkulierende Wirbelschicht-, Entrained Flow-, Festbettvergaser. Der Brennstoff wird im Gegenstrom oder im Gleichstrom zuge- geben; Vergaser können im Unterdruck, Über-druck und unter hohem Druck (25 bis 80 bar) gefahren werden. Je nach Vergasertyp werden

Luft, Sauerstoff und / oder Wasserdampf in die Reaktionszone in der Menge zugegeben, so dass die Vergasung, der Wirkungsgrad, die Teerbildung und der Vergasungsprozess ins-gesamt optimiert werden. Das entstehende Holzgas (CO + H2 + CO2 + CH4) wird anschlie-ssend in einem Verbrennungsmotor oder einer Gasturbine verbrannt. Gegenüber anderen Technologien, bei denen aus Holz Strom und Wärme erzeugt wird, ermöglicht die Ver- gasung einen vergleichsweise hohen Anteil an Strom, dies bei geringen Stickoxid- und sehr tiefen Feinstaub-Emissionen. (bv)

Nr. 19, Freitag, 11. Mai 201810 baublatt

PRAXIS

Das Paul Scherrer Institut, das Holzvergasungsanlagen erforscht, brachte die AEW Energie AG auf die Idee,

in Rheinfelden ein Pellet-BHKW zu bauen. Im Bild: Das Vergasermodul seitlich an der Bedienstelle.

Bild

: AEW

Ene

rgie

AG

Bandenergie liefern kann», sagt Lutz. Im Winter, wenn der Wärmebedarf höher ist, greift der Wär-meverbund zusätzlich auf die Abwärme der be-nachbarten Salinen sowie Holzfeuerungen zurück.

Vollautomatischer Betrieb

Nach Auskunft der Betreiber funktionierte das Holzpellets-Blockheizkraftwerk (BHKW) in den ersten Betriebsmonaten störungsfrei. Zeitweise traten – für Kleinanlagen nicht untypisch – Leis-tungsschwankungen von 5 bis 10 Prozent auf. Noch ist unklar, ob diese auf Qualitätsunter-schiede des in den Pellets verarbeiteten Holzes zurückzuführen sind, oder ob Einstellungen der

Nichts als HolzBlockheizkraftwerke (BHKW) sind Wärme-Kraft-Kopplungsanlagen, also Kraftwerke, die Wärme und Strom produzieren. Als Brennstoff werden üblicherweise Erdgas, Biogas oder Holz ein- gesetzt. Bei Holz handelt es sich um einen nachhaltigen Energieträger, der oft in der Region des Kraftwerks gewachsen ist. Das BHKW in Rheinfelden braucht 900 Tonnen Holz-pellets pro Jahr. Die Pellets stammen aus Schweizer Produktion und werden aus Säge-

reiabfällen hergestellt. Das dafür verwendete Holz ist unbehandelt. Altholz beispielsweise kann nicht eingesetzt werden, weil es mitun-ter behandelt oder bemalt wurde.

Pellets haben gegenüber Hackschnitzeln den Vorteil, dass ihre Qualität genormt ist und der Energiegehalt damit klar definiert ist. Im Gegensatz zu Hackschnitzeln erfordert die Herstellung von Holzpellets einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt. (bv)

Bild

: Bur

khar

dt G

mbH

Schema des Reaktors:

Die Vergasung findet in einem

von unten nach oben ge-

führten Luftstrom statt. Im unteren

Bereich der Wirbelschicht wird

ein Teil der Pellets verbrannt. Ab

einer Temperatur von zirka

200 °C zersetzt sich das Holz in

gasförmige, flüssige und feste Stoffe.

Nr. 19, Freitag, 11. Mai 201812 baublatt

PRAXIS

Anlage dafür verantwortlich sind. Der Betriebs-aufwand für das BHKW ist gering; es läuft voll-automatisch und wird zudem fernüberwacht. Ei- ne Fachperson aus dem AEW-Betriebszentrum Rheinfelden schaut einmal pro Tag vor Ort nach dem Rechten.

Das Pellets-BHKW ist eine Eigenentwick- lung der bayrischen Firma Burkhardt GmbH (Mühlhausen / Oberpfalz). Im Jahr 2008 kamen die ersten vier Prototypen zum Einsatz. Unter- dessen laufen in Deutschland und einigen wei- teren Staaten über 200 Anlagen. Eingesetzt werden sie in Nahwärmeverbünden, aber auch in industriellen Trocknungsprozessen etwa für

Holz und Klärschlamm. Ein Charakteristikum der Anlage: Pellets und Luft werden dem Vergaser von unten zugeführt, dies im Gegensatz zu den gängigen Hackschnitzelvergasern, wo der Brennstoff von oben kommt. «Dank des homo- genen, normierten Brennstoffs erreichen unse- re Anlagen einen elektrischen Wirkungsgrad von 30 Prozent, deutlich besser als bei Hack-schnitzelvergasern», sagt Burkhardt-Vertriebs- mitarbeiter Harald Gottschalk. Zusammen mit dem thermischen Wirkungsgrad von 47 Pro- zent ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad von 77 Prozent – ein solider Wert für eine derartige Kleinanlage.

Wirtschftlich dank KEVTrotz der vielen Vorzüge: Holzenergie ist noch immer eine vergleichsweise teure Form von er-neuerbarer Energie. Bei Gestehungskosten von rund 27 Rp. / kWh wäre ein wirtschaftlicher Betrieb bei den aktuellen Strompreisen ohne Fördermittel nicht möglich. Die AEW kann die Energiezentrale in Rheinfelden dank Kosten- deckender Einpeisevergütung (KEV) von rund 30 Rp. / kWh nun aber auf solider Grundlage be-treiben und mit ihr jährlich 400 Tonnen CO2 ein-sparen (im Vergleich zu einer Erdgasheizung und Strom aus dem Schweizer Netz).

Bild

: Azw

oodE

nerg

y, C

C BY

-SA

4.0,

com

mon

s.w

ikim

edia

.org

Das Holzgas enthält zirka 26 Prozent

Kohlenmonoxid, 17 Prozent Wasserstoff

und 2 Prozent Methan. Die restlichen

Volumenprozente entfallen auf Kohlendioxid,

Wasser, Stickstoff und grössere Moleküle.

Bild

: Bur

khar

dt G

mbH

FORTSETZUNG AUF SEITE 14

Nr. 19, Freitag, 11. Mai 2018 baublatt 13

Eine entsprechende finanzielle Förderung vor- ausgesetzt, ist die Technologie auch für andere Nahwärmeverbünde und industrielle Anwender von Interesse, die über einen ganzjährigen Wär-mebedarf verfügen. Der Standort im Industrie-quartier in Rheinfelden hat sich für den Bau ei-ner solchen Holzenergieanlage besonders ange-boten, weil hier die Baubewilligung einfach zu erhalten war und die Versorgungsleitung des Nahwärmeverbunds nicht weit ist.

Begleitforschung durch das PSI

Künftige Anwender von Pellets-BHKW könnten dann auch von der Begleitforschung profitieren, mit welcher das Paul Scherrer Institut (PSI) die Anlage begleitet. Die bundeseigene Forschungs-einrichtung in Villigen AG will in Zusammen- arbeit mit der AEW und der Firma Burkhardt GmbH in den kommenden Monaten den Einsatz unterschiedlicher, pelletierter Holzbrennstoffe untersuchen und dessen Einfluss auf die Emis- sionen des Gasmotors analysieren. Ebenfalls soll die Möglichkeit eines dynamischen Betriebs eva-luiert werden, für einen sogenannten Biomasse-Schwarm. «Mit dem Biomasse-Schwarm soll weiterhin der Strom- / Wärmemarkt bedient werden, allerdings wird die Stärke von Biomasse hervorgehoben, abrufbare Energiedienstleistun-gen zu erbringen, wenn sie besonders wertvoll sind. Der einheimische Energieträger Holz hat eine Zukunft, gerade wenn er als konfektionier-ter Brennstoff in standardisierten Anlagen wie in Rheinfelden eingesetzt wird», sagt Dr. Serge Biollaz, der am PSI die Forschungsgruppe Ther-mochemische Prozesse leitet. ■

Rheinfelden AG hat vier Nahwärmeverbünde (blau, gelb, lila, grün).

Der Wärmeverbund Rheinfelden-Ost (grün) bezieht seit Jahresbeginn

Bandlast-Wärme aus einem Holzpellet-BHKW.

Augarten / Weiherfeld

Rheinfelden – Mitte

Feldschlösschen

Engerfeld

Salmenpark Schifflände

Altstadt

Rheinfelden – Ost

Bild

: AEW

Ene

rgie

AG

Das Holzpellet-BHK in Rheinfelden produziert mit einer elektrischen Nennleistung von 165 kW und einer

thermischen Nennleistung von 260 kW über das Jahr 1,2 GWh Strom und 2 GWh Wärme (Planwerte bei

7500 Volllaststunden). Im Bild: Das Vergasermodul von oben.

Bild

: AEW

Ene

rgie

AG

14 baublatt

PRAXIS